防毒面具模具曲面造型

1、目录1 简介 12 概述 . 32.1 逆向工程原理 . 32. 2 逆向工程的特点4的一般过程42.4 逆向工程的应用领域52.5 逆向工程软件对比63 逆向工程的一般步骤 63.1 实体3D数据获取扫描63.2 点云处理83.3 表面重建 . 83.3.1曲线和曲面的分类 93.3.2创建表面的方法113.4 实体建模 . . 124 逆向工程软硬件设备134.1 扫描设备 . 134.2 点云曲面处理软件134.2.1点云处理函数144.2.2曲线创建函数144.2.3曲面创建功能 144.3 实体建模软件 . 155 建立模具表面的具体步骤 165.1 模具表面的建立过程165.2 轮

2、廓提取165.3 点云数据分析165.4 连接边界点 . 175.5 建立第一个基本面 175.5.1建立控制曲线 . 185.5.2曲率梳分析195.5.3平滑曲线 195.5.4扫掠表面 205.6 第二基面的建立 . 215.7 第三个基本面的建立 . . 235.8 修整第三个曲面 . 235.9 缝合曲面 . . 245.10 表面连续性分析 . . 245.11 提取剖面线. 255.12 表面 2D 视图 . 255.13 表面加工25六，结论 . 37参考 . 38至411 简介在产品开发和制造过程中，几何造型技术得到了广泛的应用。但是，由于种种原因，还有很多产品没有用CAD模

3、型描述，设计师和制造商都面临着实物原型。为适应先进制造技术的发展，需要将这些物体通过一定的方式转换成CAD模型，以便用CAD、CAM等先进技术进行加工。目前，与从实物样品中获取产品数学模型的技术相关的技术已经发展成为CAD和CAM中相对独立的领域，被称为“逆向工程” 1 。通过逆向工程再现实物的CAD模型，使那些以实物为基础的产品在设计制造过程中充分利用CAD、CAM等先进技术成为可能。由于逆向工程的实施可以在很短的时间内准确可靠，因此，逆向工程已成为当前企业先进制造技术中的热门话题之一2 。世界各国在经济和技术发展项目中，都非常重视应用逆向工程，引进和研究国外先进技术，并取得了显著成果3 。

4、目前，国外不同型号的稀土测量设备已进入中国市场，如英国3D-Scanner公司的激光扫描测量仪、美国“ Laser Design”Surveyor1200立体激光扫描系统、ATOS测量仪等。德国GOM公司。这些测量设备功能更强大，但价格相当昂贵4 。随着我国经济的稳步发展和社会主义市场经济体制的逐步完善，随着WTO的加入，企业将在国内和国际市场上面临前所未有的激烈竞争。在机械、汽车、家电、轻工等行业，产品生命周期越来越短，更新换代越来越快。因此，整个设计开发和生产制造系统都要求缩短周期。中国制造业在国际市场上的竞争力仍然很差。主要原因之一是对市场的快速反应能力差，交货时间长5 。因此，可再生能

5、源技术的研究与应用受到了中国政府、企业和高校的高度重视。例如，华中科技大学、航空航天大学、交通大学、科技大学等高校都开展了逆向工程的研发，并取得了一定的成果。例如，高校推出了RE-SOFT逆向软件系统6 。目前，国外已有商用逆向工程软件供用户重构逆向模型，如美国SDRC公司的IMAGEWARE SURFACER和英国RENISHAW公司的TRACE。此外，一些主流的CAD/CAM软件系统也开始集成逆向工程模块，如：UG/Quick shape、PRO/E中的PRO/ICEM SURF、PRO/DESIGNER、PRO/SCANTOOLS、CIMATRON中的REVERS ENGINEERING

6、等. 7 .使用一些非专业的逆向设计软件（如：UG、Pro/ENGINEER、CATIA等）和一些专业的逆向设计软件（如：Surder、CopyCAD、Trace等）进行逆向建模就是逆向的应用现阶段企业工程。一个典型的例子8 。2 概述2.1 逆向工程原理在瞬息万变的产品市场中，能否快速生产出符合市场要求的产品，已成为企业成败的关键。由于各种原因，我们经常会遇到只有一个实物样品或手工模型，没有图纸或CAD数据文件，有时甚至可能没有参考图，所以我们无法得到确切的尺寸，这就是为什么我们在在后续工作中采用先进的设计方法和先进的制造技术带来了很大的障碍，模具的制造变得更加复杂。但是逆向工程技术很好地解

