【正文】 法來(lái)獲取零件原形所具有的設(shè)計(jì)與加工特征。 ，對(duì)不滿足要求者重復(fù)以上過(guò)程，直至達(dá)到零件的設(shè)計(jì)要求。它能對(duì)物體進(jìn)行高速、高密度掃描，輸出三維點(diǎn)云供進(jìn)一步后期處理。采用這種測(cè)量原理，使得對(duì)物體進(jìn)行照相測(cè)量成為可能。硬件包括電腦、兩個(gè)攝像頭、投影裝置、三角架；軟件對(duì)CCD和投影裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和控制，對(duì)采集的圖像進(jìn)行軟件處理，生成三維點(diǎn)云，并能進(jìn)行三維顯示。 Geomagic軟件介紹 Geomagic Studio是由美國(guó)雨滴公司研發(fā)的逆向工程應(yīng)用軟件，它以先進(jìn)的數(shù)學(xué)模型、曲面構(gòu)建理論為基礎(chǔ)，能快速地整理曲面點(diǎn)云數(shù)據(jù)自動(dòng)產(chǎn)生網(wǎng)格，可構(gòu)建任意復(fù)雜的精確曲面模型，創(chuàng)造從原型曲面測(cè)量點(diǎn)云到多邊形數(shù)據(jù)的高品質(zhì)三維模型產(chǎn)品。特征線分析對(duì)比。新點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)處理技術(shù)。按曲率連續(xù)填補(bǔ)破洞。邊界處理使圓角邊自動(dòng)銳化。處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)能以IGS 格式輸出到主流CAD/ CAM系統(tǒng)中。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(guò)大，否則不能很好地捕捉到點(diǎn)云的形狀，得到的曲面質(zhì)量也較差。 UG NX是美國(guó)UGS公司推出的CAD/CAE/CAM一體化軟件，它具有強(qiáng)大的實(shí)體造型，曲面造型功能。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(guò)創(chuàng)建程序節(jié)點(diǎn)、刀具節(jié)點(diǎn)、幾何節(jié)點(diǎn)、加工方法節(jié)點(diǎn)，生成刀具加工軌跡，通過(guò)觀察刀具運(yùn)動(dòng)來(lái)圖形化地編輯刀具軌跡，最終的刀位源文件經(jīng)過(guò)后置處理即可生成數(shù)控加工程序。它支持包括打開(kāi)已存的部件文件、建立新的部件文件、繪制工程圖以及輸入、輸出不同格式的文件等操作，也提供圖層控制、試圖定義和屏幕布局、表達(dá)式和特征查詢、對(duì)象信息和分析、顯示控制和隱藏/再現(xiàn)對(duì)象等操作。實(shí)體建模是特征建模和自由形狀建模的必要基礎(chǔ)。支持“自頂向下”和“子底向上”的裝配方法。參數(shù)化的裝配建模提供為描述組件間配對(duì)關(guān)系和為規(guī)定共同創(chuàng)建的緊固件組以及其他重復(fù)的零件的附加功能，這種體系結(jié)構(gòu)允許龐大的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)并為設(shè)計(jì)者創(chuàng)建和共享，使產(chǎn)品開(kāi)發(fā)并行工作。在模型改變時(shí)，工程圖將被自動(dòng)更新。利用裝配模塊創(chuàng)建的裝配信息可以方便地建立裝配圖，包括快速地建立裝配圖剖視、爆炸圖、明細(xì)表自動(dòng)生成等。提供線性靜力、線性屈服分析、模擬分析和穩(wěn)態(tài)分析?？梢赃M(jìn)行機(jī)構(gòu)連接設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)綜合，建立產(chǎn)品的仿真，利用交互是運(yùn)動(dòng)模式同時(shí)控制5個(gè)運(yùn)動(dòng)副，設(shè)計(jì)出包含任意關(guān)鍵節(jié)數(shù)的空間機(jī)構(gòu)，完成機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析，以多種格式表達(dá)分析結(jié)果。具有前處理、解算和后處理的能力，提供強(qiáng)大的在線求解和完整的服務(wù)材料數(shù)據(jù)庫(kù)。它按照模具設(shè)計(jì)的一般順序來(lái)模擬設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程，其只需根據(jù)一個(gè)產(chǎn)品的三維實(shí)體造型，從而建立一套用產(chǎn)品造型參數(shù)相關(guān)的三維實(shí)體模具。