鼠標(biāo)底座逆向設(shè)計(jì)與模具設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)Tianjin University of Technology and Education畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 專 業(yè)：材料成型及控制工程 班級(jí)學(xué)號(hào)： 材料0612 - 01 學(xué)生姓名： AB 指導(dǎo)教師： CD 講師 二一一年六月文檔可自由編輯打印天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)鼠標(biāo)底座逆向設(shè)計(jì)與模具設(shè)計(jì)The mouse base reverse design and mold design 專業(yè)班級(jí)：材料0612 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 講師 學(xué) 院：機(jī)械工程學(xué)院2010年6月摘 要隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)三維造型技術(shù)特別是逆向工程技術(shù)在工業(yè)上已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用

2、。為了解決塑料產(chǎn)品外形設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)的困難，該課題研究了鼠標(biāo)外形的逆向工程造型方法，并對(duì)逆向工程概念、方法進(jìn)行系統(tǒng)的闡述，同時(shí)又以鼠標(biāo)為例詳細(xì)介紹了對(duì)鼠標(biāo)外形進(jìn)行逆向工程的步驟。將逆向工程技術(shù)應(yīng)用到塑料鼠標(biāo)模具的設(shè)計(jì)與制造中，從而實(shí)現(xiàn)注塑模的快速設(shè)計(jì)與制造。本課題主要是鼠標(biāo)底座的逆向設(shè)計(jì)與模具設(shè)計(jì), 首先采用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x采集數(shù)據(jù)，利用UG和Imageware軟件進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理、模型重建。然后通過(guò)對(duì)塑件進(jìn)行工藝的分析和比較,最終設(shè)計(jì)出一副注塑模具來(lái)生產(chǎn)鼠標(biāo)底座塑件產(chǎn)品，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化提高產(chǎn)量。該課題從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝性，具體模具結(jié)構(gòu)出發(fā)，對(duì)模具的澆注系統(tǒng)、模具成型部分的結(jié)構(gòu)、頂出系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、注塑機(jī)的

3、選擇及有關(guān)參數(shù)的校核、都有詳細(xì)的設(shè)計(jì)，針對(duì)鼠標(biāo)底座的具體結(jié)構(gòu)，該模具是潛伏式澆口的單分型面注射模具，通過(guò)整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程表明該模具能夠達(dá)到此塑件所要求的加工工藝。關(guān)鍵詞：逆向工程；點(diǎn)云；鼠標(biāo)；注塑模具；分型面ABSTRACTWith the rapid development of computer technique, the technology of 3D computer-aided prototyping, especially the Reverse Engineering, has been more widely used in industry. In order to solv

4、e the plastic product appearance design cycle long difficulties，This research a mouse shape modelling of reverse engineering and the methods to reverse engineering concept, methods, systematic expatiation on the mouse again at the same time as an example of the mouse shape introduced in detail the s

5、teps to reverse engineer. Will reverse engineering technology is applied to plastic mouse die design and manufacture, so as to realize the rapid injection mold design and manufacturing.This topic is the base of the reverse design is the mouse with mold design, first adopt three coordinates measuring

6、 instrument gathering data, using UG and Imageware software to the point cloud data processing, model reconstruction. Then through the plastic parts for process analysis and comparison, the final design out a pair of injection mold to produce a mouse base plastic product, in order to realize automat

7、ion to increase production. This topic from product structure technology, based on the mould structure, specific to mould gating system, the structure of its molding part, ejection system, cooling system, the injection molding machine selection and related parameter checking, have detailed design, a

8、ccording to the specific structure of mouse base the mould is latent type gate of single parting surface injection mould, through the whole design process shows that the mold can achieve the required plastic parts processing.Key Words：Reverse Engineering；Point Cloud；Mouse；Injection Mold；Parting Surf

9、ace目 錄1緒 論11.1選題背景及意義11.2模具的種類11.3模具的應(yīng)用11.4逆向工程原理21.5逆向工程特點(diǎn)21.6逆向建模的一般流程圖31.7逆向工程的應(yīng)用領(lǐng)域32 逆向建模42.1逆向工程一般步驟42.1.1實(shí)體三維數(shù)據(jù)的獲得掃描42.1.2點(diǎn)云處理52.1.3曲面重構(gòu)52.1.4實(shí)體建模62.2逆向工程軟硬件設(shè)備62.2.1掃描設(shè)備62.2.2點(diǎn)云曲面處理軟件72.2.3實(shí)體建模軟件92.3鼠標(biāo)外形逆向開(kāi)發(fā)的流程92.3.1模型分析92.3.2掃描92.3.3點(diǎn)云數(shù)據(jù)清理102.3.4數(shù)據(jù)對(duì)齊112.3.5點(diǎn)云分割提取各特征的點(diǎn)云122.3.6曲線構(gòu)造132.3.7曲面構(gòu)造13

10、2.3.8實(shí)體構(gòu)造142.3.9鼠標(biāo)其它特征創(chuàng)建142.3.10質(zhì)量評(píng)估檢測(cè)143鼠標(biāo)底座塑料零件分析163.1零件的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)163.2 塑料件的材料163.2.1對(duì)塑料的認(rèn)識(shí)163.2.2塑料的成型工藝特點(diǎn)173.2.3常用塑料及特性173.2.4工程塑料（ABS）的特性及注射工藝性183.3鼠標(biāo)底座塑料件的參數(shù)194注射機(jī)的選用204.1選用注射機(jī)的方法和原則204.2 注射機(jī)的種類和應(yīng)用范圍204.3注射機(jī)的選用204.3.1常用注射機(jī)204.4注射機(jī)參數(shù)的校核224.4.1最大注射量的校核224.4.2注射壓力的校核224.4.3鎖模力的校核224.4.4最大注射成型面積的校核225

11、塑料注射模具設(shè)計(jì)235.1 型腔數(shù)目和分布235.2 分型面的選擇245.3 型芯和型腔245.3.1 型芯和型腔的結(jié)構(gòu)245.3.2 型芯和型腔的尺寸265.3.3型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)265.3.4型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)265.3.5型腔、型芯內(nèi)鑲件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)265.4 澆注系統(tǒng)265.4.1主流道和冷料井設(shè)計(jì)265.4.2 分流道設(shè)計(jì)275.4.3澆口設(shè)計(jì)275.5 頂出機(jī)構(gòu)285.5.1 頂出機(jī)構(gòu)的作用和種類285.5.2 頂桿推出機(jī)構(gòu)的組成285.5.3 頂桿頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)295.6 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)295.6.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用和組成295.6.2 導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)305.6.3 導(dǎo)套的設(shè)計(jì)305.7側(cè)向分型與抽

12、芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)315.8 冷卻和排氣系統(tǒng)315.8.1 冷卻系統(tǒng)315.8.2 排氣系統(tǒng)325.9 模架的選用326.模具總裝配34總 結(jié)35參考文獻(xiàn)36附 錄37致 謝571 緒 論1.1選題背景及意義在塑料產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，幾何造型技術(shù)已使用得相當(dāng)廣泛。但由于種種原因，模具企業(yè)從廠商接受的技術(shù)資料往往并非CAD的模型，而是由復(fù)雜的自由曲線曲面組成的實(shí)物樣件，若采用傳統(tǒng)的方法設(shè)計(jì)制造產(chǎn)品，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，成本高，無(wú)法應(yīng)對(duì)瞬息萬(wàn)變的塑料品市場(chǎng)，而逆向工程(Reverse Engineering)為解決這一難題提供了便利。因此逆向工程作為一門(mén)新興學(xué)科越來(lái)越受到人們的關(guān)注和重視。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是以功能為

