【正文】 而 CMM 的雜點通常較少，或因為零件表面很粗糙、很糟糕，或出現(xiàn)在測量溝、臺、孔處，或因測量時的抖動引起。 1. 點數(shù)據(jù)的坐標定位 無論使用的是何種設(shè)備，在掃描過程中不免需要將待測物 體作移動，以實現(xiàn)完整點數(shù)據(jù)的獲取，這將會造成輸入軟件中數(shù)據(jù)的點數(shù)據(jù)產(chǎn)生坐標不統(tǒng)一的現(xiàn)象，目前部分掃描設(shè)備具備自動將不同角度的掃描點數(shù)據(jù)作定位的功能，但是畢竟還是有部分的點數(shù)據(jù)必須通過人工或后處理軟件達到點數(shù)據(jù)的定位。 快速曲面重建系統(tǒng) 的典型代表是 Geomagic Studio，其完整的流程如下： 1) 從點云中重建出三角網(wǎng)格曲面 ； 2) 對三角網(wǎng)格曲面編輯處理 ； 16 3) 模型分割，參數(shù)化分片處理 ； 4) 柵格化并 NURBS 擬合成 CAD 模型。 依據(jù)逆向建模策略和實現(xiàn)方式的不同，當前曲面重建的方法可以大致分為兩種：傳統(tǒng)曲面造型方式和快速曲面造型方式。 (3)必須要達到的曲面質(zhì)量：平滑程度與連續(xù)性以已往的逆向工程的經(jīng)驗來講，高精度和高質(zhì)量的曲面一直是追求的兩大目標，大多數(shù)情況下，兩者是相互沖突的，如果要一個曲面與點數(shù) 據(jù)完全吻合，那么該曲面必然有很多波動。 (2)必須要達到的精度要求及其可能性可能產(chǎn)生的誤差包括測量時造成的誤差和曲面建構(gòu)時點云數(shù)據(jù)與曲面間的誤差。在逆向工程計劃的執(zhí)行上，應該對所建模型有一個通盤的了解，主要涉及到以下內(nèi)容： (1)后繼承接的工作 各種不同領(lǐng)域的應用，其模型建構(gòu)在處理上也大不相同，即使是在同一工業(yè)用的產(chǎn)品隨著 產(chǎn)品種類的不同，對精度與曲面質(zhì)量的要求也大不相同。掃描時在零件表面適當位置貼參考點，進行多視角掃描，利用拼接技術(shù)對不同視角下的點云數(shù)據(jù)進行拼接，得到完整的曲面點云數(shù)據(jù)。 13 （ a ） （ b ） 圖 （ a ） （ b ） 圖 （ a ） （ b ） 圖 14 通過上面三個視角對爬行士兵外殼掃描，基本可以得到其完整的曲面點云數(shù)據(jù)，上面六個圖中，黑色正方形是掃描是貼上去的參考點，當?shù)谝灰暯菕呙柰瓿芍笤倮^續(xù)做第二視角掃描是，要先點擊掃描軟件的 圖標，這樣就把當前視加一，轉(zhuǎn)換到下一個視角，進行下一個視角的掃描，掃描時相鄰兩個視區(qū)內(nèi)的公共參考點必須有三到五個，掃描完后，點擊“匹配”按鈕，匹配成功之后，相鄰兩個掃描視角下的點云數(shù)據(jù)就拼接起來了， 3DSS 掃描軟件進行多視掃描就是用這一拼接功能，對不同視角下掃描得到的點云數(shù)據(jù)進行拼接，從而得到零件完整的三維點云數(shù)據(jù)。在右上角的點云顯示窗口 中觀察可視區(qū)內(nèi)的參考點和點云是否都被掃描到，點云是否完好，若對掃描結(jié)果滿意，則按參考點管理窗口的“ OK”按鈕，使參考點固定并顯示為紅色； 9） 將當前視角加一，掃描下一個視角的點云，并按“匹配”按鈕進行匹配； 10) 掃描完所有視角后，輸出點云并保存點云數(shù)據(jù)； 11) 掃描結(jié)束后關(guān)閉連續(xù)攝像功能，然后才能關(guān)閉掃描程序。 