【導(dǎo)讀】為了解決手機外形設(shè)計周期長的困難，本文研究了手機外形的逆向工程造型方法，并對

　　

【正文】 ct —— 〉 Circle Select Points命令圈選手機外形側(cè)面點云數(shù)據(jù)，再把選中的點云數(shù)據(jù)分割出來，然后再使用 Modify —— 〉 Extract —— 〉 Circle Select Points命令在剛才分割出來的點云數(shù)據(jù)中把選中的點云數(shù)據(jù)分割出來。使用 Create —— 〉3D Curve —— 〉 3D BSpline 命令，使用點云捕捉建立一條 3D 曲線。接著使用 Construct—— 〉 Curve On Surface —— 〉 Project Curve to Surface 命令把該空間曲線沿對稱平面的法線方向上投影到 XZ 坐標(biāo)平面上。使用 Modify —— 〉 Extend 命令把該對稱平面上的曲線進行延伸，使用相切連續(xù)，所有方向上延伸 18mm。然后使用 Modify —— 〉 Orient—— 〉Mirror 命令進行曲線鏡像操作， Y 向距離 15mm，然后再次執(zhí)行相同的鏡像操作，只是距離變?yōu)?15mm。 對要放樣的曲線進行匹配。使用 Modify —— 〉 Parameterization—— 〉 Reparameterize命令，選擇將要放樣的曲線，參數(shù)還是使用 4階 8段。然后使 用 Construct —— 〉 Surface—— 〉 Loft 依次選擇要放樣的曲線，進行放樣操作。然后觀察曲面形態(tài)，使用 Shift+D 快捷健組合，調(diào)出曲顯示狀態(tài)描述對話框，使用 Shaded選項。此時曲面將顯示紅色，背面是灰色。也不需要進行曲面法向的調(diào)整。如圖 圖 4. 8手機外形的三個表面曲面 5．曲面初次裁剪 經(jīng)過上面基本曲面的建立，手機一半的基本外形已經(jīng)建立起來了，現(xiàn)在要做的就是把多 21 余的部分裁剪掉。裁剪曲面首先要建立裁剪曲線。該曲線的建立可以通過 Construct —— 〉Intersection —— 〉 With Surface 命令，分別選擇相交的兩個曲面，然后執(zhí)行。在兩曲面相交處就建立了一條 3D曲線。接著使用 Modify —— 〉 Snip —— 〉 Snip Surface命令，選擇要裁剪的曲面和參考曲線進行曲面的裁剪。裁剪后如圖 圖 4. 9修剪三個表面曲面 6．建立倒角面 已經(jīng)有了手機外形的基本了，下來就要建立一些小的特征。建立倒角的時候需要動態(tài)觀察，和點云進行比較，找的對合適的參數(shù)，建立最接近原始點云的倒角曲面。使用 Construct —— 〉 Fillet—— 〉 Surface命令，選中相鄰兩個曲面，設(shè)置 基本曲率為 。 22 圖 4. 10建立倒角 7．建立棱角曲面 由于上面建立倒角曲面是由很多小的曲面組成，因此對以后的曲面縫合，會不利。因此需要建立一個整面來代替倒角曲面。該曲面的建立，使用放樣，這樣建立的面質(zhì)量比較好。使用 Construct —— 〉 Surface—— 〉 Loft進行放樣操作，依次選擇兩個倒角邊曲線。參數(shù)還是使用 ，這樣可以保證和原始倒角面的基本重合。 8．曲面再次裁剪 此時，還需要對上表面，下表面，側(cè)面進行裁剪。把倒角面以外的部分修剪掉，這樣整個外形看起來會比較連續(xù)。使用 Modify — — 〉 Snip —— 〉 Snip Surface 命令，選擇要裁剪的曲面和參考曲線進行曲面的裁剪。裁剪后得到的外形如圖 23 圖 4. 11再次修建后的曲面 9．建立按鍵曲線 由于手機的上表面擁有按鍵，因此需要對它進行按鍵處理。現(xiàn)在就進行上表面的按鍵孔處理，會使整個曲面模型不連續(xù)，這對后面的曲面縫合，進一步生成實體的操作，非常不方便。因此在這里只需要把需要打孔的位置，大小，形狀，使用曲線描繪出來，在縫合后，進行實體操作的時候，再根據(jù)這些參數(shù)建立手機模型的按鍵孔以及按鍵。