【正文】 生產(chǎn)成本低而廣泛應(yīng)用于制造業(yè)中。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低是衡量一個(gè)國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志，它在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量，效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。早在1989年3月中國政府頒布的《關(guān)于當(dāng)前產(chǎn)業(yè)政策要點(diǎn)的決定》中，將模具列為機(jī)械工業(yè)技術(shù)改造序列的第一位。塑料模具的應(yīng)用及其廣泛，在各類模具中的地位也越來越突出，成為各類模具設(shè)計(jì)、制造與研究中最具有代表意義的模具之一。利用逆向工程能讓模具產(chǎn)品的開發(fā)周期大大的縮短，有效的促進(jìn)的生產(chǎn)效率和研發(fā)效率的提高。從產(chǎn)品的實(shí)物到表面三維的過程到其三維模型的建立最后到注塑模具的設(shè)計(jì)成型，經(jīng)歷了一個(gè)產(chǎn)品注塑模具的開發(fā)流程。1 課題提出的背景及目的意義 逆向工程和注塑模具在國內(nèi)外的研究狀況中國作為制造業(yè)大國，原始創(chuàng)新所占的比例并不大，因此通過逆向工程，在消化、吸收先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，建立和掌握自己的產(chǎn)品開發(fā)途徑，繼續(xù)進(jìn)行創(chuàng)新，模仿學(xué)習(xí)然后再進(jìn)行創(chuàng)新是提升我國制造業(yè)的必經(jīng)之路。中國是制造大國，制造業(yè)在世界上排第四，但我們的制造水平還比較落后，大多數(shù)產(chǎn)品都還用外國提供的技術(shù)。逆向工程技術(shù)為產(chǎn)品的改進(jìn)設(shè)計(jì)提供了方便的工具，在已有產(chǎn)品基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)新產(chǎn)品，縮短開發(fā)周期，可以使企業(yè)適應(yīng)小批量的生產(chǎn)要求，從而使企業(yè)在激烈的市場競爭中處于有利的地位。在我國東西部的逆向工程的水平不一樣，在東部沿海大多數(shù)設(shè)計(jì)開始使用逆向設(shè)計(jì)而在西部基本還處于原始的正向設(shè)計(jì)階段，因此中國的反求水平還是一個(gè)落后的階段，逆向設(shè)計(jì)還有很大的發(fā)展空間。逆向工程技術(shù)在國外已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。在有些領(lǐng)域，工業(yè)技術(shù)比較發(fā)達(dá)的歐美國家，他們對(duì)于逆向工程技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)非常成熟。我國通過模仿后再創(chuàng)新，學(xué)到了很多先進(jìn)個(gè)理論和知識(shí)，為國內(nèi)逆向工程的發(fā)展做到了很好的借鑒作用。逆向工程是設(shè)計(jì)下游向設(shè)計(jì)上游反饋信息的一個(gè)回路。目前，國內(nèi)外有關(guān)逆向工程的研究主要集中在幾何形狀的逆向，即重建產(chǎn)品實(shí)物的CAD，稱為“實(shí)物逆向工程”。如今，逆向工程技術(shù)在我國的應(yīng)用領(lǐng)域主要是飛機(jī)、汽車、玩具和家電等模具相關(guān)行業(yè)。但是其最主要的應(yīng)用領(lǐng)域還是在模具行業(yè)。逆向工程技術(shù)在我國，特別是以生產(chǎn)各種汽車、玩具配套件的沿海地區(qū)、企業(yè)有著十分廣闊的應(yīng)用前景。機(jī)密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機(jī)塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。氣體輔助注射成形技術(shù)的使用更趨成熟。 