7、决了这个问题10 。随着计算机技术的飞速发展，三维几何造型技术已广泛应用于产品和工业模具的设计、程序审查、自动化制造和管理维护等制造业的各个环节。通过各种测量方法和3D几何建模方法，将原始物体（产品原型或污泥模型）在计算机上转化为3D数字模型。在CAD领域，这就是所谓的逆向工程11 。2.5 逆向工程软件对比专业的反演软件在点、线、面的处理上功能更强大，面重建速度更快17 。但在功能覆盖率、自动化程度、稳定性、与其他CAD系统的兼容性等方面还不够成熟，尤其是实际建模效果不是很理想，不可能实现特征建模和参数化类似到CAD 软件。 ，很难实现模型的任意修改。这些问题制约了专业反向搜索软件的普及和使

8、用。与专业软件相比， UG等通用CAD软件进行线面重建的步骤和工作量略多，但由于这些软件的CAD功能模块非常强大，使用逆向获得的曲面制作零件很方便.设计和模具设计，也可以使用自带的CAM功能直接加工零件，所以这些软件也被广泛应用于逆向工程。此外，通用CAD软件需要的测量数据点较少，而三坐标测量机可以作为测量设备，极大地扩展了其应用的便利性18 。因此，在目前的工程实践中，我国大部分企业和科研单位将三坐标测量机的测量数据以igs或dxf格式输出，直接导入UG等通用CAD软件进行线面重建和模型重建19 .应用UG软件进行逆向建模一般遵循点线面体的原则。建立一个好的整体模型取决于曲线和曲面的集成开发

9、环境的优缺点20 。因此，将曲线的创建和编辑与曲面构建功能相结合是重建原始模型的关键之一。 UG软件可以参数化的点构造线的方法主要有“通过点”和“拟合” 。本次设计主要采用“点交叉法”，然后对曲线进行编辑和平滑处理。这既保证了曲线与原始数据点之间的误差，又保证了曲面的连续性21 。3 逆向工程的一般步骤3.1实体3D数据的获取扫描3D扫描是逆向工程中最基本的一步。它是获取原始点云数据的最直接、最理想的方法22 。原始点云数据是后续逆向处理的基础，因此3D扫描得到的点云数据质量好坏直接影响逆向建模的成败。3D扫描是一种集光学、机械、电气和计算机技术于一体的高科技。它主要用于扫描物体的空间形状和结

10、构，以获得物体表面的空间坐标23 。其意义在于可以将物体的三维信息转换成计算机可以直接处理的数字信号，为物体的数字化提供了一种非常方便、高效的手段24 。高速 3D 扫描和数字化系统在逆向工程中发挥着巨大的作用。三维扫描技术可实现非接触式测量，具有速度快、精度高等优点。并且其测量结果可以直接与多种软件进行交互，使其在CAD、CAM、CIMS等技术应用越来越普及的今天非常流行。在发达国家的制造业中，3D扫描仪作为一种快速的三维测量设备，以其测量速度快、精度高、非接触式、使用方便等优点得到越来越多的应用。使用3D扫描仪对手板、样品和模型进行扫描，得到其三维尺寸数据。这些数据可以直接与 CAD/CA

11、M 软件连接。在CAD系统中，可以对数据进行调整、修复，并致到加工中心或快速成型。设备制造可以大大缩短产品制造周期 25 。三维扫描设备主要是基于三维测量系统。基本上，有接触式（探针式）和非接触式（激光、摄影、 X射线等）两种类型26 。早期主要使用探头式。虽然价格便宜，但速度慢，而且探头与物体接触会有盲点，容易使软件物体变形，影响扫描精度。激光扫描快速准确，可以扫描三维物体，获得大量点云数据，用于表面重建27 。自 3D 扫描技术诞生以来，至今已经发展了许多扫描原理。一般来说，它分为以下几种技术，如下图（图3.1 ）所示：4 逆向工程软硬件设备4.1 扫描设备3D激光扫描技术，可重构真实物体