13、基礎(chǔ)，通過(guò)方案設(shè)計(jì)、圖樣設(shè)計(jì)及產(chǎn)品制造、裝配，以獲取產(chǎn)品實(shí)物作為最終目的，而逆向工程設(shè)計(jì)是針對(duì)現(xiàn)有工件，尤其是復(fù)雜不規(guī)則的自由曲面，利用3D數(shù)字化測(cè)量?jī)x，準(zhǔn)確、快速地測(cè)量出輪廓坐標(biāo)值，并構(gòu)建曲面，經(jīng)編輯、修改后，轉(zhuǎn)至一般的CADCAM系統(tǒng)，將原有的實(shí)物或影像轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)上的三維數(shù)字化模型，從而大大提高模具生產(chǎn)效率，降低模具制造成本。逆向工程技術(shù)在我國(guó)，特別是在注塑行業(yè)有著十分廣闊的應(yīng)用前景。1.2模具的種類按所成型的材料的不同，模具可分為金屬模具和非金屬模具。金屬模具又分為：鑄造模具（有色金屬壓鑄，鋼鐵鑄造）、和鍛造模具等；非金屬模具也分為：塑料模具和無(wú)機(jī)非金屬模具。而按照模具本身材料的不同，

14、模具可分為：砂型模具，金屬模具，真空模具，石蠟?zāi)＞叩鹊?。其中，隨著高分子塑料的快速發(fā)展，塑料模具與人們的生活密切相關(guān)。塑料模具一般可分為：注射成型模具，擠塑成型模具，氣輔成型模具等等。1.3模具的應(yīng)用注射模是安裝在注射機(jī)上，完成注射成形工藝所使用的模具。注射模的種類很多，其結(jié)構(gòu)與塑料的品種、塑件的結(jié)構(gòu)和注射機(jī)的種類等很多因素有關(guān)。一般情況，注射模是由成形部件、澆注系統(tǒng)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、調(diào)溫系統(tǒng)和支撐零部件組成，如果塑件有側(cè)向的孔或凸臺(tái)，注射模還包括側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)。壓縮?？煞譃楣潭ㄓ趬簷C(jī)上壓板的上模和下壓板的下模兩大部分，由型腔、加料室、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)、脫模機(jī)構(gòu)、加熱系統(tǒng)組成，主要應(yīng)用

15、于成形熱固性塑件。壓注成型是在壓縮成型基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種熱固性塑料的成型方法，又稱傳遞成型，壓注成型的一般過(guò)程是，先閉合模具，然后將塑料加入模具加料室內(nèi)，使其受熱成熔融狀態(tài)，在與加料室配合的壓料柱塞的作用下，使熔料通過(guò)設(shè)在加料室底部的澆注系統(tǒng)高速擠入型腔。塑料在型腔內(nèi)繼續(xù)受熱受壓而發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)并固化成型。然后打開(kāi)模具取出塑件，清理加料室和澆注系統(tǒng)后進(jìn)行下一次成型。它由型腔、加料室、澆注系統(tǒng)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、側(cè)分型與抽芯機(jī)構(gòu)、脫模機(jī)構(gòu)、加熱系統(tǒng)組成。擠出模是熱塑性塑料的成型方法之一，它可以成型各種塑料管材、棒材、板材、薄膜以及電線、電纜等連續(xù)型材，還可以對(duì)塑料進(jìn)行塑化、混合、造粒、脫水以及喂料等準(zhǔn)備

16、工序或半成品加工。1.4逆向工程原理在瞬息萬(wàn)變的產(chǎn)品市場(chǎng)中，能否快速地生產(chǎn)出合乎市場(chǎng)要求的產(chǎn)品就成為企業(yè)成敗的關(guān)鍵。由于各種原因往往我們都會(huì)遇到只有一個(gè)實(shí)物樣品或手工模型，沒(méi)有圖紙或CAD數(shù)據(jù)檔案，有時(shí)，甚至可能連一張可以參考的圖紙也不存在，沒(méi)法得到準(zhǔn)確的尺寸，這就為我們?cè)诤罄m(xù)的工作中采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)手段和先進(jìn)的制造技術(shù)帶來(lái)了很大的障礙，制造模具也就更為煩雜。但是逆向工程技術(shù)很好的解決了這一問(wèn)題。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，三維的幾何造型技術(shù)已被制造業(yè)廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品及工模具的設(shè)計(jì)、方案評(píng)審、自動(dòng)化加工制造及管理維護(hù)各個(gè)方面。通過(guò)各種測(cè)量手段及三維幾何建模方法，將原有實(shí)物（產(chǎn)品原型或油泥模型）轉(zhuǎn)化

17、為計(jì)算機(jī)上的三維數(shù)字模型，在CAD領(lǐng)域，這就是所謂的逆向工程。1.5逆向工程特點(diǎn)傳統(tǒng)的復(fù)制方法是用立體雕刻機(jī)或液壓三次元靠模銑床制作出一比一成等比例的模具，再進(jìn)行量產(chǎn)。這種方法屬稱類比式（Analog type）復(fù)制，無(wú)法建立工件尺寸圖檔，也無(wú)法做任何的外形修改。這為后續(xù)的改進(jìn)設(shè)計(jì)造成很大程度上的麻煩。傳統(tǒng)的復(fù)制方法時(shí)間長(zhǎng)而效果不佳，已漸漸為新型數(shù)字化的逆向工程系統(tǒng)所取代。逆向工程系統(tǒng)就專門(mén)為制造業(yè)提供了一個(gè)全新、高效的三維制造路線。并給出一個(gè)一體化的解決方案：從樣品數(shù)據(jù)產(chǎn)品。逆向工程通常是以專案方式執(zhí)行一模型的仿制工作。往往制作的產(chǎn)品沒(méi)有原始設(shè)計(jì)圖檔，而是委托單位交付一件樣品或模型，如木鞋模

18、、高爾夫球頭、玩具、電氣外殼結(jié)構(gòu)等，請(qǐng)制作單位復(fù)制（Copy）出來(lái)。因?yàn)殚L(zhǎng)期專門(mén)從事逆行工作，所以工作效率很高，三維模型也很專業(yè)。逆向工程是由高速三維激光掃描機(jī)對(duì)已有的樣品或模型進(jìn)行準(zhǔn)確、高速的掃描，得到其三維輪廓數(shù)據(jù)，配合逆向軟件進(jìn)行曲向重構(gòu)，并對(duì)重構(gòu)的曲面進(jìn)行在線精度分析、評(píng)價(jià)構(gòu)造效果，最終生成IGES或STL數(shù)據(jù)，據(jù)此就能進(jìn)行快速成型或CNC數(shù)控加工。IGES數(shù)據(jù)可傳給一般的CAD系統(tǒng)（如：UG、MDT等），進(jìn)行進(jìn)一步修改和再設(shè)計(jì)。另外，也可傳給一些CAM系統(tǒng)（如：UG、MASTERCAM、SMART-CAM等），做刀具路徑設(shè)定，產(chǎn)生數(shù)控代碼，由CNC機(jī)床將實(shí)體加工出來(lái)。STL數(shù)據(jù)經(jīng)曲面