本課題的研究目的及研究意義通過男式摩托車前燈罩逆向造型的制作和模具的設(shè)計(jì)，對(duì)逆向造型和模具設(shè)計(jì)的有關(guān)知識(shí)進(jìn)行更深入的了解和探究，更清晰的認(rèn)識(shí)一個(gè)產(chǎn)品從實(shí)物到數(shù)據(jù)模型到三維建模到再到模具的制造過程。隨著3D模型的使用快速成長與模具制作對(duì)時(shí)間、造型與精度的要求日益嚴(yán)格，傳統(tǒng)的正向造型已經(jīng)不能滿足其發(fā)展的需要，現(xiàn)在正向造型也不是唯一的吃力方式。逆向工程技術(shù)與模具設(shè)備在設(shè)計(jì)生產(chǎn)中扮演著非常重要的角色。通過本次設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)及掌握先進(jìn)設(shè)計(jì)制造工藝，并進(jìn)一步提升專業(yè)技能，為踏上工作崗位做好準(zhǔn)備。然而在很多情況下，產(chǎn)品的原始設(shè)計(jì)圖紙和數(shù)字化模型并不可得。這種根據(jù)實(shí)物、樣件重新建立計(jì)算機(jī)模型的方法，與傳統(tǒng)的正向設(shè)計(jì)的過程正好相反，它與數(shù)字化制造技術(shù)相結(jié)合，大大加快了產(chǎn)品的研制過程。 逆向工程技術(shù)的基本原理極其流程框架逆向工程的原理就是一個(gè)“從有到無”的過程，根據(jù)已經(jīng)存在的產(chǎn)品模型，通過各種測量手段及三維幾何建模方法，將原有實(shí)物轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)上的三維數(shù)字模型，反向推出產(chǎn)品的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的過程。逆向工程的流程由以下幾步組成，模型曲面分析→確定掃描方案→進(jìn)行實(shí)體點(diǎn)云掃描→進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理→建立需要的曲線→建立曲面→進(jìn)行實(shí)體建模。圖21 逆向工程流程圖 逆向工程技術(shù)在產(chǎn)品開發(fā)過程中的應(yīng)用和意義逆向工程技術(shù)主要包括坐標(biāo)點(diǎn)的測量、數(shù)據(jù)處理、曲面模型重建三部分。即樣件表面數(shù)據(jù)的數(shù)字化，它是逆向工程的基礎(chǔ)。目前數(shù)據(jù)采集方面的主要研究工作集中在，如何快速提取有效的表面數(shù)據(jù)及對(duì)不同零件的測量規(guī)劃方法等方面。點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理。曲面擬合與曲面重構(gòu)。在瞬息萬變的產(chǎn)品市場中，能否快速地生產(chǎn)出合乎市場要求的產(chǎn)品就成為企業(yè)成敗的關(guān)鍵。但是逆向工程技術(shù)很好的解決了這一問題。逆向工程系統(tǒng)就專門為制造業(yè)提供了一個(gè)全新、高效的三維制造路線。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)認(rèn)識(shí)逆向工程，在以后的設(shè)計(jì)中考慮逆向工程，因?yàn)樗s短了開發(fā)周期，降低了產(chǎn)品開發(fā)成本。對(duì)設(shè)計(jì)人員來講，將傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與逆向工程相結(jié)合，提高設(shè)計(jì)人員的整體水平；對(duì)國家而言，具有縮小發(fā)展中國家與發(fā)達(dá)國家之間的差距具有重要意義。實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品快速開發(fā)的重要技術(shù)手段。當(dāng)設(shè)計(jì)需要實(shí)驗(yàn)才能定型的工件模型時(shí)，通常采用逆向工程的方法。此類產(chǎn)品通常是由復(fù)雜的自由曲面拼接而成的，最終借助逆向工程，轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品的三維CAD 模型及其模具。這將實(shí)物通過數(shù)據(jù)測量與處理產(chǎn)生與實(shí)際相符的產(chǎn)品數(shù)字化模型，對(duì)模型修改后再進(jìn)行加工，將顯著提高生產(chǎn)效率。逆向工程也廣泛用于修復(fù)破損的文物、藝術(shù)品、或缺乏供應(yīng)的損壞零件等。