基于仿形測(cè)量和誤差補(bǔ)償處理的模具逆工程曲面重構(gòu)

【摘 要】對(duì)于基于仿形測(cè)量和誤差補(bǔ)償處理的模具逆工程曲面重構(gòu)的研究，本文主要從三方面進(jìn)行探究，即：模具的概述、逆向工程的發(fā)展?fàn)顩r、技術(shù)的關(guān)鍵和運(yùn)用以及逆工程的仿形測(cè)量和誤差補(bǔ)償處理。

【關(guān)鍵詞】仿形測(cè)量；誤差補(bǔ)償；逆工程；模具；曲面重構(gòu)

所謂的模具，其實(shí)就是單件的訂貨生產(chǎn)方式的一種產(chǎn)品，在所有的單間訂貨生產(chǎn)方式里，模具是最典型的一種，它不但有很強(qiáng)的實(shí)效性，而且它不是客戶最終的產(chǎn)品。根據(jù)客戶的需求要求，他們期望能在最短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行模具交貨。為了滿足客戶的需求，豐富產(chǎn)品消費(fèi)的個(gè)性化，我們就要把模具產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期縮到最短，在最短的周期內(nèi)完成模具開(kāi)發(fā)，從而來(lái)提高我們的競(jìng)爭(zhēng)力，把我們的經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到最高。如果要把模具產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期縮到最短，我們就要提高設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)水平、加工人員的技術(shù)水平，從而縮短模具產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期。仿形測(cè)量的逆工程對(duì)于模具產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)有很大的作用，因?yàn)樗陨淼膬?yōu)勢(shì)，漸漸地被運(yùn)用到模具產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)中來(lái)。

1.模具的概述

模具簡(jiǎn)單的說(shuō)就是一種模子與工具，用來(lái)把物品塑造成型的工具，它主要是運(yùn)用在工業(yè)生產(chǎn)上。在工業(yè)生產(chǎn)上，我們要進(jìn)行注塑、吹塑和擠出以及壓鑄或者是鍛壓成型、冶煉，在進(jìn)行這些工作的時(shí)候，我們都會(huì)用到模具。根據(jù)加工的東西不同，我們可以把模具分為加工金屬的模具和加工非金屬或者粉末冶金的模具；如果要按照模具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，我們又可以把它分為型腔模與沖裁模。一個(gè)完整的模具，不但要有它本身，還要有支撐它的模座、模架，在工作時(shí)需要導(dǎo)向裝置和制件頂出裝置。我國(guó)的模具技術(shù)還不夠完善，所以，我們還是很有必要借鑒國(guó)外先進(jìn)企業(yè)的成功經(jīng)驗(yàn)，更好地發(fā)展我國(guó)的模具技術(shù)。

2.逆向工程

隨著社會(huì)的發(fā)展，社會(huì)需求也在變化，傳統(tǒng)的復(fù)雜曲面零件的開(kāi)發(fā)模式已經(jīng)不能適應(yīng)市場(chǎng)的需求，它不僅開(kāi)發(fā)的周期比較的漫長(zhǎng)，而且在開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，需要消耗的成本費(fèi)用也比較的龐大。同一個(gè)產(chǎn)品，如果它的費(fèi)用比較低，而且外觀比較的美觀，這樣的產(chǎn)品自然會(huì)受到消費(fèi)者的喜愛(ài)，從而能迅速的占領(lǐng)市場(chǎng)。所謂的逆向工程，我們也稱作是反求工程（或者是反求技術(shù)），在沒(méi)有產(chǎn)品圖紙的時(shí)候，它可以在實(shí)物或者是油泥模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)的測(cè)量，從而建立數(shù)字模型，并且我們可以對(duì)這個(gè)模型的性能進(jìn)行全方位的分析，從而加工成我們需要生產(chǎn)的產(chǎn)品，而這個(gè)過(guò)程就是逆向工程。就目前而言，我們主要研究的是產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)反求以及它的幾何形狀。由于逆向工程具有快捷、方便、直觀的特點(diǎn)，所以，逆向工程現(xiàn)在已經(jīng)不是單單的在新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)上運(yùn)用了。