19、斷層處理后，可以直接由激光快速成型方式將實(shí)體制作出來(lái)。1.6逆向建模的一般流程圖圖1-1逆向建模一般流程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(如圖1-1)1.7逆向工程的應(yīng)用領(lǐng)域逆向工程應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，有軍工，模具制造業(yè)、玩具業(yè)、游戲業(yè)、電子業(yè)、鞋業(yè)、高爾夫球業(yè)、藝術(shù)業(yè)、醫(yī)學(xué)工程及產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)等方面。2逆向建模2.1逆向工程一般步驟211實(shí)體三維數(shù)據(jù)的獲得掃描在進(jìn)行逆向工程時(shí)，三維掃描是最基本的一步。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。原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)是后面進(jìn)行逆向處理的根本依據(jù)，因此三維掃描得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)的好壞直接影響到逆向

20、建模的成功與否。三維掃描是集光、機(jī)、電和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的高新技術(shù)，主要用于對(duì)物體空間外形和結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描，以獲得物體表面的空間坐標(biāo)。它的重要意義在于能夠?qū)?shí)物的立體信息轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能直接處理的數(shù)字信號(hào)，為實(shí)物數(shù)字化提供了相當(dāng)方便快捷的手段。高速三維掃描及數(shù)字化系統(tǒng)在逆向工程中發(fā)揮著巨大作用。三維掃描技術(shù)能實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，且具有速度快、精度高的優(yōu)點(diǎn)。而且其測(cè)量結(jié)果能直接與多種軟件接口，這使它在CAD、CAM、CIMS等技術(shù)應(yīng)用日益普及的今天很受歡迎。在發(fā)達(dá)國(guó)家的制造業(yè)中，三維掃描儀作為一種快速的立體測(cè)量設(shè)備，因其測(cè)量速度快、精度高，非接觸，使用方便等優(yōu)點(diǎn)而得到越來(lái)越多的應(yīng)用。用三維掃描儀對(duì)手板，

21、樣品、模型進(jìn)行掃描，可以得到其立體尺寸數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)能直接與CAD/CAM軟件接口，在CAD系統(tǒng)中可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整、修補(bǔ)、再送到加工中心或快速成型設(shè)備上制造，可以極大的縮短產(chǎn)品制造周期。三維掃描技術(shù)從產(chǎn)生以來(lái)，到目前已經(jīng)發(fā)展了很多掃描原理，一般來(lái)講分為以下幾種技術(shù)，見(jiàn)下圖（圖21）：圖2-1 三維掃描技術(shù)分類三維掃描設(shè)備是以三次元測(cè)量系統(tǒng)為主。基本上以接觸式探針式和非接觸式（激光、照相、X光等方式）兩大類。在早期是以探針式為主，雖然價(jià)格較便宜，但速度較慢，而且以探針與物體接觸會(huì)有盲點(diǎn)并且使軟件物體容易變形，影響掃描精度。激光掃描速度快、精確度適當(dāng)，并且可以掃描立體的物品獲得大量點(diǎn)云數(shù)據(jù)，以利

22、曲面重建。從三維數(shù)據(jù)的采集方法上來(lái)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。2.1.2點(diǎn)云處理通常掃描后得到的測(cè)量數(shù)據(jù)是由大量的三維坐標(biāo)點(diǎn)所組成，根據(jù)掃描儀的性質(zhì)、掃描參數(shù)和被測(cè)物體的大小，由幾百點(diǎn)到幾百萬(wàn)點(diǎn)不等，這些大量的三維數(shù)據(jù)點(diǎn)稱為點(diǎn)云（Point Cloud）。掃描得到的產(chǎn)品外形數(shù)據(jù)會(huì)不可避免的引入數(shù)據(jù)誤差，尤其是尖銳邊和邊界附近的測(cè)量數(shù)據(jù)，測(cè)量數(shù)據(jù)中的壞點(diǎn)，可能使該點(diǎn)及其周圍的曲面片偏離原曲面，所以要對(duì)原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)應(yīng)進(jìn)行預(yù)處理，通常要經(jīng)過(guò)以下步驟：1去掉噪音點(diǎn)，常用的檢查方法是將點(diǎn)云顯示在圖形終端上，或者生成曲線曲面，采用半交互半自動(dòng)的光順?lè)椒▽?duì)點(diǎn)

23、云數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查調(diào)整；2數(shù)據(jù)插補(bǔ)，對(duì)于一些掃描不到的區(qū)域，其數(shù)據(jù)只能通過(guò)數(shù)據(jù)插補(bǔ)的方法來(lái)補(bǔ)齊，這里要考慮兩種曲面造型技術(shù)，基于點(diǎn)的樣條曲面逆向造型和基于點(diǎn)的曲面擬合技術(shù)。3數(shù)據(jù)平滑，數(shù)據(jù)平滑的目的是為了消除噪音點(diǎn)，得到精確的模型和良好的特征提取效果，采用平滑法處理方法，應(yīng)力求保持待求參數(shù)所能提供的信息不變。4數(shù)據(jù)光順，光順?lè)褐腹饣?、順眼，但由于精度的要求，不允許對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)施加過(guò)大的修改量來(lái)滿足光順的要求，另一方面由于實(shí)物邊界曲面的多樣性，邊界上的某些特征點(diǎn)（邊界折拐點(diǎn)）必須予以保留，而不能被視為“壞點(diǎn)”。5點(diǎn)云的重定位整合，在重新裝夾后多次掃描形成的數(shù)據(jù)要進(jìn)行重定位整合，目前一般的CAD軟件

24、還都沒(méi)有此項(xiàng)功能，需要手工“縫合”，在測(cè)量件上選取兩次定位狀態(tài)下的基準(zhǔn)點(diǎn)，在兩次定位測(cè)量的過(guò)程中，分別測(cè)量?jī)纱味ㄎ粻顟B(tài)下的基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)值，然后以一定的判斷規(guī)則判別出各基準(zhǔn)點(diǎn)的測(cè)量精度，最后在CAD系統(tǒng)中顯示定位下的測(cè)量數(shù)據(jù)，并移動(dòng)某一定位下的數(shù)據(jù)，使該定位下的所有測(cè)量數(shù)據(jù)整合到另一定位下。2.1.3曲面重構(gòu)曲面重建可以說(shuō)是逆向工程的另一個(gè)核心及主要的目的，是依據(jù)掃描得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)恢復(fù)曲面形狀建立CAD數(shù)學(xué)模型的過(guò)程。在得到產(chǎn)品的數(shù)據(jù)后，以逆向工程軟件進(jìn)行點(diǎn)數(shù)據(jù)的處理，經(jīng)過(guò)分門(mén)別類、群組分隔、點(diǎn)線面與實(shí)體誤差的比對(duì)后，再重新建構(gòu)曲面模型，產(chǎn)生CAD數(shù)據(jù)、制造或NC加工。目前在點(diǎn)云生成曲面的過(guò)程中

