鼠标底座逆向设计与模具设计_毕业设计说明书(编辑修改稿)

鼠标底座逆向设计与模具设计_毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

，边界上的某些特征点（边界折拐点）必须予以保留，而不能被视为“坏点”。 5．点云的重定位整合，在重新装夹后多次扫描形成的数据要进行重定位整合，目前一般的 CAD 软件还都没有此项功能，需要手工“缝合”，在测量件上选取两次定位状态下的基准 点，在两次定位测量的过程中，分别测量两次定位状态下的基准点的坐标值，然后以一定的判断规则判别出各基准点的测量精度，最后在 CAD系统中显示定位下的测量数据，并移动某一定位下的数据，使该定位下的所有测量数据整合到另一定位下。 曲面重构 天津职业技术师范大学 2020届本科生毕业设计 6 曲面重建可以 说 是逆向工程的另一 个 核心及主要的目的，是依据扫描得到 的点 云数 据恢复曲面形状建立 CAD 数学模型的过程。 在得到 产 品的 数 据后，以逆向工程 软 件进 行 点数 据的 处 理， 经过分门别类 、 群组 分隔、 点线面 与 实体误 差的比 对 后，再重新建构曲面模型， 产 生 CAD 数 据、制造或 NC 加工。 目前 在 点 云生成曲面的 过 程中，主要有三种曲面构造的方案：其一是以 BSpline或 NURBS曲面为基础 的曲面构造方案；其二是以三角 Bezier 曲面为基础 的曲面构造方案；其三是以多面体方式 来 描述曲面物体。 在逆向工程的技 术发 展中重要的是建立 产 品的 CAD 模型，并由此可再 进 一步的到 CAM 处 理和快速成型制造，而仿制出 产 品的外形。 一般而言， CAD 模型是由 许 多不同的几何形 状 所 组 合而成，而每一种几何形 状 都有其特性。 因此若要 将产 品 应 用逆向工程的技 术 ，反求出此 产 品的原 CAD 模型，并非 单纯 的使用一种方法即可完成，而须视 此 产 品外形的几何特性， 选择 适 当 的 处 理方法，方可得出良好的几何形 状 ，以 满足 产 品外形的几何特性。 由此可知，在曲面重建的 过 程中了解其曲面的特性及其曲面的 数学 模式，在 对 于我 们 重新建构曲面 时 可以 帮 助我 们节 省很多的 时间 以及提高 将 效率。 由于 CAD/CAM 系 统 的 发 展，各种自由曲 线 与自由曲面的理 论 因 应 而生，如 Bezier曲 线 、 BSpline 曲面、 NURBS 曲 线 、 扫描 曲面 (Sweep Surface)、 Loft 曲面 (Loft Surface)、 标 准曲面 (Construct Surface) 、旋 转 曲面 (Revolved Surface) 、网格曲面 (Net Surface)等。 实体建模 近年来，运用 AutoCAD 软件进行二维图形的设绘已经得到很大的普及。 但是，二维平面图不能完整和准确地体现出设计者的设计思想，而且，二维图纸无法对设计对象进行后续的结构有限元分析、运动分析、公差分析、以及数控加工代码的生成，而这些分析往往是必不可少的，只有三维实体造型才能满足这些要求。 越来越多的三维设计软件如 MDT,Solid Works、 ProE、 UG 等，都得到了广泛的应用。 建立三维模型，有助于理解零件的特 征，更加直观方便，而且对于模具设计与制造很必要。 逆向工程软硬件设备 扫描设备 三维激光扫描技术，它能够完整及高精密度的重建实物或实景、三维实体模型及原始测绘数据。 最大特点就是：精度高、速度快、逼近原形。 天津职业技术师范大学 2020届本科生毕业设计 7 海克斯康 ROMER 三维激光超高精密度扫描仪 ， ROMER 具有很多优质：扫描精度极高，这利于将重建内容更逼近原形。 扫描密度极高，扫描速度极快，这利于快速原形化目标、实时扫描、同步移动操作等。 具有一对 CCD 同时同步工作，可无死角的实时扫描任何复杂目标，减少重复性工作，目前国际同类技术都是一个 CCD，双 CCD 技术还利于实时检测监测工作 , ROMER 可以与目前各种三坐标测量机、数控加工中心、机械关节臂等配接 , ROMER扫描头可以与现有的很多设备互换使用 ,KREON激光扫描技术不同于传统的光学照相三维成像技术， ROMER 保证了所有扫描云点的实测性、实时性及真实性，而光学照相技术做不到，它是基于少数测量点并经过后处理三维数学推算后得到点云。 