3 三維測量技術(shù) 三維測量技術(shù)的發(fā)展概況1985年，(Phase Shift Interferometry, PSI)實(shí)現(xiàn)了變形測量和振動(dòng)分析[2]。并成立了自己的實(shí)驗(yàn)室，專門從事此方面技術(shù)的研究，近20年來相繼推出了不同型號(hào)的測量系統(tǒng)，并在工業(yè)檢測、文物數(shù)字化、人體測量等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[35]。他們?cè)谏鲜兰o(jì)90年代分別成立了Steinbichler GmbH、 GmbH和GOM GmbH，并相繼推出了多款結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)?！　纳鲜鰢鴥?nèi)外的發(fā)展情況可知，結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)已較為成熟，但在相位計(jì)算和系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)定2個(gè)關(guān)鍵技術(shù)方面尚有很多問題需要解決。在測量技術(shù)中，獲取三維表面信息的基本方法總的來說有接觸式和非接觸式兩種，如（圖31）所示。隨著計(jì)算機(jī)、傳感、控制等技術(shù)的發(fā)展與更新，非接觸式測量近幾年得到了很快的發(fā)展，出現(xiàn)了三角形法、結(jié)構(gòu)光法、計(jì)算機(jī)視覺法、激光干涉法等。非接觸式測量可以密集的對(duì)產(chǎn)品表面進(jìn)行測量，從而形成“點(diǎn)云’’數(shù)據(jù)，但是上述方法難以采集到物體內(nèi)表面的數(shù)據(jù)，因此斷層掃描技術(shù)在逆向工程中取得較為廣泛的應(yīng)用，但它們成本較高，是破壞性測量，且測量過程復(fù)雜。 三維測量技術(shù)的應(yīng)用三維測量技術(shù)作為一種快速、便攜、高精度的三維測量技術(shù)，在汽車、航空、模具、醫(yī)療及康復(fù)工程、家用電器、工業(yè)設(shè)計(jì)、工藝品制作以及兒童玩具等領(lǐng)域均得到了廣泛的應(yīng)用并得到了用戶的一致認(rèn)可，已成為一種成熟的三維數(shù)據(jù)獲取和質(zhì)量評(píng)價(jià)與控制的手段。傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)的思路與方法是首先利用CAD軟件繪制模具三維數(shù)學(xué)模型，然后根據(jù)此模型進(jìn)行工藝規(guī)程安排與數(shù)控加工程序編制，最后在數(shù)控設(shè)備上進(jìn)行機(jī)械加工。過去常采用樣板對(duì)模具進(jìn)行檢測，這樣會(huì)帶來一系列固有問題，如不同模具需要不同的樣板，樣板的加工與存放不僅使成本增加而且使模具制造周期大大延長。結(jié)構(gòu)光三維測量技術(shù)的出現(xiàn)有效地解決了上述問題。具體過程是將點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)與平移，使其與CAD模型重合，然后根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)與CAD模型間的距離來分析加工誤差，不同的誤差區(qū)間用不同的顏色來表示，可以非常直觀地反映出模具加工精度整體分布情況，如果需要還可以得到任意一點(diǎn)的誤差情況，為下一步的修整或其他決策提供原始依據(jù)。這就需要對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理，即三維數(shù)學(xué)模型重建。4 產(chǎn)品的三維表面數(shù)字化這里的產(chǎn)品的三維表面數(shù)字化就是利用激光掃描儀對(duì)男式摩托車前燈罩的外表面進(jìn)行掃描，得到其外表面的三維點(diǎn)云。它是獲得原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)的最直接的方法，也是最理想的方法。掃描設(shè)備根據(jù)其測量方式可分兩類：接觸式測量：根據(jù)測頭的不同。應(yīng)用最為廣泛的三坐標(biāo)測量機(jī)是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的新型高效精密測量儀器，是有很強(qiáng)柔性的大型測量設(shè)備。