25、，主要有三種曲面構(gòu)造的方案：其一是以B-Spline或NURBS曲面為基礎(chǔ)的曲面構(gòu)造方案；其二是以三角Bezier曲面為基礎(chǔ)的曲面構(gòu)造方案；其三是以多面體方式來(lái)描述曲面物體。在逆向工程的技術(shù)發(fā)展中重要的是建立產(chǎn)品的CAD 模型，并由此可再進(jìn)一步的到CAM處理和快速成型制造，而仿制出產(chǎn)品的外形。一般而言，CAD模型是由許多不同的幾何形狀所組合而成，而每一種幾何形狀都有其特性。因此若要將產(chǎn)品應(yīng)用逆向工程的技術(shù)，反求出此產(chǎn)品的原CAD 模型，并非單純的使用一種方法即可完成，而須視此產(chǎn)品外形的幾何特性，選擇適當(dāng)?shù)奶幚矸椒?，方可得出良好的幾何形狀，以滿足產(chǎn)品外形的幾何特性。由此可知，在曲面重建的過(guò)程中了

26、解其曲面的特性及其曲面的數(shù)學(xué)模式，在對(duì)于我們重新建構(gòu)曲面時(shí)可以幫助我們節(jié)省很多的時(shí)間以及提高將效率。由于CAD/CAM系統(tǒng)的發(fā)展，各種自由曲線與自由曲面的理論因應(yīng)而生，如Bezier曲線、B-Spline曲面、NURBS曲線、掃描曲面(Sweep Surface)、Loft曲面(Loft Surface)、標(biāo)準(zhǔn)曲面(Construct Surface) 、旋轉(zhuǎn)曲面(Revolved Surface) 、網(wǎng)格曲面(Net Surface)等。2.1.4實(shí)體建模近年來(lái)，運(yùn)用AutoCAD軟件進(jìn)行二維圖形的設(shè)繪已經(jīng)得到很大的普及。但是，二維平面圖不能完整和準(zhǔn)確地體現(xiàn)出設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思想，而且，二維圖紙

27、無(wú)法對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象進(jìn)行后續(xù)的結(jié)構(gòu)有限元分析、運(yùn)動(dòng)分析、公差分析、以及數(shù)控加工代碼的生成，而這些分析往往是必不可少的，只有三維實(shí)體造型才能滿足這些要求。越來(lái)越多的三維設(shè)計(jì)軟件如MDT,Solid Works、ProE、UG等，都得到了廣泛的應(yīng)用。建立三維模型，有助于理解零件的特征，更加直觀方便，而且對(duì)于模具設(shè)計(jì)與制造很必要。2.2逆向工程軟硬件設(shè)備2.2.1掃描設(shè)備三維激光掃描技術(shù)，它能夠完整及高精密度的重建實(shí)物或?qū)嵕啊⑷S實(shí)體模型及原始測(cè)繪數(shù)據(jù)。最大特點(diǎn)就是：精度高、速度快、逼近原形。?？怂箍礡OMER三維激光超高精密度掃描儀，ROMER具有很多優(yōu)質(zhì)：掃描精度極高，這利于將重建內(nèi)容更逼近原形。掃描

28、密度極高，掃描速度極快，這利于快速原形化目標(biāo)、實(shí)時(shí)掃描、同步移動(dòng)操作等。具有一對(duì)CCD同時(shí)同步工作，可無(wú)死角的實(shí)時(shí)掃描任何復(fù)雜目標(biāo)，減少重復(fù)性工作，目前國(guó)際同類技術(shù)都是一個(gè)CCD，雙CCD技術(shù)還利于實(shí)時(shí)檢測(cè)監(jiān)測(cè)工作, ROMER可以與目前各種三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、數(shù)控加工中心、機(jī)械關(guān)節(jié)臂等配接, ROMER掃描頭可以與現(xiàn)有的很多設(shè)備互換使用,KREON激光掃描技術(shù)不同于傳統(tǒng)的光學(xué)照相三維成像技術(shù)，ROMER保證了所有掃描云點(diǎn)的實(shí)測(cè)性、實(shí)時(shí)性及真實(shí)性，而光學(xué)照相技術(shù)做不到，它是基于少數(shù)測(cè)量點(diǎn)并經(jīng)過(guò)后處理三維數(shù)學(xué)推算后得到點(diǎn)云。本次選用的ROMER三維激光掃描系統(tǒng)。分辨率可達(dá)5m，速度：30000點(diǎn)/每秒

29、，(可借助機(jī)械臂或數(shù)控機(jī)械平臺(tái)掃描任何大小的物體）。實(shí)體如下圖22所示：圖2-2 三維激光掃描儀2.2.2點(diǎn)云曲面處理軟件目前市面上常用的逆向工程軟件系統(tǒng)采用的基本都是NURBS曲面，從它們的功能或操作方法來(lái)看，其共同特點(diǎn)是先構(gòu)造曲線，或者是利用曲線直接構(gòu)造曲面，或者是通過(guò)曲線界定曲面擬合區(qū)域，先生成曲面片，然后通過(guò)拼接構(gòu)成完整的曲面模型。其優(yōu)點(diǎn)是NURBS曲面的應(yīng)用在CAD/CAM領(lǐng)域內(nèi)相當(dāng)廣泛，因而，這些系統(tǒng)與其它CAD/CAM系統(tǒng)的通信、交流就十分方便。特征曲線的構(gòu)造在其中起著重要的作用。然而，通過(guò)交互定義特征線費(fèi)事費(fèi)力，而自動(dòng)提取的方法在目前仍相當(dāng)有限。Imageware12主要用來(lái)做

30、逆向工程，它處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)的流程遵循，點(diǎn)曲線曲面的原則，整個(gè)流程簡(jiǎn)單清晰明了，而且軟件操作容易，對(duì)系統(tǒng)性能要求也不高。一：點(diǎn)云處理功能1讀入點(diǎn)云數(shù)據(jù),將分離的點(diǎn)云對(duì)齊在一起（如果有需要）。有時(shí)候由于零件形狀復(fù)雜，一次掃描無(wú)法獲得全部的數(shù)據(jù)，或是零件較大無(wú)法一次掃描完成，這就需要移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)零件，這樣會(huì)得到很多單獨(dú)的點(diǎn)云。Imageware12軟件可以利用諸如圓柱面、球面、平面等特殊的點(diǎn)信息將點(diǎn)云對(duì)齊。2對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行判斷，去除噪音點(diǎn)（即測(cè)量誤差點(diǎn)）。由于測(cè)量工具及測(cè)量方式的限制，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些噪音點(diǎn)， Imageware12軟件有很多工具來(lái)對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行判斷，去掉噪音點(diǎn)，以保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。3通過(guò)可視化點(diǎn)