本次选用的 ROMER 三维激光扫描系统。 分辨率可达 5μm ，速度： 30000点 /每秒， (可借助机械臂或数控机械平台扫描任何大小的物体）。 实体如下图 2－ 2所示： 图 22 三维激光扫描仪 点云曲面处理软件 目前市面上常用的逆向工程 软件系统采用的 基本 都是 NURBS 曲面，从它们的功能或操作方法来看，其共同特点是先构造曲线，或者是利用曲线直接构造曲面，或者是通过曲线界定曲面拟合区域，先生成曲面片，然后通过拼接构成完整的曲面模型。 其优点是 NURBS曲面的应用在 CAD/CAM领域内相当广泛，因而，这些系统与其它 CAD/CAM系统的通信、交流就十分方便。 特征曲线的构造在其中起着重要的作用。 然而，通过交互定义特征线费事费力，而自动提取的方法在目前仍相当有限。 Imageware12 主要天津职业技术师范大学 2020届本科生毕业设计 8 用来做 逆向 工程，它处理点云数据的流程遵循 ， 点 —— 曲线 —— 曲面 的 原则 ，整个 流程简单清 晰 明了 ， 而且 软件 操作容易，对系统性能要求也不高。 一： 点 云处理功能 1． 读入点 云 数据 ,将分离的点云对齐在一起（如果 有 需要）。 有时候由于零件形状复杂，一次扫描无法获得全部的数据，或是零件较大无法一次扫描完成，这就需要移动或旋转零件，这样会得到很多单独的点云。 Imageware12 软件可以利用诸如圆柱面、球面、平面等特殊的点信息将点云对齐。 2． 对点云进行判断，去除噪音点（即测量误差点）。 由于测量工具及测量方式的限制，有时会出现一些噪音点， Imageware12 软件有很多工具来对点云进行判断，去掉噪音点，以保 证结果的准确性。 3． 通过可视化点云观察和判断，规划如何创建曲面。 一个零件，是由很多单独的曲面构成，对于每一个曲面，可根据特性判断用用什么方式来构成，例如，如果曲面可以直接由点的网格生成，就可以考虑直接采用这一片点云；如果曲面需要采用多段曲线蒙皮，就可以考虑截取点的分段。 提前作出规划可以避免以后走弯路。 4． 根据需要创建点的网格或点的分段。 Imageware12 软件能提供很多种生成点的网格和点的分段工具，这些工具使用起来灵活方便，还可以一次生成多个点的分段。 二 :创 建功能 1． 判断和决定生成哪种类型的曲 线。 曲线可以是精确通过点云的、也可以是很光顺的（捕捉点云代表的曲线主要形状）、或介于两者之间。 2． 创建曲线。 根据需要创建曲线，可以改变控制点的数目来调整曲线。 控制点增多则形状吻合度好，控制点减少则曲线较为光顺。 3． 诊断和修改曲线。 可以通过曲线的曲率来判断曲线的光顺性，可以检查曲线与点云的吻合性，还可以改变曲线与其他曲线的连续性（连接、相切、曲率连续）。 Imageware12 软件提供很多工具来调整和修改曲线。 三： 曲面创建 功能 1． 决定生成那种曲面。 同曲线一样，可以考虑生成更准确的曲面、更光顺的曲面，或两者兼顾。 根据产品设计需要来决定。 2． 创建曲面。 创建曲面的方法很多，可以用点云直接生成曲面（ Fit free form），可以用曲线通过蒙皮、扫掠、四个边界线等方法生成曲面，也可以结合点云和曲线的信息来创建曲面。 还可以通过其他例如 圆角 等 生成 曲面。 3． 诊断和修改曲面。 比较曲面与点云的吻合程度，检查曲面的光顺性及与其他曲面的连续性，同时可以进行修改，例如可以让曲面与点云对齐，可以调整曲面的控制点让曲面更光顺，或对曲面进行重构等处理。 天津职业技术师范大学 2020届本科生毕业设计 9 Imageware12 是著名的 逆向 工程软件， 其 广泛应用于汽车、航空、航天、消费家电、模具、计算机零部件领域。 而且拥有以上专业的点云到曲面的造型功能，在进行逆向工程时是一个不错的工具。 实体建模软件 UG NX是 Unigraphics Solutions公司推出的集 CAD/CAM/CAE于一体的三维参数化设计软件，在汽车、交通、航空航天、日用消费品、通用机械及电子工业等工程设计领域得到了大规模的应用，在微机上，实现了快捷、精确的三维实体造型。 利用它，设计者在设计初期能够很方便地进行概念设计，将主要精力集中在零件的选型、相关结构的关系以及零件的使 用功能上，设计者们能最大限度的发挥聪明才智，这一过程在整个设计过程中，占据极为重要的作用。 