UG MoldWizard模塊支持典型的塑料模具設(shè)計(jì)的全過(guò)程，即從讀取產(chǎn)品模型開(kāi)始，到如何確定和構(gòu)造拔模方向、收縮率、分型面、型芯和型腔，再到設(shè)計(jì)滑塊、模架及其標(biāo)準(zhǔn)零部件，最后到模具的裝配結(jié)構(gòu)、建立幾何聯(lián)結(jié)并進(jìn)行零部件的相關(guān)設(shè)計(jì)。從而為模具設(shè)計(jì)人員進(jìn)行模具設(shè)計(jì)和注塑人員進(jìn)行注塑工藝參數(shù)調(diào)整提供依據(jù)。 本課題的意義本文的選題背景是探討利用逆向工程這一先進(jìn)的制造技術(shù)手段來(lái)解決玩具爬行士兵外殼成形技術(shù)中的一些難題，應(yīng)用UG MoldWizard分模并進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，縮短士兵外殼模具的制造周期，加速玩具爬行士兵工業(yè)的發(fā)展。逆向工程所需要的測(cè)量按其特性及應(yīng)用，一般可分為兩大類：接觸式測(cè)量與非接觸式測(cè)量，下表列出它們的技術(shù)特點(diǎn)。由于本課題研究的是屬于曲面形狀零件的爬行士兵玩具外殼，經(jīng)比較選用非接觸式測(cè)量方式的激光測(cè)量。接觸式探頭一般用于不規(guī)則曲面的測(cè)量，因不規(guī)則曲面對(duì)于接觸式探頭的半徑補(bǔ)償相當(dāng)不易，而且測(cè)量速度相當(dāng)慢。而掃描儀的主要組成部分有光柵投影系統(tǒng)、兩個(gè)攝像頭、三角架、標(biāo)定板及連接電纜。3DSS掃描儀能滿足大多數(shù)掃描任務(wù)、能很便捷的攜帶、安裝投入運(yùn)行。通過(guò)上面的按鈕，可以直接控制掃描頭的操作，“開(kāi)燈”關(guān)燈按鈕可以打開(kāi)或關(guān)閉投影燈；其余按鈕依次是不同掃描模式，掃描時(shí)會(huì)自動(dòng)投影到物體上。（4） 在主菜單工具子菜單里，有“CCD控制”二級(jí)菜單，點(diǎn)擊其中的“拍攝”菜單項(xiàng)，即可開(kāi)啟實(shí)時(shí)攝像功能，在左右攝像頭對(duì)應(yīng)的視圖窗口內(nèi)，動(dòng)態(tài)顯示各自動(dòng)拍攝內(nèi)容?？筛鶕?jù)環(huán)境、燈泡亮度、掃描材質(zhì)調(diào)節(jié)這三個(gè)參數(shù)。調(diào)到最佳值后，可在“參數(shù)”中的“CCD參數(shù)”中進(jìn)行設(shè)置，作為下次啟動(dòng)軟件時(shí)兩個(gè)CCD的系統(tǒng)默認(rèn)參數(shù)，根據(jù)待測(cè)物體待測(cè)材質(zhì)的不同，可以調(diào)整增益、使亮度適宜，亮度適宜的標(biāo)準(zhǔn)是動(dòng)態(tài)圖像窗口中剛出現(xiàn)一點(diǎn)紅色，紅色圖像太多表示圖像太亮，會(huì)使掃描結(jié)果變差，此時(shí)應(yīng)該調(diào)低增益。電子光圈不宜隨便調(diào)動(dòng)，否則可能會(huì)使圖像出現(xiàn)滾動(dòng)的暗條紋，這會(huì)使掃描結(jié)果大為惡化，應(yīng)絕對(duì)避免。 零件掃描過(guò)程爬行士兵外殼是一個(gè)三維的曲面模型，其外形曲面結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，采用單視掃描方法很顯然無(wú)法得到零件完整的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，采用多視掃描方法，掃描時(shí)利用掃描軟件的自動(dòng)拼合功能將相鄰兩個(gè)掃描視角的公共區(qū)域拼接起來(lái)。在右上角的點(diǎn)云顯示窗口中觀察可視區(qū)內(nèi)的參考點(diǎn)和點(diǎn)云是否都被掃描到，點(diǎn)云是否完好，若對(duì)掃描結(jié)果滿意，則按參考點(diǎn)管理窗口的“OK”按鈕，使參考點(diǎn)固定并顯示為紅色；9） 將當(dāng)前視角加一，掃描下一個(gè)視角的點(diǎn)云，并按“匹配”按鈕進(jìn)行匹配；10) 掃描完所有視角后，輸出點(diǎn)云并保存點(diǎn)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。 （） （） （） （） （） （）通過(guò)上面三個(gè)視角對(duì)爬行士兵外殼掃描，基本可以得到其完整的曲面點(diǎn)云數(shù)據(jù)，上面六個(gè)圖中，黑色正方形是掃描是貼上去的參考點(diǎn)，當(dāng)?shù)谝灰暯菕呙柰瓿芍笤倮^續(xù)做第二視角掃描是，要先點(diǎn)擊掃描軟件的圖標(biāo)，這樣就把當(dāng)前視加一，轉(zhuǎn)換到下一個(gè)視角，進(jìn)行下一個(gè)視角的掃描，掃描時(shí)相鄰兩個(gè)視區(qū)內(nèi)的公共參考點(diǎn)必須有三到五個(gè)，掃描完后，點(diǎn)擊“匹配”按鈕，匹配成功之后，相鄰兩個(gè)掃描視角下的點(diǎn)云數(shù)據(jù)就拼接起來(lái)了，3DSS掃描軟件進(jìn)行多視掃描就是用這一拼接功能，對(duì)不同視角下掃描得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，從而得到零件完整的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。掃描時(shí)在零件表面適當(dāng)位置貼參考點(diǎn)，進(jìn)行多視角掃描，利用拼接技術(shù)對(duì)不同視角下的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，得到完整的曲面點(diǎn)云數(shù)據(jù)。在逆向工程計(jì)劃的執(zhí)行上，應(yīng)該對(duì)所建模型有一個(gè)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(yīng)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(duì)精度與曲面質(zhì)量的要求也大不相同。(2)必須要達(dá)到的精度要求及其可能性可能產(chǎn)生的誤差包括測(cè)量時(shí)造成的誤差和曲面建構(gòu)時(shí)點(diǎn)云數(shù)據(jù)與曲面間的誤差。(3)必須要達(dá)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(yàn)來(lái)講，高精度和高質(zhì)量的曲面一直是追求的兩大目標(biāo)，大多數(shù)情況下，兩者是相互沖突的，如果要一個(gè)曲面與點(diǎn)數(shù)據(jù)完全吻合，那么該曲面必然有很多波動(dòng)。依據(jù)逆向建模策略和實(shí)現(xiàn)方式的不同，當(dāng)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。 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(diǎn)云中重建出三角網(wǎng)格曲面； 2) 對(duì)三角網(wǎng)格曲面編輯處理； 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。1. 點(diǎn)數(shù)據(jù)的坐標(biāo)定位無(wú)論使用的是何種設(shè)備，在掃描過(guò)程中不免需要將待測(cè)物體作移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)完整點(diǎn)數(shù)據(jù)的獲取，這將會(huì)造成輸入軟件中數(shù)據(jù)的點(diǎn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生坐標(biāo)不統(tǒng)一的現(xiàn)象，目前部分掃描設(shè)備具備自動(dòng)將不同角度的掃描點(diǎn)數(shù)據(jù)作定位的功能，但是畢竟還是有部分的點(diǎn)數(shù)據(jù)必須通過(guò)人工或后處理軟件達(dá)到點(diǎn)數(shù)據(jù)的定位。譬如，激光掃描儀生成的圖像里就比較多雜點(diǎn)，散布在圖像四周，輪廓邊緣外尤其多；而CMM的雜點(diǎn)通常較少，或因?yàn)榱慵砻婧艽植?、很糟糕，或出現(xiàn)在測(cè)量溝、臺(tái)、孔處，或因測(cè)量時(shí)的抖動(dòng)引起。利用軟件的排序功能，將要用來(lái)建構(gòu)曲面的點(diǎn)數(shù)據(jù)作排序并使其平滑化；如果點(diǎn)數(shù)據(jù)太多，也可利用刪減工具，將點(diǎn)數(shù)減少；通常特征變化較大的地方需要較多的點(diǎn)數(shù)據(jù)來(lái)描述，而較平滑的地方則以較少的點(diǎn)數(shù)據(jù)來(lái)表達(dá)；使用分析工具了解自己做了某些工作后，可能產(chǎn)生的誤差有多少。 三角形網(wǎng)格曲面編輯處理在建模的初期，應(yīng)對(duì)模型整體的建構(gòu)有一定的初步的規(guī)劃。在允許的精度誤差上，會(huì)舍棄精度取平滑度；必須對(duì)后處理的過(guò)程有全盤的了解。簡(jiǎn)單的曲面有利于后續(xù)工作的修編，較容易構(gòu)建出較高質(zhì)量的平滑曲面模型。基本幾何曲面的構(gòu)建在逆向工程中，由于測(cè)量出來(lái)的點(diǎn)數(shù)據(jù)坐標(biāo)可能沒(méi)有固定，所以用點(diǎn)數(shù)據(jù)構(gòu)建基本幾何要素的功能就顯得相當(dāng)重要了，利用這些基本幾何要素，可以很方便地找到平面、模型的孔位、定位用基準(zhǔn)等。