31、云觀察和判斷，規(guī)劃如何創(chuàng)建曲面。一個(gè)零件，是由很多單獨(dú)的曲面構(gòu)成，對(duì)于每一個(gè)曲面，可根據(jù)特性判斷用用什么方式來(lái)構(gòu)成，例如，如果曲面可以直接由點(diǎn)的網(wǎng)格生成，就可以考慮直接采用這一片點(diǎn)云；如果曲面需要采用多段曲線蒙皮，就可以考慮截取點(diǎn)的分段。提前作出規(guī)劃可以避免以后走彎路。4根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建點(diǎn)的網(wǎng)格或點(diǎn)的分段。 Imageware12軟件能提供很多種生成點(diǎn)的網(wǎng)格和點(diǎn)的分段工具，這些工具使用起來(lái)靈活方便，還可以一次生成多個(gè)點(diǎn)的分段。二:創(chuàng)建功能 1判斷和決定生成哪種類型的曲線。曲線可以是精確通過(guò)點(diǎn)云的、也可以是很光順的（捕捉點(diǎn)云代表的曲線主要形狀）、或介于兩者之間。2創(chuàng)建曲線。根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建曲線，可以改變

32、控制點(diǎn)的數(shù)目來(lái)調(diào)整曲線。控制點(diǎn)增多則形狀吻合度好，控制點(diǎn)減少則曲線較為光順。 3診斷和修改曲線?？梢酝ㄟ^(guò)曲線的曲率來(lái)判斷曲線的光順性，可以檢查曲線與點(diǎn)云的吻合性，還可以改變曲線與其他曲線的連續(xù)性（連接、相切、曲率連續(xù)）。 Imageware12軟件提供很多工具來(lái)調(diào)整和修改曲線。 三：曲面創(chuàng)建功能 1決定生成那種曲面。同曲線一樣，可以考慮生成更準(zhǔn)確的曲面、更光順的曲面，或兩者兼顧。根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)需要來(lái)決定。 2創(chuàng)建曲面。創(chuàng)建曲面的方法很多，可以用點(diǎn)云直接生成曲面（Fit free form），可以用曲線通過(guò)蒙皮、掃掠、四個(gè)邊界線等方法生成曲面，也可以結(jié)合點(diǎn)云和曲線的信息來(lái)創(chuàng)建曲面。還可以通過(guò)其他例

33、如圓角等生成曲面。3診斷和修改曲面。比較曲面與點(diǎn)云的吻合程度，檢查曲面的光順性及與其他曲面的連續(xù)性，同時(shí)可以進(jìn)行修改，例如可以讓曲面與點(diǎn)云對(duì)齊，可以調(diào)整曲面的控制點(diǎn)讓曲面更光順，或?qū)η孢M(jìn)行重構(gòu)等處理。Imageware12是著名的逆向工程軟件，其廣泛應(yīng)用于汽車、航空、航天、消費(fèi)家電、模具、計(jì)算機(jī)零部件領(lǐng)域。而且擁有以上專業(yè)的點(diǎn)云到曲面的造型功能，在進(jìn)行逆向工程時(shí)是一個(gè)不錯(cuò)的工具。2.2.3實(shí)體建模軟件UGNX是UnigraphicsSolutions公司推出的集CAD/CAM/CAE于一體的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件，在汽車、交通、航空航天、日用消費(fèi)品、通用機(jī)械及電子工業(yè)等工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到了大規(guī)模的

34、應(yīng)用，在微機(jī)上，實(shí)現(xiàn)了快捷、精確的三維實(shí)體造型。利用它，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)初期能夠很方便地進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，將主要精力集中在零件的選型、相關(guān)結(jié)構(gòu)的關(guān)系以及零件的使用功能上，設(shè)計(jì)者們能最大限度的發(fā)揮聰明才智，這一過(guò)程在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，占據(jù)極為重要的作用。完善概念設(shè)計(jì)之后，輸出立體效果圖、零件施工圖及系統(tǒng)裝配圖很方便，而且節(jié)約了大量的繪圖時(shí)間。UG軟件包包括零件造型、零件裝配、曲面造型及二維出圖等部分。UG軟件的零件造型模塊是基于二維平面特征的三維實(shí)體造型工具，能夠非常方便地創(chuàng)建任何復(fù)雜形狀的實(shí)體。2.3鼠標(biāo)外形逆向開(kāi)發(fā)的流程模型分析掃描方案確定進(jìn)行掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換導(dǎo)入Imageware12進(jìn)行點(diǎn)云處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)

35、過(guò)濾點(diǎn)云分割提取各特征的點(diǎn)云導(dǎo)入U(xiǎn)G軟件進(jìn)行曲線建立曲面建立曲面鏡像曲面連續(xù)處理曲面兩兩縫合曲面整體縫合加厚曲面得到實(shí)體在此實(shí)體基礎(chǔ)上創(chuàng)建各個(gè)特征。2.3.1模型分析針對(duì)鼠標(biāo)的外形觀察，發(fā)現(xiàn)其實(shí)體表面主要分為四個(gè)曲面圍成。它們分別是，底面，側(cè)面和倒角面。而且側(cè)面都有共同的曲面特征，都可以使用放樣的方法來(lái)生成所需要的曲面。然后分別進(jìn)行裁剪，就得到了想要得曲面大小。仔細(xì)觀察鼠標(biāo)，會(huì)發(fā)現(xiàn)它擁有比較高的對(duì)稱性，左右對(duì)稱，因此可以考慮使用對(duì)稱面來(lái)建立整個(gè)曲面模型。側(cè)面的曲面建模方法剛才已經(jīng)形成，只需要把其建立半個(gè)曲面，然后再作一個(gè)鏡像操作，就可以使其建立鼠標(biāo)的整個(gè)基本曲面模型。2.3.2掃描有了以上的建

36、模思路，就可以進(jìn)行鼠標(biāo)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的掃描。由于建模思想不一樣，點(diǎn)云數(shù)據(jù)的掃描側(cè)重點(diǎn)也不一樣。數(shù)據(jù)點(diǎn)質(zhì)量的好壞直接影響到曲面精度。由于本款鼠標(biāo)表面反光比較強(qiáng)，在掃描時(shí)需要噴上顯影劑，這樣可以避免過(guò)多的噪聲點(diǎn)產(chǎn)生。2.3.3點(diǎn)云數(shù)據(jù)清理圖2-3原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)數(shù)據(jù)處理是進(jìn)行曲面重構(gòu)的第一步。在鼠標(biāo)外形的點(diǎn)云數(shù)據(jù)被三維激光掃描設(shè)備掃描后，把所獲得的原始的云數(shù)據(jù)另存為IGS格式。然后在逆向工程軟件Imageware12中打開(kāi)。如圖2-3該點(diǎn)云數(shù)據(jù)中存在很多的不需要的點(diǎn)，為了后面處理方便首先需要把點(diǎn)云中明顯的不需要的點(diǎn)刪除掉。使用修改 提取 圈選點(diǎn)命令圈選不需要的數(shù)據(jù)，以及明顯的噪聲點(diǎn)。處理后如圖2-4圖

37、2-4剔除壞點(diǎn)后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)在去掉明顯不需要的點(diǎn)數(shù)據(jù)后，原始點(diǎn)云還有596942個(gè)原始點(diǎn)。這個(gè)數(shù)據(jù)量還是比較龐大，而且分布不均勻，為了使點(diǎn)的分布比較合理，需要處理海量數(shù)據(jù)，典型的處理方式是采用定義點(diǎn)距大小的方式縮減一部分?jǐn)?shù)據(jù)，使點(diǎn)云看上去更清楚，也便于多邊形網(wǎng)格化數(shù)據(jù)或做其他處理。使用命令修改 數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化 距離采樣進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)過(guò)濾。設(shè)定 距離公差為 0.3mm. （這種做法是做一個(gè)0.3*0.3方格的篩子或者濾網(wǎng)，每個(gè)網(wǎng)格里邊只保留一個(gè)點(diǎn)），處理之后，點(diǎn)云雖然被縮減了85%（原來(lái)是596942個(gè)點(diǎn)，現(xiàn)在是86953），但它依然具有足夠的數(shù)據(jù)信息提給下面的各步處理。處理結(jié)果如下圖2-5所示。圖2-5

