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酸奶桶的逆向造型研究.rar

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    编号:20180802233207589    类型:共享资源    大小:5.62MB    格式:RAR    上传时间:2018-08-02
      
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    酸奶 逆向 造型 研究
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    南昌航空大学科技学院学士学位论文I毕业设计(论文)题目: 酸奶桶的反求造型研究系 别 航空与机械工程系 专 业 名 称 机械设计制造及其自动化班 级 学 号 078105304学 生 姓 名 陈烈指 导 教 师 于斐二 〇 一 一 年 5 月南昌航空大学科技学院学士学位论文II酸奶桶的反求造型研究学生姓名:陈烈 班级:0781053指导老师:于斐 摘 要: 本文提出如何利用 UG 和 surfacer 软件进 行模具逆向设计的问题,这一问题的提出基于以下原因:1.在三坐标测量机上能够快速精确的测量到大量的已有产品的表面坐标值。2.在专用的点处理软件 surfacer 上能够较精确的将测的的点拟合成曲线和曲面。3.在 UG 软件上能够复原产品实体,以及进一步反求模具的逆向设计和制造一体化。点云数据预处理和曲线曲面重构是逆向工程模具设计中的关键技术,虽然 UG 软件具有强大的曲线曲面造型功能,但是点云数据预处理的功能相当薄弱。为此本文以surfacer 作为中间软件,完成点云数据的预处理,提高了在 UG 软件上进行逆向工程的效率和精度。本文主要研究的工作如下:1.探讨三坐标测量的多种方法和目前国内外的发展现状。2.点云排序方法的研究,初步建立点云之间的拓扑关系,使点云具有一定的完整性,并去除噪声点。3.利用 surfacer 开发工具完成点云排序与精简和点云曲线曲面拟合,并实现了拟合曲面在 UG 界面上的显示。4.以 UG 的曲面处理和实体建模作为工具软件复原实体和反求模具。关键词:逆向工程, 点云处理, surfacer指导老师签名:Reverse yougurt shape of a barrelStudent name:Chen lie Class:0781053南昌航空大学科技学院学士学位论文IIISupervisor:Yu FeiABSTRACT: This paper presents how to use UG and surfacer software on the reversing design of the mold problem, the issue raised for the following reasons: 1. In the CMM we can be able to quickly and accurately measuring a large number of products already on the surface coordinates. 2. Points in a dedicated software surfacer can be easily handled more accurate will be adjacent to the point of curves and surfaces. 3. UG software products to be able to recover entities, and to further reverse the reverse die design and manufacturing integration. Point cloud data and pretreatment of surface reconstruction is the reverse engineering of key technologies, while UG software has powerful features of surface modeling, but the point cloud data pre-processing functions quite weak. Surfacer to this paper as an intermediary software, the completion point cloud data preprocessing, the increase in the UG reverse engineering software on the efficiency and accuracy. This paper on the work are as follows: 1.The CMM on a variety of methods and the development of the status at home and abroad. 2.Point cloud sort of way, the initial establishment of point cloud relations between the topology, to a certain point cloud the integrity and remove noise points. 3.Surfacer use development tools to sort and the completion point-to streamline and point-fitting curves and surfaces, and to achieve a fitting surface interface displayed on the UG. 4.UG to the surface processing and modeling software as a tool for physical rehabilitation and reverse model. KEY WORDS: Reverse engineering, Point cloud processing, Surface Signature of Supervisor: 南昌航空大学科技学院学士学位论文1目 录摘 要 ....................................................................................................................................................(I)ABSTRACT.........................................................................................................................................