2.1逆向工程的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著社會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，逆向工程已經(jīng)是新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要的手段，而且受到很多人的關(guān)注?，F(xiàn)在機(jī)械行業(yè)、醫(yī)學(xué)、地里以及考古都會(huì)用到逆向工程。國(guó)外已經(jīng)有一些人專門對(duì)逆向工程進(jìn)行研究，而我國(guó)對(duì)于這方面的研究起步的比較的晚，不過(guò)現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始注重這方面的研究了。

2.2逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)

逆向工程的內(nèi)容比較的廣泛，主要有數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理以及曲面重構(gòu)。所謂的數(shù)據(jù)采集就是對(duì)物體的表面進(jìn)行數(shù)字化，通過(guò)測(cè)量設(shè)備，選取合適的測(cè)量方法，就能夠采集到我們所需要的坐標(biāo)信息；而數(shù)據(jù)處理就是對(duì)我們所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，對(duì)于一些錯(cuò)誤的信息我們要在曲面重構(gòu)之前就要對(duì)其進(jìn)行處理；而曲面重構(gòu)是這幾個(gè)技術(shù)里面最重要和最復(fù)雜的一個(gè)環(huán)節(jié)，它主要是對(duì)已經(jīng)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行后續(xù)設(shè)計(jì)和性能分析以及制造。

3.逆向工程的運(yùn)用

新的產(chǎn)品在開(kāi)發(fā)的時(shí)候，逆向工程會(huì)在以下幾個(gè)方面進(jìn)行運(yùn)用：

3.1外觀覆蓋件產(chǎn)品設(shè)計(jì)

所謂的外觀覆蓋件產(chǎn)品對(duì)于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)理念來(lái)的傳遞說(shuō)，它是一個(gè)重要的載體，可以把產(chǎn)品的功能進(jìn)行向外拓展。外觀覆蓋件的工序非常的復(fù)雜，不但要進(jìn)行裁剪和縫合，還要對(duì)其進(jìn)行搭接。由于社會(huì)需求的日益變化，傳統(tǒng)的正向設(shè)計(jì)漸漸地不能夠滿足社會(huì)的需求，因?yàn)樗粌H消耗的時(shí)間久，而且需要的人力物力也比較的大。對(duì)于這種產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)的工程師，他們大多數(shù)都是機(jī)械工程師，并且他們的造型美學(xué)致使比較的欠缺。如果設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)的過(guò)程中能夠把美學(xué)知識(shí)運(yùn)用進(jìn)來(lái)，完善它的功能，然后結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師再結(jié)合物理原型對(duì)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)字化建模。在這個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，造型設(shè)計(jì)師不需要花費(fèi)很多的時(shí)間對(duì)模型進(jìn)行高精度的制作，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師只需要對(duì)模型的工藝進(jìn)行合理化，這樣以來(lái)，不但可以縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)效率，而且設(shè)計(jì)的質(zhì)量也會(huì)在很大的程度上進(jìn)行提高。

3.2復(fù)雜曲面的零件設(shè)計(jì)

有些復(fù)雜的零件的曲面的設(shè)計(jì)不但會(huì)提高零件的外部美觀程度，而且它還具有一定的功能作用，例如設(shè)計(jì)的渦輪葉片，再設(shè)計(jì)零件的曲面的時(shí)候，我們不但要對(duì)其進(jìn)行各種的測(cè)試，還要對(duì)測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行分析，在這個(gè)過(guò)程中，我們可以采用實(shí)物模型一邊測(cè)試，一邊分析，一邊的修改，在測(cè)試合格后，就要利用逆向工程對(duì)零件進(jìn)行重構(gòu)，這樣以來(lái)，就可以在很大的程度上減少了研發(fā)的時(shí)間。