38、過(guò)濾后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)2.3.4數(shù)據(jù)對(duì)齊在建模操作之前，需要把點(diǎn)云的位置調(diào)整好，這就是對(duì)齊。之所以要對(duì)齊點(diǎn)云，是因?yàn)檩斎胗?jì)算機(jī)的初始的點(diǎn)云坐標(biāo)系是三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的賦予它的局部坐標(biāo)系，這個(gè)局部坐標(biāo)系與Imageware系統(tǒng)坐標(biāo)系通常不一致，這就導(dǎo)致了點(diǎn)云缺乏合適位置信息，處理起來(lái)十分不便。所以要進(jìn)行點(diǎn)云對(duì)齊，可以更容易地進(jìn)行建模操作。點(diǎn)云對(duì)齊的基本操作：先在點(diǎn)云上找出可以定位的線和面，通過(guò)做截面，取得截面線，調(diào)整截面線，這些截面和截面線就是點(diǎn)云的對(duì)齊特征。然后在世界坐標(biāo)系中做出這些線和面的相似形，最后使用Imageware中的對(duì)齊工具，進(jìn)行對(duì)齊。對(duì)齊是逆向工程的基本操作。一：構(gòu)造幾何輔助元素建立直線:

39、1.在創(chuàng)建工具條中找到簡(jiǎn)單曲線選擇直線 。2.設(shè)定起點(diǎn)為X = 0, Y = 0, Z = 0 ，設(shè)定終點(diǎn)為 X= 0, Y = 100 , Z = 03.點(diǎn)擊應(yīng)用 建立圓:1.在創(chuàng)建工具條中找到簡(jiǎn)單曲線，選擇圓 。2.設(shè)定圓心為 0,0,0 ，設(shè)定方向?yàn)閆. 即在XY面上作一個(gè)圓3.隨便輸入一個(gè)半徑值100mm4.點(diǎn)擊應(yīng)用建立一個(gè)平面: 1.從創(chuàng)建工具條中找到平面，選擇中心/法向 2.設(shè)定平面中心為（0，0，0）3.在平面法向欄選擇Z方向作為平面法線4.輸入U(xiǎn)向和V向的寬度1005.點(diǎn)擊應(yīng)用6.使用TOP視圖（默認(rèn)摁F1鍵）觀察，如下圖26所示圖2-6輔助參考元素二：建立相應(yīng)的對(duì)齊特征下一步

40、，我們必須要在模型中建立相應(yīng)的實(shí)體，這些實(shí)體就是點(diǎn)云的特征，對(duì)齊點(diǎn)云的位置只需要對(duì)齊這些實(shí)體的位置即可，可以將這些實(shí)體與上一步建立的參考幾何圖形對(duì)齊，完成點(diǎn)云對(duì)齊的工作。這一步，我們要構(gòu)造截面線來(lái)決定哪些點(diǎn)被用來(lái)作為參考點(diǎn)，我們要擬合兩個(gè)圓和一條直線組成參考實(shí)體。注意：在Imageware中，實(shí)體包括點(diǎn)，線，面。對(duì)齊視圖：（To align view）為了創(chuàng)建對(duì)齊實(shí)體，視圖必須首先與基于最合適的平面上的點(diǎn)云對(duì)齊，這樣就可以很容易地抽取點(diǎn)云的截面線。1.在菜單中選擇視圖、定位視圖、點(diǎn)云。2.選擇要對(duì)齊的點(diǎn)云，擊應(yīng)用。3.在視圖中擊右鍵，選擇旋轉(zhuǎn)。創(chuàng)建截面線:一個(gè)截面線必須水平地切過(guò)網(wǎng)格化之后的點(diǎn)

41、云，稍微切過(guò)主側(cè)面之下?？紤]該鼠標(biāo)的特征,截取鼠標(biāo)正中間矩形槽作為特征點(diǎn)云。1從構(gòu)造工具條中找到選擇剖面截取點(diǎn)云中交互式點(diǎn)云截取 。2設(shè)定采樣間隔為3.5mm。3使用鼠標(biāo)左鍵建立一條穿過(guò)點(diǎn)云的水平直線，記住在畫(huà)線時(shí)要摁著Ctrl鍵。（在畫(huà)水平線和垂直線的時(shí)候都要摁著Ctrl）4點(diǎn)應(yīng)用得到如圖27所示的點(diǎn)云。2-7對(duì)齊特征點(diǎn)5利用構(gòu)造功能中的用點(diǎn)云構(gòu)造曲線,將以上點(diǎn)云擬合一個(gè)平面和中心線。6在修改工具條中找到定位、基于特征定位功能將建立的特征與構(gòu)造的幾何元素對(duì)齊，至此，對(duì)齊操作完全結(jié)束，點(diǎn)云已經(jīng)具有比較合適的坐標(biāo)系位置了。2.3.5點(diǎn)云分割提取各特征的點(diǎn)云在建立曲線前需要將點(diǎn)云分割提取點(diǎn)云，具體

42、操作步驟構(gòu)造剖面截取點(diǎn)云交互式點(diǎn)云截取提取的所有特征點(diǎn)如圖2-8所示圖2-8所有特征點(diǎn)云2.3.6曲線構(gòu)造將提取的點(diǎn)云導(dǎo)入U(xiǎn)G軟件中進(jìn)行曲線的構(gòu)造。首先要提取鼠標(biāo)底面對(duì)稱中心上的點(diǎn)云然后使用UG中的插入曲線基本曲線直線將點(diǎn)的模式選擇為現(xiàn)在點(diǎn)構(gòu)造兩條直線。然通過(guò)兩直線構(gòu)造一張面，通過(guò)編輯變換命令將平面和所以點(diǎn)與絕對(duì)座標(biāo)重合。用以上構(gòu)造直線的方法構(gòu)造其它直線如下2-9圖示圖2-9曲線構(gòu)造 2.3.7曲面構(gòu)造使用UG中的通過(guò)曲線網(wǎng)格組命令進(jìn)行曲面構(gòu)造并通過(guò)鏡像命令得到鼠標(biāo)的底面和外表面如圖2-10所示圖2-10曲面構(gòu)造2.3.8實(shí)體構(gòu)造將以上片體加厚便得到實(shí)體如圖2-11所示圖2-11實(shí)體構(gòu)造2.3