零件掃描過程 爬行士兵外殼是一個三維的曲面模型，其外形曲面結(jié)構(gòu)相當復雜，采用單視掃描方法很顯然無法得到零件完整的點云數(shù)據(jù)，采用多視掃描方法，掃描時利用掃描軟件 的自動拼合功能將相鄰兩個掃描視角的公共區(qū)域拼接起來。電子光圈不宜隨便調(diào)動，否則可能會使圖像出現(xiàn)滾動的暗條 紋，這會使掃描結(jié)果大為惡化，應絕對避免。調(diào)到最佳值后，可在“參數(shù)”中的“ CCD 參數(shù)”中進行設(shè)置，作為下次啟動軟件時兩個CCD 的系統(tǒng)默認參數(shù)，根據(jù)待測物體待測材質(zhì)的不同，可以調(diào)整增益、使亮度適宜，亮度適宜的標準是動態(tài)圖像窗口中剛出現(xiàn)一點紅色，紅色圖像太多表示圖像太亮，會使掃 12 描結(jié)果變差，此時應該調(diào)低增益?？筛鶕?jù)環(huán)境、燈泡亮度、掃描材質(zhì)調(diào)節(jié)這三個參數(shù)。 （ 4） 在主菜單工具子菜單里，有“ CCD 控制”二級菜單，點擊其中的“拍攝”菜單項，即可開啟實時攝像功能，在左右攝像頭對應的視圖窗口內(nèi)，動態(tài)顯示各自動拍攝內(nèi)容。 圖 通過上面的按鈕，可以直接控制掃描頭的操作，“開燈”關(guān)燈按鈕可以打開或關(guān)閉投影燈；其余按鈕依次是不同掃描模式，掃描時會自動投影到物體上。 10 圖 3DSS 掃描儀能滿足大多數(shù)掃描任務、能很便捷的攜帶、安裝投入運行。圖 為掃描頭的外觀圖。 掃描設(shè)備及掃描軟件界面介紹 算機組成。 測量方式 非接觸式 接觸式 測量精度 傳感器測 量速度前 置作業(yè)工 件材料測 量死角誤 差 10 100 P71 光電接收器件 100012020點 /秒 需噴漆，無基準點 無限定 光學陰影處及光學焦距 變化處 隨曲面變化大 1 um 開關(guān)器件 人工控制 設(shè)定坐標系統(tǒng)，校正基準面 硬質(zhì)材料 工件內(nèi)部不易測量 部分失真 優(yōu)勢 ，曲面獲取容易； ； 、易碎、不可接觸 薄件、皮毛、變形細小等工作； ，不會傷害精密表面 ； 特定幾何 缺點 ，無法判別特定的 幾何形狀； ，激光無法照到 的地方不易測量； ， 則測量的誤差較大； ，速度慢； ； ； 面磨損，影響光滑度； ，不易補償半徑 ， 精度難以保證； ，形狀會影 響測量值 9 接觸式測量一般是基于三角法測量原理，可分為點接觸式、線接觸式、面接觸式三種。 表 非接觸式與接觸式測量的比較表 由上所述可知非接觸式測量用于表面不規(guī)則的曲面測測量，而接觸式用于規(guī)則的幾何體的測量。 8 第 2 章 逆向工程中的測量技術(shù) 測量方式 逆向工 程所需要的測量按其特性及應用，一般可分為兩大類：接觸式測量與非接觸式測量兩種，非接觸式測量用于表面不規(guī)則的曲面測測量，而接觸式用于規(guī)則的幾何體的測量。 利 用 MoldFlow技術(shù)可以在模具加工前，在計算機上對整個注射成型過程進行模擬分析，準確預測熔體的填充、 保壓、冷卻情況，以及塑件中的應力分布、分子和纖維取向分布、塑件的收縮和翹曲變形等情況，以便設(shè)計者能盡早發(fā)現(xiàn)問題，及時修改塑件和模具設(shè)計，而不是等到試模后再返修模具。 Molflow簡介 Autodesk Moldflow Adviser軟件 是由德國西門子公司的用于注塑模流分析并優(yōu)化模具設(shè)計的軟件，該軟件 是對塑料產(chǎn)品和模具進行深入分析的軟件包，可以在計算機上對整個注塑過程進行模擬分析，可得到最佳的澆口數(shù)量與位置。