分析按鍵位置分布，左右是關(guān)于對稱面對稱的，因此只 需要建立一邊的按鍵就可以。然后鏡像操作，這樣按鍵位置的對稱性也有保證。 具體步驟：首先使用 Modify —— 〉 Extract —— 〉 Circle Select Points 命令圈選手機外形上表面按鍵孔的點云數(shù)據(jù)，再把選中的點云數(shù)據(jù)分割出來，剔除不需要的雜點。然后使用 Construct —— 〉 Curve from cloud—— 〉 Fit Circle 和 Fit Ellipse命令，來生成擬合點云的曲線圓和橢圓。然后使用鏡像操作，使左右按鍵孔對稱。使用 Modify —— 〉Orient—— 〉 Mirror 命令進行曲 線鏡像操作，沿對稱面，距離為 0。 10．整體鏡像操作 按鍵已經(jīng)建立，但是曲面還是只有半個，接下來使用鏡像操作把曲面建立完整，使它看起來像個手機外形。對于手機這種注重外形的產(chǎn)品來講，是否對稱直接影響到外形美觀，而且該款手機當(dāng)初的設(shè)計意圖就是左右對稱。 24 具體操作：使用 Modify —— 〉 Orient—— 〉 Mirror命令進行曲線鏡像操作，沿對稱面，距離為 0。如圖 圖 4. 12執(zhí)行鏡像操作后的曲面 11．曲面連續(xù)性處理 曲面是建立起來了，通過鏡像操作，對稱性也已經(jīng)達(dá)到了?？墒歉鱾€曲面間的連續(xù)性還不是很好，有的 地方還會出現(xiàn)明顯的縫和孔，這對以后的曲面縫合勢必會造成困難。因此現(xiàn)在進行曲面的連續(xù)性處理是很必要的。曲面連續(xù)性包括位置連續(xù)，相切連續(xù)，曲率連續(xù)。曲率連續(xù)可以獲得比較高的曲面質(zhì)量。 具體操作：使用 Construct —— 〉 Blend —— 〉 Surface命令，選中相鄰兩個中間有間隙的曲面。執(zhí)行后就會在這兩個曲面之間再生成一個小的曲面，使他們連續(xù)起來。 25 圖 4. 13曲面連續(xù) 12．誤差分析 在進行完曲面重構(gòu)，需要對重構(gòu)的誤差進行分析。進行曲面和點云的比對， Imageware中提供了這樣的功能。使用 Measure—— 〉 Surface to —— 〉 Cloud Difference 命令。比對結(jié)果誤差為 。如下圖： 26 圖 4. 14曲面誤差分析 13．?dāng)?shù)據(jù)精簡 在曲面模型已經(jīng)建立起來之后，需要做的就是精簡數(shù)據(jù)。精簡數(shù)據(jù)后的文件很直觀，而且對后來在其他 3維造型軟件中進行處理是很方便的。 具體操作，刪除在進行曲面造型時所建立的中間過渡幾何，比如點云數(shù)據(jù)等。然后另外存儲一個文件。另存是為了以后需要修改的時候方便。 14．?dāng)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化導(dǎo)出通用格式 Imageware 類型的文件不能直接在其他三維造型軟件中打開。為了解決這 一問題，國際上出現(xiàn)了一種描述三維幾何的標(biāo)準(zhǔn)格式 IGS格式。以這種格式導(dǎo)出的三維模型就可以在其他三維設(shè)計軟件中繼續(xù)修改了。為了后期的三維模型可以在其他的三維軟件中打開，在Imageware 中把精簡數(shù)據(jù)后的文件另存為擴展名為 IGS的文件。 4． 6 實體造型 1．?dāng)?shù)據(jù)導(dǎo)入 在 Imageware中已經(jīng)建立起基本封閉的曲面模型。由于曲面模型的修改以及快速制造都比較困難，因此需要把該曲面模型特征轉(zhuǎn)化為實體特征，然后再進行實體模型的修改和快速制造。 MDT軟件中可以實現(xiàn)曲面到實體的功能。由于是兩個公司的開發(fā)的軟件，各自的文 件格式不兼容，但是國際上提供了一種通用的描述三維特征的標(biāo)準(zhǔn) IGS。由于 MDT也支持這種格式的導(dǎo)入，因此在 MDT中新建一個文件然后使用命令： IGESin 。如圖 27 圖 4. 15數(shù)據(jù)導(dǎo)入到 MDT 2．