3.3已有產(chǎn)品的仿制

一般的情況下，設(shè)計(jì)師要考慮設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的保密性，不會(huì)把設(shè)計(jì)的模型隨便給人看的，在沒(méi)有設(shè)計(jì)了的圖紙的時(shí)候，就要利用三維測(cè)量和去面模型的逆向工程對(duì)模型進(jìn)行精密的仿制，而這樣所得到的產(chǎn)品就是仿制品。

3.4損壞零件的修復(fù)

對(duì)于已經(jīng)變形或者是磨損的零件，我們可以根據(jù)逆向工程系統(tǒng)，依據(jù)它的實(shí)際情況，利用CAD對(duì)已經(jīng)變形或者是磨損的地方進(jìn)行“補(bǔ)償”，這樣就可以把零件修復(fù)好了。

3.5進(jìn)行數(shù)字模型檢驗(yàn)

設(shè)計(jì)師可以利用三維掃描技術(shù)把CAD模型和需要掃描的模型進(jìn)行比較，然后既能夠很快的檢驗(yàn)出零件的制造精度，這樣對(duì)需要檢測(cè)的零件的檢測(cè)精度會(huì)非常的準(zhǔn)確，而且可以很直觀的看到自己想要看到的。

4.逆工程的仿形測(cè)量和誤差補(bǔ)償處理

仿形測(cè)量對(duì)于逆工程來(lái)說(shuō)，是一個(gè)非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)于逆工程的過(guò)程中，設(shè)計(jì)師首先要對(duì)模型進(jìn)行測(cè)量，而測(cè)量的數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確，對(duì)CAD 模型的重構(gòu)有著重要的影響，除此之外，測(cè)量的速度是否迅速也會(huì)硬性逆工程進(jìn)行的速度，由此，我們不得不說(shuō)仿形測(cè)量對(duì)于逆行工程有著重要的影響。仿形測(cè)量可以分為接觸式和非接觸式兩種方式。所謂的接觸式就是傳統(tǒng)的測(cè)量方式。隨著科技的發(fā)展，非接觸式已經(jīng)在很大程度上對(duì)曲面的形狀和形貌的運(yùn)用漸漸地廣泛了，它相對(duì)于接觸式的仿形測(cè)量，有很多的優(yōu)點(diǎn)，也帶來(lái)了很多的便利，不僅能夠避免在進(jìn)行測(cè)頭半徑補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候遇到的麻煩，還能夠高速的進(jìn)行測(cè)量。進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，不可避免的會(huì)出現(xiàn)誤差，出現(xiàn)這種誤差主要是設(shè)備本身有些誤差，還有裝夾出現(xiàn)誤差，以及測(cè)量基準(zhǔn)會(huì)有誤差，處理這種誤差的關(guān)鍵就是對(duì)測(cè)頭半徑進(jìn)行補(bǔ)償與修改。對(duì)于誤差的處理的方法一方面就是進(jìn)行小曲面的近似法，另一方面是利用B樣條擬合法進(jìn)行處理。B樣條擬合法相對(duì)于小曲面近似法，有太多的優(yōu)勢(shì)了，不但可以減少工作量，測(cè)量的準(zhǔn)確性高，而且它的適應(yīng)性比較的強(qiáng)。

5.結(jié)束語(yǔ)

逆向工程已經(jīng)在很多領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用了，而且在汽車和摩托車領(lǐng)域里，它已經(jīng)成為先進(jìn)技術(shù)的有效手段，它的應(yīng)用，不但在很大程度上縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)所用的時(shí)間，而且還提高了生產(chǎn)的效率，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。

【參考文獻(xiàn)】

[1]孫福輝.重構(gòu)曲面的品質(zhì)分析及其優(yōu)化技術(shù)[J].重構(gòu)曲面研究，2010（4）.

[2]許智欽.逆向工程技術(shù)三維激光掃描測(cè)量[J].逆向工程研究與分析，2012（9）.