完善概念设计之后，输出立体效果图、零件施工图及系统装配图很方便，而且节约了大量的绘图时间。 UG 软件包包括零件造型、零件装配、曲面造型及二维出图等部分。 UG 软件的零件造型模块是基于二维平面特征的三维实体造型工具，能够非常方便地创建任何复杂形状的实体。 鼠标外形逆向开发的流程 模型分析→扫描方案确定→进行扫描→数据转换→导入 Imageware12 进行点云处理→点云数据过滤→点云分割提取各特征的点云→导入 UG 软件进行 曲线建立→曲面建立→曲面镜像→曲面连续处理→曲面两两缝合→曲面整体缝合→加厚曲面得到实体→在此实体基础上创建各个特征。 模型分析 针对鼠标的外形观察，发现其实体表面主要分为四个曲面围成。 它们分别是，底面，侧面和倒角面。 而且侧面都有共同的曲面特征，都可以使用放样的方法来生成所需要的曲面。 然后分别进行裁剪，就得到了想要得曲面大小。 仔细观察鼠标，会发现它拥有比较高的对称性，左右对称，因此可以考虑使用对称面来建立整个曲面模型。 侧面的曲面建模方法刚才已经形成，只需要把其建立半个曲面，然后再作一个镜像操作，就可以使其建立鼠标的整个基本曲面模型。 扫描 有了以上的建模思路，就可以进行鼠标点云数据的扫描。 由于建模思想不一样，点云数据的扫描侧重点也不一样。 数据点质量的好坏直接影响到曲面精度。 由于本款鼠标表面反光比较强，在扫描时需要喷上显影剂，这样可以避免过多的噪声点产生。 天津职业技术师范大学 2020届本科生毕业设计 10 点云数据清理 图 23原始点云数据 进行点数 据处理是进行曲面重构的第一步。 在鼠标外形的点云数据被三维激光扫描设备扫描后，把所获得的原始的云数据另存为 IGS 格式。 然后在逆向工程软件Imageware12中打开。 如图 23 该点云数据中存在很多的不需要的点，为了后面处理方便首先需要把点云中明显的不需要的点删除掉。 使用修改 —— 〉提取 —— 〉圈选点命令圈选不需要的数据，以及明显的噪声点。 处理后如图 24 图 24剔除坏点后的点云数据 在去掉明显不需要的点数据后，原始点云还有 596942 个原始点。 这个数据量还是比较庞大，而且分布不均匀，为了使点的分布比较合理，需要处理海量数据，典型的处理方式是采用定义点距大小的方式缩减一部分数据，使点云看上去更清楚，也便于多边形网格化数据或做其他处理。 使用命令修改 —— 〉数据简化 —— 〉距离采样进行点云数据过滤。 设定 距离公差为 . （这种做法是做一个 * 方格的筛子或者滤网，每个网格里边只保留一个点），处理之后，点云虽然被缩减了 85%（原来是 596942 个点，现在是 86953），但它依 然具有足够的数据信息提给下面的各步处理。 处理结果如下图 25 所示。 图 25过滤后的点云数据 天津职业技术师范大学 2020届本科生毕业设计 11 数据对齐 在建模操作之前，需要把点云的位置调整好，这就是对齐。 之所以要对齐点云，是因为输入计算机的初始的点云坐标系是三坐标测量机的赋予它的局部坐标系，这个局部坐标系与 Imageware 系统坐标系通常不一致，这就导致了点云缺乏合适位置信息，处理起来十分不便。 所以要进行点云对齐，可以更容易地进行建模操作。 点云对齐的基本操作：先在点云上找出可以定位的线和面，通过做截面，取得截面线，调整截面线，这 些截面和截面线就是点云的对齐特征。 然后在世界坐标系中做出这些线和面的相似形，最后使用 Imageware 中的对齐工具，进行对齐。 对齐是逆向工程的基本操作。 一：构造几何辅助元素 建立直线 :。 X = 0, Y = 0, Z = 0 ，设定终点为 X= 0, Y = 100 , Z = 0 建立圆 : ，选择圆。 0,0,0 ，设定方向为 Z. 即在 XY面上作一个圆 100mm 建立一个平面 : ，选择中心 /法向 （ 0， 0， 0） Z方向作为平面法线 U向和 V 向的宽度 100 TOP 视图（默认摁 F1键）观察，如下图 2－ 6所示 图 26辅助参考元素 天津职业技术师范大学 2020届本科生毕业设计 12 二：建立相应的对齐特征 下一步，我们必须要在模型中建立相应的实体，这些实体就是点云的特征，对齐点云的位置只需要对齐这些实体的位置即可，可以将这些实体与上一步建立的参考几何图形对齐，完成点云 对齐的工作。 这一步，我们要构造截面线来决定哪些点被用来作为参考点，我们要拟合两个圆和。