隨著測(cè)量系統(tǒng)的不同，測(cè)量出來(lái)的精度也有差異，最好要配合軟件的分析功能，分析顯示基本幾何信息，如尺寸，位置等，再作適度的調(diào)整，求出最佳的結(jié)果。這時(shí)就需要用填充孔命令將物體表面的破孔及邊界缺失的部分填充上，參考實(shí)物模型，盡量還原物體的幾何外形，完成曲面構(gòu)建。 3. 邊界編輯封裝階段得到的曲面是由很多不規(guī)則多邊形構(gòu)成的，而且填充孔也是以多邊形的形式填充，這樣在模型邊界就會(huì)形成大量的不整齊的邊界曲線，為了后續(xù)處理的順利進(jìn)行，對(duì)于不整齊的邊界，可以執(zhí)行“編輯邊界”命令，減少控制點(diǎn)的數(shù)目使邊界變得整齊。即使是不同的模型，對(duì)于點(diǎn)階段和多邊形階段的操作都相類似，以上涉及的命令在任何模型點(diǎn)云的處理過(guò)程中幾乎都會(huì)用到。 快速曲面重建的曲面階段 曲面階段的編輯的方法具有可選性，進(jìn)入曲面階段有兩個(gè)模塊可選：形狀模塊和制作模塊。制作模塊即進(jìn)入了Geomagic studio軟件Fashion模塊。在模型曲率較大區(qū)域獲得輪廓線（以橙色線顯示）。執(zhí)行“細(xì)分/延伸輪廓線”命令，延伸線根據(jù)輪廓線生成，延伸線在模型表面所占的區(qū)域即為曲面之間的過(guò)渡區(qū)域，使輪廓線所劃分的各塊面部相互連接，形成一個(gè)完整的曲面形狀。執(zhí)行“構(gòu)造曲面片”命令，將各面板鋪設(shè)曲面片，曲面片數(shù)目可以通過(guò)軟件自動(dòng)估計(jì)，也可以指定數(shù)目。由于在定義面板時(shí)，可選的有格柵、條、圓、橢圓、套環(huán)以及自動(dòng)探測(cè)，為了更準(zhǔn)確地表達(dá)曲面，所以在構(gòu)造曲面片時(shí)盡量使面板的定義在前五種定義范圍之內(nèi)。 柵格化并NURBS擬合成CAD模型當(dāng)所有面板都完成網(wǎng)格化之后，執(zhí)行“構(gòu)造格柵”命令，將“分辨率”調(diào)到合適的值，完成曲面柵格構(gòu)造，并在“非均勻有理B樣條”菜單下選擇“NURBS模型到CAD模型”完成模型轉(zhuǎn)化，得到最終的CAD模型?！　。?）使用去除孤立點(diǎn)命令去除孤立點(diǎn)（紅色點(diǎn)）及多余的測(cè)量點(diǎn)?！　。?）使用封裝命令對(duì)點(diǎn)云分裝后形成多邊形曲面。 （2）對(duì)部分特征進(jìn)行去除。 3. 形狀階段 （1）由多邊形階段進(jìn)入到形狀階段并劃分區(qū)域。（3） 對(duì)排列整理后形成的曲面片構(gòu)造柵格。 UG環(huán)境下的實(shí)體建模 曲面縫合UG環(huán)境下曲面縫合用于連接兩個(gè)或多個(gè)片體，并建立單一片體。但是，在封閉容積中的片體組之間的縫合縫隙必須小于指定公差，否則結(jié)果仍然是片體。本課題的軟品模型曲面是用Geomagic軟件制作的曲面片，片與片之間的間隙較大，在UG中縫合曲面片時(shí)應(yīng)將公差調(diào)大些。 圖51 曲面片 圖52 實(shí)體模型 塑件特征設(shè)計(jì) 本課題采用3DSS掃描儀掃描得到的知識(shí)模型外表面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)一系列處理后，還應(yīng)應(yīng)用UG的實(shí)體建模功能完成塑件的特征設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方法是在實(shí)體的適當(dāng)部位建立適當(dāng)?shù)目臻g曲線，并以此建立合適的基準(zhǔn)平面，并利用游標(biāo)卡尺等測(cè)量工具，測(cè)得模型內(nèi)部一些特征的形狀和位置尺寸，用UG 的拉伸和修剪體的功能完成模型的特征設(shè)計(jì)，還原塑件的完整形狀。首先論述向工程處理的內(nèi)容和處理的原理，然后結(jié)合軟件Geomagic的逆向工程功能將掃描得到的玩具爬行士兵的點(diǎn)云圖處理成零件圖?？梢钥闯鰧Ⅻc(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成CAD模型好壞，關(guān)鍵在于對(duì)點(diǎn)云處理后的網(wǎng)格曲面進(jìn)行處理，網(wǎng)格曲面如果處理得比較完美，轉(zhuǎn)化的CAD模型也會(huì)有較好的效果。 最佳澆口位置分析Moldflow軟件中的MPI/Gate Location澆口位置分析模塊可以準(zhǔn)確快速的分析出塑件的最佳澆口位置。步驟：選擇分析序列\(zhòng)Gate Location選擇材料\GE ： 最佳澆口位置