其運用 UG知識中的嵌入基本理論，根據(jù)注塑模具設(shè)計的一般原理來模擬注塑模具設(shè)計的全過程，提供了功能全面的計算機模具輔助設(shè)計方案，極大地方便了用戶進行模具設(shè)計。 UG MoldWizard概述 UG MoldWizard是 用 UG NX 進行注塑模具設(shè)計的專業(yè)應用模塊，是一個功能強大的注塑模具軟件。注塑模流分析模塊用于注塑模中對熔化的塑料進行流動分析。運動分析模塊用于對產(chǎn)品模型進行運動分析。 6 集成了有限元分析功能，可用于對產(chǎn)品模型進行受力分析 ，受熱后的變形分析，可以建 立有限元模型、對模型進行分析和分析后的結(jié)果進行處理。制圖模塊提供自動的視圖布局，可以自動、手動尺寸標注，自動繪制剖面線、形位公差和表面粗燥度標注等。 能夠以實體模型自動生成曲面工程圖，也可以利用曲線功能繪制平面工程圖。裝配建模的主模型可以在總裝配的上下文中設(shè)計和編輯，組件以邏輯對齊、貼合和偏移等方式被靈活地配對或定位，改進了性能和減少存儲的需求。 用于產(chǎn)品的模擬裝配。 實體建模集成了基于約束的特征建模和顯性幾何建模 兩種方法，提供復合建模的方案，使用戶能夠方便地建立二維和三維線框模型、掃描和旋轉(zhuǎn)實體、布爾運算及進行參數(shù)化編輯、提供草圖工具、各種曲線的生成及編輯工具、尺寸驅(qū)動、定義和編輯變量及其表達式。 這是啟動 UG后自動運行的第一個模塊，是其他應用模塊的公共運行平臺。 UG 的 CAM模塊提供了交互式編程產(chǎn)生精確刀具軌跡的方法，用戶通過創(chuàng)建程序節(jié)點、刀具節(jié)點、幾何節(jié)點、加工方法 節(jié)點，生成刀具加工軌跡，通過觀察刀具運動來圖形化地編輯刀具軌跡，最終的刀位源文件經(jīng)過后置處理即可生成數(shù)控加工程序。 5 軟件介紹 UG NX是美國 UGS公司推出的 CAD/CAE/CAM一體化軟件，它具有強大的實體造型，曲面造型功能。曲面不能分的太小，否則得到的曲面太碎；曲面片也不能分得過大，否則不能很好地捕捉到點云的形狀，得到的曲面質(zhì)量也較差。處理后的點云數(shù)據(jù)能以 IGS 格式輸出到主流 CAD/ CAM系統(tǒng)中。邊界處理使圓角邊自動銳化 。按曲率連續(xù)填補破洞 。新點坐標數(shù)據(jù)處理技術(shù) 。特征線分析對比 。 Geomagic 軟件介紹 Geomagic Studio是由美國雨滴公司研發(fā)的逆向工程應用軟件，它以先進的數(shù)學模型、曲面構(gòu)建理論為基礎(chǔ)，能快速地整理曲面點云數(shù)據(jù)自動產(chǎn)生網(wǎng)格，可構(gòu)建任意復雜的精確曲面模型，創(chuàng)造從原型曲面測量點云到多邊形數(shù)據(jù)的高品質(zhì)三維模型產(chǎn)品。硬件包括電腦、兩個攝像頭、投影裝置、三角架；軟件對 CCD和投影裝置 進行實時采集和控制，對采集的圖像進行軟件處理，生成三維點云，并能進行三維顯示。采用這種測量原理，使得對物體進行照相測量成為可能。它能對物體進行高速、高密度掃描，輸出三維點云供進一步后期處理。 CAD模型的檢驗與修正采用根據(jù)獲得的 CAD模型重新測量和加工出樣品的方法來檢驗重建的 CAD 模型是否滿足精度或其他試驗性能指標的要求，對不滿足要求者重復以上過程，直至達到零件的設(shè)計要求。 ，采用幾何特征匹配與識別的方法來獲 取零件原形所具有的設(shè)計與加工特征。因此，逆向工程技術(shù)在這些領(lǐng)域中也具有重要的應用價值。 此外，在計算機圖形和動畫、工藝美術(shù)和醫(yī)療康復工程等領(lǐng)域，也經(jīng)常需要根據(jù)實物快速建立物體的三維幾何模型。盡管己經(jīng)出現(xiàn)了許多成功的三維 CAD 軟件，但運用這些軟件建立一個復雜的零件模型，仍相當費時。而以 RP 系統(tǒng)為基礎(chǔ)的快速工裝模具制造 (Quick Tooling/Molding)和快速精鑄技術(shù) (Quick Casting)等則可實現(xiàn)零件的快速制造 (Quick Manufacturing)。 4. 在 RPM (Rapid Prototyping Manufacturing， 快速原型制造 )中的應用 快速原型制造 (又稱 RP 技術(shù) )是 80 年代后期興起的一種基于材料累加法的高新制造技術(shù)，被認為是近 20 年來制造領(lǐng)域的一次重大突破。當要設(shè)計需要通過實驗測試才能定型的工件模型時，通常采用逆向工程的方法。在美學設(shè)計特別重要的領(lǐng)域，例如汽車外型設(shè)計廣泛采用真實比例的木制或泥塑模型來評估設(shè)計的美學效果，而不采用在計算機屏幕上縮小比例的物體投視 圖的方法，此時需用逆向工程的設(shè)計方法。而在造型中針對產(chǎn)品外形的美學設(shè)計，已不是傳統(tǒng)訓練下的機械工程師所能勝任的。 2. 在新產(chǎn)品設(shè)計中的應用 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展以及經(jīng)濟的發(fā)展，消費者對產(chǎn)品的要求越來越高。這種方法屬于模擬型復制，其缺點是無法建立工件尺寸圖檔，因而也無法用現(xiàn)有的 CAD 軟件對其進行修改，故已漸為新型的數(shù)字化逆向工程系統(tǒng)所取代。逆向工程的應用領(lǐng)域大致可分為以下幾種情況： 1. 在產(chǎn)品仿制中的應用 有時，擬合制作的產(chǎn)品沒有原始的設(shè)計圖檔，而是由委托單位交付樣品或?qū)嵨锬Ｐ停堉谱鲉挝粡椭?。?jù)統(tǒng)計，各國百分之七十以上的技術(shù)源于國外，逆向工程作為掌握技術(shù)的一種手段，可使產(chǎn)品研制周期縮短百分之四十以上，極大提高了生產(chǎn)率。 逆向工程的現(xiàn)狀及應用 逆向工程是近年來發(fā)展起來的消化、吸收和提高先進技術(shù)的一系列分析方法以及應用技術(shù)的組合，其主要目的是為了改善技術(shù)水平，提高生產(chǎn)率，增強經(jīng)濟競爭力?？梢钥闯?，反求思維在工程中的應用己源遠流長，然而提出這種術(shù)語并作為一門學問去研究，則出現(xiàn)于 60 年代，逆向工程是各國技術(shù)進步、發(fā)展，尤其是發(fā)展中國家迅速改變技術(shù)落后狀況，提高綜合設(shè)計、決策水平、制造水平，趕超世界先進水平的迅捷之路。如何合理利用他人的設(shè)計思想，加快自身產(chǎn)品更新?lián)Q代的能力，是在市場競爭日益激烈的今天站穩(wěn)腳跟，持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。現(xiàn)代人們通稱的設(shè)計一般均指正向設(shè)計?，F(xiàn)行產(chǎn)品中的各種復雜高新技術(shù)，在逆向工程中