曲面縫合及模型實體化 曲面和按鍵曲線已經(jīng)在 MDT中打開，由于曲面間還有很小的縫隙，因此在生成實體前需要對曲面進行縫合。 鑒于相鄰曲面間隙大小差別很大，采用分步縫合的方法。先縫合上表面，然后是下表面，然后是側(cè)面，最后是倒角邊。分步縫合完畢后選中所有曲面進行整體縫合。這樣處理可以得到比較高的曲面縫合精度。 具體操作 ：曲面 —— 〉曲面縫合，然后選中要縫合的曲面，回車后出現(xiàn)對話框（如圖） 28 圖 4. 16曲面誤差分 縫合類型為優(yōu)化縫合，曲面輸出形式為覆蓋曲面。分步縫合完畢后，對曲面進行整體縫合時曲面輸出形式要使用零件。這樣才可以縫合為實體零件?？p合后的實體如圖： 圖 4. 17縫合后的實體模型 3．建立手機按鍵 手機模型已經(jīng)縫合為實體，接下來需要建立模型上的按鍵孔，以及按鍵。在 Imageware 29 中已經(jīng)利用點云數(shù)據(jù)建立了按鍵位置曲線。這對 MDT中的實體建模很有幫助。由于上述按鍵曲線是空間上的 3D曲線，不能直接拉伸建模。需要建 立一個平面，把按鍵曲線投影到該平面上。然后才能建立需要的按鍵模型。按鍵要安裝到手機上，因此還需要在手機實體模型上進行切除操作形成按鍵孔。 具體步驟： 使用，輔助 —— 〉建立 UCS—— 〉三點，命令捕捉上表面三點建立用戶坐標(biāo)系。零件 —— 〉定位特征 —— 〉工作平面，選在 UCS面上選項。零件 —— 〉定位特征 —— 〉工作平面，選在與平面平行，偏移 5。然后使用，曲面 —— 〉創(chuàng)建曲面 —— 〉平面曲面，來建立一個平面。曲面 —— 〉創(chuàng)建曲線 —— 〉投影曲線，把 3D按鍵曲線投影到平面上。 圖 4. 18按鍵曲線投影到平面上 然后使用兩維草繪 工具把按鍵曲線進行重建。使用，零件 —— 〉草圖特征 —— 〉拉伸，按鍵就建立了為了以后裝配方便按鍵上下邊需要進行倒角。 30 圖 4. 19手機按鍵模型 使用，修改 —— 〉偏移，把重建的按鍵曲線尺寸放大 。使用，零件 —— 〉草圖特征—— 〉拉伸，在手機實體模型上切割出按鍵孔。 31 圖 4. 20手機模型按鍵孔處理 模型已經(jīng)建立起來，但是此時還不能進行快速制造，快速制造使用的是 STL格式的文件，因此還需要把手機模型和手機按鍵分別導(dǎo)出為 STL 格式的文件。 MDT 中提供了這種功能。 圖 4. 21手機模型和按鍵模型配合 5．結(jié) 論 本次對松下 G60手機的外形重新建模設(shè)計，采用了逆向工程和快速制造技術(shù)。系統(tǒng)的闡述了如何對手機進行逆向設(shè)計。 由于初次接觸，經(jīng)驗不足，而且本次設(shè)計不是以精度還原為目標(biāo)，因此設(shè)計得到的模型和原來模型有比較大的誤差。但是實際上還是可以達(dá)到更高的精度。 手機外形已經(jīng)是手機市場競爭的一個有力的籌碼，采用逆向工程來開發(fā)手機外形的方法效率高、周期短，適應(yīng)企業(yè)所要求的外形開發(fā)針對市場的快速反應(yīng)。 32 6．謝 辭 感謝學(xué)院給我這次畢業(yè)設(shè)計的機會，并給我提供了畢業(yè)設(shè)計的條件。感謝指導(dǎo)老師對我畢業(yè)設(shè)計的指導(dǎo)。使我在以 前一無所知的技術(shù)面前找到了學(xué)習(xí)的竅門并鼓勵我進行探索。通過本次畢業(yè)設(shè)計，使我增長了逆向工程和快速制造的知識。同時掌握了 Imageware，和 MDT軟件的使用。更重要的是提高了認(rèn)識新事物掌握新技術(shù)的能力。 參 考 文 獻(xiàn) [1] 姜元慶，劉佩軍 《 Imageware 逆向工程培訓(xùn)教程》 清華大學(xué)出版社。 [2] 竇忠強 .《 實用教程》 機械工業(yè)出版社。 [3] 劉光富 李愛平 王東立 《三維實體零件分層處理軟件的研究與開發(fā)》 同濟大學(xué)現(xiàn)代制造技術(shù)研究所 。 [4] 張 偉，姜獻(xiàn)峰，馬亞良，孫 毅《逆向工程誤差剖析與質(zhì)量控制》 浙江工業(yè)大學(xué)