(II)目 录 ....................................................................................................................................................(1)前 言 ....................................................................................................................................................(1)1 绪论 .................................................................................................................................................(3)1.1 逆向工程概述 ...........................................................................................................................(3)1.2 逆向工程及模具设计的发展现状 ......................................................................................(6)1.3 本文研究的内容和意义 .........................................................................................................(8)1.3.1 研究内容 ................................................................................................................................(8)1.3.2 研究意义 ................................................................................................................................(8)2 产品表面坐标的测量 .........................................................................................................(9)2.1 测量方法分析 ................................................................................................................................(9)2.1.1 接触式测量 ..............................................................................................................................(10)2.1.2 非接触式测量 ..........................................................................................................................(10)2.2 测量设备的发展 ..........................................................................................................................(10)2.2.1 坐标测量机的最新发展 ..........................................................................................................(11)2.3 ATOS 扫描仪数据点测量原理 .....................................................................................................(11)2.4 点云数据的获取 ..........................................................................................................................(11)3 点数据的 预处 理 ..................................................................................................................(12)3.1 surfacer 软件介绍 .....................................................................................................................(12)3.2 点云数 据预处理 [1]......................................................................................................................(13)3.2.1 数 据平滑 ..................................................................................................................................(13)3.2.2 数据过滤 ..................................................................................................................................(13)3.2.3 数据分块和数据融合 ..............................................................................................................(13)3.2.4 数据 优化 ..................................................................................................................................