43、.9鼠標(biāo)上其它特征創(chuàng)建使用軟件中的拉伸、倒圓角、求和、求差等命令完成模型的特征建模，最終得到完整的鼠標(biāo)模型。如圖2-12所示圖2-12鼠標(biāo)所有特征創(chuàng)建2.3.10質(zhì)量評(píng)估檢測(cè)逆向工程處理的是實(shí)物原型它本身具有固定的形狀、拓?fù)潢P(guān)系及相應(yīng)的參數(shù)。這種體現(xiàn)在實(shí)物原型上的參數(shù)稱為實(shí)物原型參數(shù)。實(shí)物原型在被制造時(shí)，要依據(jù)圖紙上所標(biāo)注的參數(shù)。這種體現(xiàn)在制造實(shí)物原型的設(shè)計(jì)圖紙上的參數(shù)稱為原始設(shè)計(jì)參數(shù)，其是制造實(shí)物原型的原始參數(shù)。相對(duì)原始設(shè)計(jì)參數(shù)，實(shí)物原型本身存在誤差：一是制造實(shí)物原型所產(chǎn)生的制造誤差A(yù)I制，二是原型在使用中的磨損和破損誤差A(yù)I損。在對(duì)實(shí)物原型測(cè)量時(shí)，會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差A(yù)I測(cè)。在再設(shè)計(jì)階段，逆向工

44、程要完成從測(cè)量規(guī)劃制訂至CAD三維模型重構(gòu)(在此，再設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)暫不考慮)。這種CAD模型自然是具有各種幾何參數(shù)。這些參數(shù)是逆向工程依據(jù)測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)經(jīng)擬合運(yùn)算得到并體現(xiàn)在重構(gòu)的CAD模型上，故稱其為重構(gòu)參數(shù)。在重構(gòu)的計(jì)算中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生誤差，記為計(jì)算誤差A(yù)I計(jì)。在制造階段，逆向工程依據(jù)重構(gòu)參數(shù)制造產(chǎn)品，產(chǎn)生制造誤差A(yù)O造。綜上所述，逆向工程誤差A(yù)可表示為：A逆f(AI制，AI損，AI計(jì)，AI測(cè)，AO造)。實(shí)物原型是依據(jù)原始設(shè)計(jì)參數(shù)制造的，還原產(chǎn)品是依據(jù)重構(gòu)參數(shù)制造的。從上面分析可知，原始設(shè)計(jì)參數(shù)與重構(gòu)參數(shù)存在誤差。因此、將依據(jù)重構(gòu)參數(shù)還原制造的產(chǎn)品置于實(shí)物原型的工作環(huán)境下，有可能會(huì)達(dá)不到工作性能

45、要求。通常逆向工程不去直接測(cè)量實(shí)物原型參數(shù)。故實(shí)物原型參數(shù)是未知的，自然原始設(shè)計(jì)數(shù)也是未知的。重構(gòu)參數(shù)是逆向工程對(duì)實(shí)物原型復(fù)現(xiàn)的參數(shù)。為了提高逆向工程還原精度，提高測(cè)量精度及擬合計(jì)算精度，可以減小測(cè)量誤差A(yù)I測(cè)和計(jì)算誤差A(yù)I計(jì)，但仍無(wú)法減少制造誤差A(yù)I制，AO造和磨損誤差A(yù)I損，其結(jié)果只是使重構(gòu)參數(shù)，盡可能接近實(shí)物原型參數(shù)，仍無(wú)法還原原始設(shè)計(jì)參數(shù)。在某些情況下，單從復(fù)制原型這一角度出發(fā)，為滿足逆向工程還原產(chǎn)品的工作性能要求，需用原始設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行還原制造。這就要求逆向工程在前述的再設(shè)計(jì)階段能還原實(shí)物原型的原始設(shè)計(jì)參數(shù)。為此需綜合運(yùn)用人工智能技術(shù)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論、精度設(shè)計(jì)等多學(xué)科技術(shù)知識(shí)對(duì)實(shí)物原型的

46、磨損及制造誤差等進(jìn)行評(píng)估分析，在此基礎(chǔ)上對(duì)重構(gòu)參數(shù)進(jìn)行修正再設(shè)計(jì)，得到接近原始設(shè)計(jì)參數(shù)的再設(shè)計(jì)參數(shù)。上述思想，給出了以精度還原為目標(biāo)對(duì)逆向工程的質(zhì)量進(jìn)行全面的誤差分析。由于此次條件的限制，對(duì)本次逆向工程誤差的分析只能做到AI測(cè)，AI計(jì)，AO造，的分析。數(shù)據(jù)點(diǎn)的獲得三維激光掃描過(guò)程中的測(cè)量誤差A(yù)I測(cè)為：0.051mm在進(jìn)行逆向建模時(shí)的誤差A(yù)I計(jì)為：0.5mm在制造階段，逆向工程依據(jù)重構(gòu)參數(shù)制造產(chǎn)品，產(chǎn)生制造誤差A(yù)O造：0.2mm掃描時(shí)不可能沒(méi)有誤差，在進(jìn)行點(diǎn)數(shù)據(jù)處理時(shí)進(jìn)行點(diǎn)數(shù)據(jù)的過(guò)濾，也會(huì)對(duì)精度產(chǎn)生影響。進(jìn)行曲面重構(gòu)時(shí)使用的是放樣的方法，雖然可以獲得很好的曲面質(zhì)量，但是增大了曲面和點(diǎn)云之間的誤差

47、。在曲面重構(gòu)后進(jìn)行曲面縫合，誤差也是不可避免的。獲得了實(shí)體模型后，在進(jìn)行快速制造過(guò)程中，還有一定的制造誤差。累加放大后的誤差，就是本次逆向設(shè)計(jì)的最終理論誤差。實(shí)際誤差是用快速制造后的模型再進(jìn)行掃描，然后和第一次掃描的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。這樣兩個(gè)點(diǎn)云的重合才是實(shí)際誤差。3鼠標(biāo)底座塑料零件分析3.1零件的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)由圖3-1知，塑件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸適中，屬薄壁殼體塑件。為提高生產(chǎn)率可采用多型腔；塑件側(cè)向沒(méi)有孔和槽，模具不需要設(shè)計(jì)側(cè)分型與抽芯機(jī)構(gòu)。根據(jù)端蓋塑件的特征，選用澆注系統(tǒng)為直澆口的單分型面兩型腔注射模。該澆口位置基本不影響塑件外觀。 圖3-1 鼠標(biāo)底座塑料件示意圖3.2 塑料件的材料3.2.1對(duì)塑

48、料的認(rèn)識(shí)塑料的主要成分是樹(shù)脂、填充劑、增塑劑、著色劑、穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑等。它有著以下諸多優(yōu)點(diǎn)：1）重量輕：一般的塑料密度為0.832.2 g/cm，這對(duì)于減輕自重的汽車、飛機(jī)、航空航天等工程有著重要的意義。2）比強(qiáng)度度高：它是材料的強(qiáng)度和密度之比。在某些場(chǎng)合傳統(tǒng)的金屬制品往往強(qiáng)度上達(dá)到要求，但由于質(zhì)量過(guò)大而不能夠被使用，特殊的塑料制品可以滿足這一要求。3）優(yōu)良的耐磨、自潤(rùn)滑、和吸震性：基于此特點(diǎn)，塑料在電子設(shè)備的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和摩擦機(jī)構(gòu)中有廣泛的應(yīng)用。譬如數(shù)控機(jī)床中要求精度、穩(wěn)定性很高的導(dǎo)軌，其摩擦面就是用聚四氟乙烯貼塑而成。4）優(yōu)越的化學(xué)穩(wěn)定性：一般塑料對(duì)酸、堿、鹽均有一定的抗腐蝕性，因此在化工設(shè)備