12、或真实场景、3D实体模型和原始映射数据，完整、高精度。最大特点是：精度高、速度快、接近原形。法国KREON系列3D激光超高精度扫描仪（ KREONKZ 50）具有很多特点：扫描精度极高，有助于使重建体积更接近原始。扫描密度极高，扫描速度极快，有利于目标的快速成型、实时扫描、同步运动操作等。一对CCD同步工作，可实时扫描任何复杂目标，无死角，减少重复工作。目前世界上同类技术都是一个CCD。双CCD技术也有利于实时检测和监控工作。连接测量机、CNC加工中心、机械关节臂等，KREON扫描头可与现有的许多设备互换使用。 KREON激光扫描技术不同于传统的光学摄影3D成像技术。 KREON 保证所有扫描

13、的浊点。光学摄影技术无法实现的实际测量、实时性和真实性，是基于几个测量点，经过后处理3D数学计算得到点云。此次选用的KREON系列中的KZ 50是一款近程3D激光扫描系统。分辨率高达5m，速度：30,000点/秒，（可以借助机械臂或CNC机械平台扫描任何尺寸的物体） 。4.2点云曲面处理软件目前市面上常用的逆向工程软件系统基本都是NURBS曲面。从它们的功能或操作方法上看，它们的共同特点是先构造曲线，或者用曲线直接构造曲面，或者用曲线定义曲面模拟。要组合区域，首先生成曲面片，然后通过拼接形成完整的曲面模型。它的优点是NURBS曲面在CAD/CAM领域的应用相当广泛，因此这些系统与其他CAD/C

14、AM系统之间的通讯和交流非常方便。特性曲线的构建在其中起着重要作用。然而，交互式定义特征线是劳动密集型的，目前自动提取的方法仍然相当有限。 Imageware 12主要用于逆向工程。点云数据的处理过程遵循点-曲线-面原理。整个流程简单明了，软件操作相对容易，对系统性能要求不高。4.2.1点云处理功能1.读入点云数据并将分离的点云对齐在一起（如果需要）。有时由于零件形状复杂，一次扫描无法获得所有数据，或者零件太大，一次扫描无法扫描，需要移动或旋转零件，这会导致许多单独的点云。 Imageware12软件可以使用圆柱、球体、平面等特殊点信息来对齐点云。2 、判断点云，去除噪声点（即测量误差点）。由

15、于测量工具和测量方法的限制，有时会出现一些噪声点。 Imageware12软件有很多工具可以判断点云，去除噪声点，保证结果的准确性。3.通过可视化点云观察和判断来规划如何创建曲面。零件由许多单独的表面组成。对于每一个面，可以根据特点用方法确定。例如，如果表面可以直接由点的网格生成，则可以考虑直接使用这个点云；如果曲面需要用多段曲线蒙皮，可以考虑对截点进行分段。提前计划可以避免以后走弯路。4.2.2曲线创建功能1.判断并决定生成哪种类型的曲线。曲线可以通过点云精确、非常平滑（捕捉点云表示的曲线的主要形状），或者介于两者之间。2.创建曲线。根据需要创建曲线，可以通过改变控制点的数量来调整曲线。控制

16、点越多，形状拟合越好，控制点越少，曲线越平滑。3.诊断和修改曲线。可以通过曲线的曲率来判断曲线的平滑度，可以检查曲线与点云的一致性，可以改变曲线与其他曲线之间的连续性（连接、切线、曲率连续性）。4.2.3曲面创建功能1.决定要生成什么样的表面。与曲线一样，您可以考虑生成更精确的曲面、更平滑的曲面或两者兼而有之。根据产品设计需要确定。2.创建曲面。有很多方法可以创建曲面。可以使用点云直接生成曲面（可以使用曲线通过曲线网格、曲线组、扫掠、四条边界线等方式生成曲面，也可以结合点云和曲线信息生成曲面。也可以生成曲面）其他曲面，例如圆角。3.诊断和修改曲面。比较曲面与点云的拟合程度，检查曲面的平滑度以及