(14)南昌航空大学科技学院学士学位论文23.2.5 点 云拼合 ..................................................................................................................................(14)3.3 曲线重构 的原理 ..........................................................................................................................(14)3.4 曲面重 构的原理 ..........................................................................................................................(15)4 Surfacer 软件 重构曲面 [2]..........................................................................................(17)4.1 点云数据处理 ..............................................................................................................................(17)4.1.1 数据点的导入 ..........................................................................................................................(17)4.1.2 噪 声点处理 ..............................................................................................................................(18)4.2 曲线创建 ......................................................................................................................................(18)4.3 曲面 创建 ......................................................................................................................................(20)5 UG 反求 实体及模具 ...........................................................................................................(21)5.1 UG 软件 简介 .................................................................................................................................(21)5.2 UG 复原实 体设计过程 .................................................................................................................(21)6 UG 注 塑模具设计 ................................................................................................................(29)结 论 ..............................................................................................................................................(36)参考文献 .........................................................................................................................................(37)致 谢 ..............................................................................................................................................(38)南昌航空大学科技学院学士学位论文1前 言逆向工程(Reverse Engineering,RE),也称为反求工程、反向工程、三坐标点测绘、抄数等。是指在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有 CAD 模型的情况下,按照现有零件的模型(产品原型或油泥模型),利用各种数字化技术及 CAD 技术重新构造 CAD 模型而克隆或创造实物产品的过程。作为一种新产品开发和消化、吸收先进技术的重要手段,逆向工程技术结合 UG 软件的强大功能改变了传统产品设计开发模式,大大缩短了产品开发的时间周期,提高产品研发的成功率,尤其对那些形状复杂的产品更为有效。逆向工程为新产品的开发提供了技术支持,使得企业在市场上的竞争力大大提高。本文通过瓶的注塑模具的设计,说明应用逆向工程技术和三维设计软件在逆向产品的研发中的流程。本次设计根据逆向工程的技术流程,应用 AT0S 三维扫描仪对工件瓶体进行扫描获取样件表面“点云”数据;使用逆向工程专业软件 Surfacer 处理测量获得的散乱“点云”数据,并拟合曲线及曲面,进行相应的编辑修改等,使之达到精度要求;并在 UG 软件中进行产品完整曲面模型的生成以及实体化,最后生成不规则外形曲面的全部特征并得到完整产品零件模型后再生成注塑模具。结果表明,利用逆向工程技术进行产品快速逆向设计是有效的、可行的。而且此方法可以大大提高模具设计效率,降低产品开发成本。本文根据逆向模具设计的流程,分四个模块重点介绍逆向模具设计的过程,并结合工件实例介绍逆向模具设计的方法、操作、技巧以及应用,本说明书共分 6 章,具体内容安排如下。第 1 章作为绪论,介绍逆向工程的概述,目前发展状况,以及本文的研究内容和意义。通过本章的学习可以对逆向工程做一个大体的了解。第 2 章介绍产品表面坐标的测量,逆向工程的基础就是完整的点云数据,通过本章可以了解点云数据的测量方法以及所用测量设备的发展。以及重点介绍本次所用测量设备 ATOS 扫描仪的结构及工作原理。