49、中有著極其廣泛的用途。5）優(yōu)良的電絕緣性能：某些塑料無(wú)論在高頻還是低頻，高壓還是低壓的情況下，絕緣性能都十分優(yōu)良。尤其在高頻，高壓的情況下，是陶瓷、云母等其它絕緣材料所不能相比的，因此塑料廣泛應(yīng)用于電機(jī)、電器、電子工業(yè)的結(jié)構(gòu)材料和絕緣材料。3.2.2塑料的成型工藝特點(diǎn)塑料在常溫下是玻璃態(tài)，若加熱是高彈態(tài)，進(jìn)而變?yōu)轲こ砹鲬B(tài)，從而有優(yōu)良的可塑性，可以用很多高生產(chǎn)率的成型方法制造產(chǎn)品。這就有了節(jié)約原料、易于大批量生產(chǎn)、節(jié)省工時(shí)等諸多優(yōu)點(diǎn)。塑料成型有以下工藝特性：1）收縮率：它是指塑料從熱的模具中取出冷卻到室溫后，其尺寸發(fā)生變化的特性稱為收縮率。2）流動(dòng)性：流動(dòng)性大的塑料容易造成溢料過(guò)多、填充不密實(shí)、

50、塑件組織疏松等缺點(diǎn)。流動(dòng)性過(guò)小則有填充不足、不易成型、成型壓力大等缺點(diǎn)。3）吸濕性：塑料中的水分很大程度上影響到塑件的物理、機(jī)械、介電性能。塑料中的水分量過(guò)大，在成型時(shí)產(chǎn)生內(nèi)壓，脫模后水氣溢出極易造成塑件裂紋，降低機(jī)械強(qiáng)度。此外水分過(guò)多會(huì)使塑料的流動(dòng)性過(guò)大，造成溢料、造型時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、收縮量過(guò)大、易產(chǎn)生蹺起、波紋、光澤性不好等缺點(diǎn)。4）定型速度：熱固性塑料在成型過(guò)程中要完成交聯(lián)反應(yīng)，即樹(shù)脂分子由線型結(jié)構(gòu)變成體型結(jié)構(gòu)，這一過(guò)程稱為硬化。硬化的速度與塑料的品種、塑件形狀、壁厚、成型溫度有關(guān)。3.2.3常用塑料及特性1）SA苯乙烯-丙烯腈共聚物SA是一種堅(jiān)硬、透明的材料。苯乙烯成份使SA堅(jiān)硬、透明并易于

51、加工；丙烯腈成份使SA具有化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。SA具有很強(qiáng)的承受載荷的能力、抗化學(xué)反應(yīng)能力、抗熱變形特性和幾何穩(wěn)定性。SA中加入玻璃纖維添加劑可以增加強(qiáng)度和抗熱變形能力，減小熱膨脹系數(shù)。2）PVC聚氯乙烯剛性PVC是使用最廣泛的塑料材料之一。PVC材料是一種非結(jié)晶性材料。PVC材料在實(shí)際使用中經(jīng)常加入穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、輔助加工劑、色料、抗沖擊劑及其它添加劑。PVC材料具有不易燃性、高強(qiáng)度、耐氣侯變化性以及優(yōu)良的幾何穩(wěn)定性。PVC對(duì)氧化劑、還原劑和強(qiáng)酸都有很強(qiáng)的抵抗力。然而它能夠被濃氧化酸如濃硫酸、濃硝酸所腐蝕并且也不適用與芳香烴、氯化烴接觸的場(chǎng)合。PVC的流動(dòng)特性相當(dāng)差，其工藝范圍很窄。特別是

52、大分子量的PVC材料更難于加工（這種材料通常要加入潤(rùn)滑劑改善流動(dòng)特性），因此通常使用的都是小分子量的PVC材料。PVC的收縮率相當(dāng)?shù)停话銥?.20.6%3） PS 聚苯乙烯大多數(shù)商業(yè)用的PS都是透明的、非晶體材料。PS具有非常好的幾何穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、光學(xué)透過(guò)特性、電絕緣特性以及很微小的吸濕傾向。它能夠抵抗水、稀釋的無(wú)機(jī)酸，但能夠被強(qiáng)氧化酸如濃硫酸所腐蝕，并且能夠在一些有機(jī)溶劑中膨脹變形。典型的收縮率在0.40.7%之間。 4）PPE聚丙乙烯 通常，商業(yè)上提供的PPE或PPO材料一般都混入了其它熱塑型材料例如PS、PA等。這些混合材料一般仍稱之為PPE或PPO?；旌闲偷腜PE或PPO比純凈的

53、材料有好得多的加工特性。特性的變化依賴于混合物如PPO和PS的比率?；烊肓薖A 66的混合材料在高溫下具有更強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性。這種材料的吸濕性很小，其制品具有優(yōu)良的幾何穩(wěn)定性。5）PP聚丙烯PP是一種半結(jié)晶性材料。由于均聚物型的PP溫度高于0C以上時(shí)非常脆，因此許多商業(yè)的PP材料是加入14%乙烯的無(wú)規(guī)則共聚物或更高比率乙烯含量的鉗段式共聚物。共聚物型的PP材料有較低的熱扭曲溫度（100C）、低透明度、低光澤度、低剛性，但是有有更強(qiáng)的抗沖擊強(qiáng)度。PP的強(qiáng)度隨著乙烯含量的增加而增大。由于結(jié)晶，PP的收縮率相當(dāng)高，一般為1.82.5%。并且收縮率的方向均勻性比PE-HD等材料要好得多。加入30%的玻璃

54、添加劑可以使收縮率降到0.7%。 3.2.4 工程塑料（ABS）的特性及注射工藝性ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三種化學(xué)單體合成。每種單體都具有不同特性：丙烯腈有高強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性；丁二烯具有堅(jiān)韌性、抗沖擊特性；苯乙烯具有易加工、高光潔度及高強(qiáng)度。從形態(tài)上看，ABS是非結(jié)晶性材料。 三中單體的聚合產(chǎn)生了具有兩相的三元共聚物，一個(gè)是苯乙烯-丙烯腈的連續(xù)相，另一個(gè)是聚丁二烯橡膠分散相。ABS的特性主要取決于三種單體的比率以及兩相中的分子結(jié)構(gòu)。這就可以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上具有很大的靈活性，并且由此產(chǎn)生了市場(chǎng)上百種不同品質(zhì)的ABS材料。這些不同品質(zhì)的材料提供了不同的特性，例如從中等到高等的抗沖擊性，從低到高的光潔度和高溫扭曲特性等。 ABS材料具有超強(qiáng)的易加工性，外觀特性，低蠕變性和優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性以及很高的抗沖擊強(qiáng)度，其成型工藝參數(shù)如表32表32ABS塑料的成型工藝參數(shù) 參數(shù)取值范圍選取數(shù)值密度1.021.05g/cm21.03g/cm2收縮率S0.3%0.8%0.5%溫度/噴嘴 180-190180料筒210-230220模具50-7060壓力MPa注射70-9080保壓50-7060時(shí)間/S注射3-53保壓15-3