從三維數(shù)據(jù)的采集方法上來看，非接觸式的方法由于同時(shí)擁有速度和精度的特點(diǎn)，因而在逆向工程中應(yīng)用最為廣泛。圖41 關(guān)節(jié)臂激光掃描儀 點(diǎn)云處理軟件Imageware 作為UGNX 中提供的逆向工程造型軟件?？梢蕴幚韼兹f至幾百萬的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。Imageware 的模型檢測功能可以方便、直觀地顯示所構(gòu)造曲面模型與實(shí)際測量數(shù)據(jù)之間的誤差以及平面度、真圓度等幾何公差。這樣對(duì)之后的三維建模有更好的幫助。把鼠標(biāo)放在點(diǎn)云上右鍵點(diǎn)擊點(diǎn)云，出點(diǎn)選框，選擇【圈選點(diǎn)】（圖43）出現(xiàn)圈選點(diǎn)對(duì)話框，如（圖44）所示，用線把無用的點(diǎn)云框選去除，如（圖45）所示，得到需要的有用點(diǎn)云，如（圖46）所示。點(diǎn)擊【編輯】/【創(chuàng)建組】選擇剛才創(chuàng)建的三點(diǎn)平面和產(chǎn)品的點(diǎn)云創(chuàng)建一個(gè)組，如（圖49）所示，然后點(diǎn)擊【修改】/【定位】/【基于特征定位】選擇剛才創(chuàng)建的兩個(gè)平面把點(diǎn)云定位好，如（圖410）所示。 圖411交換模式點(diǎn)云界面 圖412畫線截取 圖413新創(chuàng)建的三點(diǎn)平面 圖414新定位的點(diǎn)云(3)在截出的平面點(diǎn)云上的圓角處畫出兩個(gè)三點(diǎn)圓，圓心連線，標(biāo)出中點(diǎn)，如（圖415）所示。然后再做兩條以原點(diǎn)為起點(diǎn)，各自平行于Z軸和Y軸的直線作為定位點(diǎn)云的基準(zhǔn)，如（圖418）所示。 圖415 畫出的圓 圖416畫出的線 圖417直線的坐標(biāo) 圖418畫出的基準(zhǔn)圖419配對(duì)后的點(diǎn)云點(diǎn)云定位好了之后，就要為之后的三維模型的創(chuàng)建做準(zhǔn)備，需要做的是要簡化和截取點(diǎn)云，還要把產(chǎn)品點(diǎn)云三角網(wǎng)格化。光標(biāo)放在點(diǎn)云上，右鍵點(diǎn)擊點(diǎn)云，選擇【平行點(diǎn)云截面】，如（圖420）所示，出現(xiàn)其對(duì)話框，如（圖421）所示，分別截出三個(gè)方向的點(diǎn)云，如（圖422）所示。還要選擇一個(gè)Y軸平面的截面作為以后制作三維模型的中心線，如（圖424）所示。右鍵點(diǎn)擊產(chǎn)品點(diǎn)云，選擇【點(diǎn)云三角形網(wǎng)格化】，如（圖427）所示，出現(xiàn)對(duì)話框，如（圖428）所示，點(diǎn)擊確定，得到需要的三角網(wǎng)格化點(diǎn)云，如（圖429）所示。之后一樣的操作，把三角網(wǎng)格化的點(diǎn)云單獨(dú)現(xiàn)實(shí)，關(guān)鍵也是要點(diǎn)擊【可見】最后保存。之后就是用UG做產(chǎn)品的三維模型。而這個(gè)過程在說個(gè)課題中，是基于UG環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的。UG CAD：曲線的建立、曲線的操作與編輯、三維實(shí)體建模與編輯、草圖的建立及約束管理、表達(dá)式、工程圖的建立、工程圖的編輯與注釋、組件裝配、組件爆炸視圖、組件克隆及明細(xì)表、自由形狀特征的建立與編輯等。UG是目前市場上功能最極致的產(chǎn)品設(shè)計(jì)工具。UG提供工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之人機(jī)接口，不但易學(xué)易用，更有無限次數(shù)的undo功能、方便好用的彈出窗口指令、快速圖像操作說明、自定操作功能指令及中文化操作接口等特色，并且擁有一個(gè)強(qiáng)固的檔案轉(zhuǎn)換工具，能轉(zhuǎn)換各種不同CAD應(yīng)用軟件的圖文件，以重復(fù)使用原有資料。運(yùn)用其功能強(qiáng)大的復(fù)合式建模工具，設(shè)計(jì)者可依工作的需求選擇最適合的建模方式；關(guān)聯(lián)性的單一數(shù)據(jù)庫，使大量零件的處理更加穩(wěn)定。本課題基于