手机逆向造型毕业设计论文

手机逆向造型毕业设计论文内容摘要：

因此如果数据量大的话，所得到的曲面更近似于原曲面模型，然而也因为如此，如果量测时点数据含大量的噪声则在重建曲面时大量的噪声将被含入而产生相当大的误差。 所述，以插补法来重建曲面较佳的使用时机是对于数据量少且所含入噪声较小的点群数据。 由以上的分析我们可以知道对于少量的点而言，我们可以使用插补法来得到一较近似的曲面，然而对于激光扫描所得到的大量数据点若以插补法来重建曲面，则有在扫描时所夹带的噪声点与误差将随着曲面的建立而被包含在曲面之中的缺点。 因此对于扫描点数据而言，由于点数据量大以近似法来重建曲面将会较插补法节省控制点的储存空间，而且对于扫描时所渗入的误差有抑除的效果，然而，以近似法来建立曲面，却会耗费大量的计算机内存及较多时间在曲面的计算上，因此我们在建立曲面的过程中应配合所测量得的数据点数目及精度来决定曲面重建所使用的方法。 2． 4 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，而且对于快速制造很必要。 2． 5 快速制造 快速原型技术是九十年代发展起来的一项高新技术，它无需准备任何模具、刀具和工装卡具，快速成型设备可直接接受产品设计（ CAD）数据，快速制造出新产品的样件、模具或模型，对促进企业产品创新、缩短新产品开发周期、提高产品竞争力有积极推动作用。 传统制造业的战略是规模效益第一，九十年代以来，已发展为市场响应第一。 在制造业日趋国际化的状况下，缩短产品开发周期和减少开发新产品投资风险，成为企业赖以生存的关键。 近年来，制造业市场的制造战略重点正在发生从成本与质量到时间与响应的重大转移。 快速将多样化的产品推向市场是制造商把握市场先机而求生存的重要保障。 快速成形技术是集机械、电子、光学、材料等学科为一体的先进制造技术之一。 20世纪 80年代末、 90年代初发展起来的快速成形（ Rapid Prototypingamp。 Manu facturing：RP）技术，突破了传统的 加工模式，是近 20 年制造技术领域的一次重大突破。 它与科学计算可视化和虚拟现实等技术相结合，为设计者、制造者与用户之间提供了一种可测量、可触摸的新手段。 快速成形技术可以自动、快速、直接、精确地将设计思想转化为具有一定功能的原型或直接制造零件（模具），有效地缩短了产品的研发周期，是提高产品质量、缩减产品成本的有力工具。 它的核心是基于数字化的新型成形技术。 RP 系统可分为两大类：基于激光或其它光源的成形技术，如：立体光造型（ Stereo 9 lithography： SL）、迭层实体制造（ Laminated Object Manufacturing： LOM）、选择性激光烧结（ Selected Laser Sintering： SLS）、形状沉积制造（ Shape Deposition Manufacturing：SDM）等等。 快速成形术已经广泛应用于家电、汽车、航空航天、船舶、工业设计、医疗等领域。 艺术、建筑等领域也已开始使用 RP设备。 随着 RP技术本身的发展和完善，其应用领域在不断拓展。 快速制造技术的优越性和特点： 制造原型所用的材料不限，各种金属和非金属材料均可使用； 产品制造过程几乎与零件的复杂性以及几何形状 无关，在加工复杂曲面时更显优越，这是传统方法无法比拟的； 加工周期短，成本低，成本与产品复杂程度无关，一般制造费用降低 50%，加工周期节约 70%以上； 产品的单价几乎与批量无关，特别适合于新产品的开发和单件小批量零件的生产； 整个生产过程数字化，与 CAD 模型具有直接的关联，零件可大可小，所见即所得，可随时修改，随时制造； 与传统方法结合，可实现快速铸造，快速模具制造、小批量零件生产等功能，为传统制造方法注入新的活力。 快速制造技术周期短、工艺简单、易于推广、制模成本低、精度和寿命能满足某种特 定的功能需要，综合经济效益良好，是一种快捷、方便、实用的制造技术，特别适用于新产品开发试制、工艺验证和功能验证以及多品种小批量生产。 目前，大多数的快速成形制造系统中， 3D的 CAD模型首先要转化为标准 STL格式模型，即采用所谓面型化 (Tessellation)处理方法对实体曲面进行近似处理，用平面三角面片近似模型的表面。 这样处理的优点就是大大地简化了 CAD模型的数据格式，以便于后续的分层处理，为制造过程准备数据。 STL文件格式是由美国 3D System公司于 1987年提出的，由于它在数据处理上较简单，而且与 CAD系统无关，所以很快发展为快速成形制造领域中 CAD系统与快速成形机之间数据交换的准标准格式。 表达一个三维实体模型的 STL文件是用大量的空间小三角形面片来表示实体模型的表面，如 图 2. 3所示，对每一空间小三角形面片用三角形的 3个顶点坐标及三角形面片的法向量来描述，法向量由实体的内部指向外部， 3个顶点的次序与法向量满足右手规则，如 图 2. 3所示。 此外， STL文件中两个相邻的三角形只能有一个公共边。 10 图 2. 3 3．逆向工程软硬件设备 3． 1 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。 法国 KREON 系列三维激光超高精密度扫描仪，（ KREON KZ 50）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 ,KREON 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 ,KREON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， KREON 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 KREON 系列中的KZ 50是近距三维激光扫描系统。 分辨率可达 5μ m，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： 11 图 3. 1 三维激光扫描仪 3． 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 ) 曲线创建功能 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 12 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。 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。 3． 3 实体建模软件 Autodesk公司在 AutoCAD软件包的基础上，开发出了三维实体造型软件 Mechanical Desktop 简称 MDT，在微机上，实现了快捷、精确的三维实体造型。 与别的三维设计软件不同的是，它基于以被广大的中国用户所熟知的 AutoCAD平台。 对于有 AutoCAD二维绘图软件使用经验的用户，学习和使用 MDT十分容易。 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。 MDT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。 MDT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。 基于特征的参数化零件造型模块可用已经存在的 AutoCAD二维图。