17、与其他曲面的连续性，同时进行修改。5建立模具表面的具体步骤5.1 模面的建立过程点云处理点云数据过滤点云分割曲线创建曲线分析曲线极点编辑曲线平滑、曲面创建过渡曲面创建冗余修整曲面拼接曲面连续加工曲面质量检测。5.2 轮廓提取基于专业的反向IMAGEWARE软件，可以对点云进行对齐，通过切割点云线提取点云轮廓。打开点云 应用交互式云横截面命令来切割线，切割点云的轮廓，如图 5.1 所示。图 5.1 概要6结论逆向工程技术是一种具有开创性、实用性和综合性的产品开发技术。这次防毒面具表面的重建，采用了基于UG软件的逆向重建，分析尝试了各种重建表面的方法和合适的条件，让我对逆向工程有了更全面的认识。并

18、且对Unigraphics NX软件也有了更深入的了解，对其功能有了进一步的掌握。逆向技术作为一种新型技术，有其独特的优势。尤其是在产品开发过程中，可以准确复制原型实体，可以缩短产品开发周期，降低开发成本。已应用于多家生产企业。并且由于逆向技术不仅可以利用一些测量设备准确、快速地建立产品的CAD模型，而且更注重产品的创新性。因此，逆向工程更适合现代市场的需求。从现在开始看毕业设计的整个过程，其实我们可以用更好的曲面构造方法，比如通过网格曲面，因为它可以很好的控制曲面在水平和垂直方向的曲率变化方向，并且可以将曲面设置为靠近点云侧，这样会减少很多误差，但也有一个问题，就是两条相交曲线的误差要减小，

19、使得它们的相交误差为被系统默认包围，这样会得到一个高精度的曲面。该方法需要进一步研究。由于初次接触经验不足，且本次设计的目标不是恢复精度，设计模型与原模型存在较大误差。而且，在使用曲面网格形成曲面时，两条曲线的交点误差比系统默认误差大0.72，但整体曲面的连续性也基本满足要求。团队全部为机械工程专业研究生，精通专业知识，精通各类机械设计，服务品质优良。您可以全程指导毕业设计。知识是有价值的，它带给你的不仅仅是一种设计，更是一种能力。联系方式：712070844，请看资料。参考陶，童水光。逆向工程技术：机械工业，2003： 1-2292 柯应林.逆向工程CAD建模理论、方法与系统：机械工业，20

20、05： 1-143 3 李全清，明逆向工程中的特征建模技术分析J.机床与液压，2001(2)：69 - 71。 4 Ching-Chih T, Ming-Chih H. 逆向工程中基于设计意图的数据点处理J.国际机床与制造杂志 2000, 40(10):1913-19275 马淑梅逆向工程与计算机辅助产品创新J机械设计与制造，2005（5）： 160-1626 龙涵曲面造型.:人民邮电,2006: 1-2867 洪雪等。 UG NX3.0的介绍与改进。：清华大学，2006：1292丽君。三维建模技术基础：清华大学，2004： 23-2069钟钢.曲线与曲面重建方法研究。大学博士论文。 2002

21、 : 1-3610 君，王荣霞 UG软件在逆向工程中的应用机械工人。 2005年，（2）：28291 1 Park H, Kim K. 光滑表面近似 toserial 横截面J.计算机辅助设计, 1996, 29(12): 995-1005Imageware逆向工程培训班：清华大学，2003： 303-32313 高勇. CNC加工.:人民邮电,2006: 1-26214陶，邦道，家强逆向工程技术及应用研究。 装备制造技术2006年第4期 15 Au CK, Yuen MM F. 基于特征的服装设计人体模型逆向工程-辅助设计, 1999, 31(12):751-75916 孟群，庞学慧，吴福嘉

22、先进制造技术，中国科技，200517 杜永平，滕琪.逆向工程技术。起重运输机械， 2003(1) ： 1-418 3 Saeid M. 逆向工程方法回顾。计算工业工程, 1998, 35(1) : 22-219齐从倩，亚洲，甘毅，等.逆向工程复杂曲面数字重建关键技术研究J.中国机械工程学报, 2003, 39(4).20 BDYang，CHmenq。 3d 接触运动学表征和具有 3d 摩擦约束的结构响应预测J.声音与振动杂志，1998，217(5)。21金涛，单燕，童水光物理测量建模中的测量数据重定位方法J计算机辅助设计与图形学杂志, 2001, 13 (4): 315-318. 22 菊香逆向工程在模具制造中的应用J机械工人（冷加工），2002，（11）：46-47。23 Benko P, Varady T. 传统工程对象平滑点区域的分割方法。计算机辅助设计，2004，36:511-52324 崇永民，海诚，王征明等