第 3 章介绍点云的处理方法,包括点云的对齐定位,噪声点的去除,数据的平顺和优化。介绍曲线重构和曲面重构的原理。第 4 章介绍 surfacer 软件常用功能命令,结合实例介绍点数据处理,曲线拟合,曲面重建的具体操作方法。南昌航空大学科技学院学士学位论文2第 5 章对 UG 软件做简单介绍并利用 UG 实体建模模块结合实例介绍曲面抽够实体的具体方法。第 6 章介绍 UG 软件的 Moldwizard 4.0 注塑模具向导模块,并详细介绍生成工件注塑模具的具体方法。本次设计说明书结合 Surfacer 和 UG 的优势重构过渡面,Sufracer 在点云数据处理、曲线构建和曲面构建有较强的优势,但在 UG 中生成过渡面的效果明显要好一些,本文结合 Surfacer 和 UG 三维造形和设计处理软件,根据优势互补原则实现曲面重构,在控制精度的前题下,使最后输出的曲面模型很好的满足了设计要求.构建出比较光滑的过渡面。填补在 UG 和 Sufracer 中均可构建,但通常都会出现明显接痕或过渡不自然等现象,此设计方法必将推动模具事业的进一步发展。本设计说明书在各位来时的指导些独立完成,在此对提供帮助的所有人表示感谢。南昌航空大学科技学院学士学位论文31 绪论1.1 逆向工程概述21 世纪的设计和制造不但要面向集成化智能化标准化柔性化而且要实现并行化、分布化、网络化、虚拟化,而这一切的基础是信息的数字化。完成设计信息数字化建模的计算机辅助设计(CAD)作为一项重要的单元技术发挥着基础与核心的作用。可以说,随着参数化特征造型技术的发展,目前一般的用于正向设计的机械 CADC/AM得到了很好的解决。但在许多特殊领域,利用普通的造型手段往往难以很好的解决问题,因而迫切需要造型方法、设计手段的丰富和发展。例如,在汽车工业,新车型的外形设计仍然经常要制作全尺寸的木质或薪土模型,因为要在二维的尺寸大大缩小了的计算机屏幕上完成这样高要求的三维复杂外形设计是非常困难的。当实物模型制作好以后,就需要根据实物建立其数字化模型。模具快速制造、三维服装设计、玩具设计、电影特技动画制作、艺术制作、动植物模拟、医疗诊断、人体器官复制、地理地形测量与数字化再现等也都给设计和造型手段提出了新的课题和挑战,但同时也为几何造型技术提供了更广阔的发展空间。逆向工程是数字化与快速响应制造大趋势下的一项重要技术,是 CAD 领域中的一个相对独立的范畴。目前有关逆向工程的研究和应用大多数针对实物模型的几何形状的反求,在这个意义下,逆向工程是根据已有实物模型的坐标测量数据,重新建立实物的数字化模型,而后进行分析、修改、快速原型制造和数控加工等。这里的实物模型可以是机械产品、人体、动植物、艺术品、地形地貌等等。通过实物模型产生其数字化模型,可以充分利用数字化的优势,提高设计、制造、分析的质量和效率,并适应智能化、集成化、并行化、网络化的产品设计制造过程中的信息存储与交换。逆向工程将现代坐标测量设备作为产品设计的前置输入装置和原型或产品制造后的检测手段,与快速原型制造、CAD/CAM 相结合并形成产品设计制造的闭环系统,将有效提高产品的快速响应能力,丰富几何造型方法和产品设计手段,其关键技术可用于其他许多领域,从而拓宽计算机辅助建模的应用领域。逆向工程的应用可以归纳为以下几个方面: 【10】(1)由于种种原因,有时在只有样件,没有样件图形文档的情况下需要对样件进行有限元分析、备件加工、模具制造或者需对样件进行修改,考察修改后的样件与其他零件之间的装配协调性等等,这都需要利用逆向工程的手段将实物模型转化为CAD 模型从而提高设计制造的自动化程度。南昌航空大学科技学院学士学位论文4(2)在汽车外形设计、玩具设计、艺术品造型等复杂而且对外形美学要求较高的产品设计中,用目前普通的 CAD 软件,还很难满足形状设计的要求,一般要首先制作实物模型,然后通过测量设备输入到计算机辅助系统中,以便进一步进行设计修改和后续的各种操作。(3)逆向工程在单件产品快速定制生产中也可以发挥其独到的作用。(4)在医学领域,利用层析 x 射线(ComputeriZedTomography,CT)及核磁共振(MagnetiCReSOnnaCemIgaing,MR 工)等设备采集病变部位的外形数据,然后进行三维数字化模型重建,可以为疾病的确定与诊断提供重要依据。另外,通过对患者骨骼、关节、牙床等的测量,建立相应的计算机模型,可以使假肢制造、牙齿镶复更加具有针对性,更符合具体患者的需求。(5)在地理信息领域,利用现代的卫星遥感测量技术,对大地遥测数据进行特征识别核建模,可以建立三维数字化真实感地形图,快速生成导弹目标的自适应跟踪轨迹等。利用声纳测量设备,可以获得海底及港口的地下形貌数据,利用几何模型重建技术,将十分有利于资源利用、海底作业、海上交通、港口建设等。(6)将逆向工程与快速原型制造(RPM)相结合,组成产品设计、制造、检测、修改的闭环系统,实现快速的测量、设计、制造、再测量修改的反复迭代,高效率完成产品的初始设计。将逆向工程与快速原型制造相结合,还可以将三维物体方便可靠地“读入” , “传输” ,并在异地重新生成,即实现所谓的“三维传真” 。(7)逆向工程的另一重要应用领域是计算机辅助检测。成品的精度检测是企业进行质量控制的重要手段,然而复杂形状产品的检验往往非常困难,需要大量的时间和人力。利用自动测量设备,可以快速采集到零件的大量数字化点,将这些坐标点读入计算机,就可以通过软件自动分析测量到的数据点与理论模拟的误差。分析结果可用报告形式输出,也可以在理论模型上绘制误差彩色云图(即用不同的颜色标识不同的误差值),使零件各个部位的制造精度一目了然。其中逆向工程应用流程图如下: 【4】南昌航空大学科技学院学士学位论文5产品样件数据采集系统RE 产 品建模系统CAD/CAM系统最终产品 RP 设备样品 评价修改PDM1.2 逆向工程及模具设计的发展现状逆向工程 RE(Revere Engineering) 也称为反求工程,是基于 NURBS 的曲线、曲面重构进行研究,以现代设计理论、方法、技术为基础,运用各类专业人员工程设计的经验、知识和创新思维,对已有新产品进行解剖、深化和再创造,是已有设计的再设计,是应用于产品开发和仿真制造的一种并行设计开发系统。逆向工程是机械设计与制造应用领域的一个重要分支,在产品设计和开发中利用逆向工程可以大地缩短产品的开发周期和开发费用。随着计算机技术在制造领域的广泛应用,特别是数字化测量技术的迅猛发展,基于测量数据的产品造型技术成为逆向工程技术关注的主要对象。逆向工程是从实物样件测得的数据,经过数据预处理、曲线/曲面拟合、实体模型重构等,关键技术,得到实物样件的三维 CAD 模型,继而将这些模型用于产品的分析和制造。根据逆向工程的技术流程,利用现有的软硬件设施,完成了零件及数据点的测量、数据处理、曲线/曲面重构和实体建模,探讨了利用逆向工程技术进行产品快速逆向设计的可行性。实现了由实体模型到数字化 CAD 模型的快速转换,能够得到高质量的工程 CAD 资料,便于设计、加工模具。逆向工程在模具行业应用的研究,必将推动模具制造业的进一步发展模具是生产各种工业产品的重要工艺装备,随着塑胶工业的迅速发展以及塑胶制品在航空、航天、电子、机械、船舶和汽
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