逆向工程技术课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,1,1,本章,学习目标,?,了解逆向工程的基本概念,?,了解逆向工程系统的组成和工作原理,?,了解逆向工程的应用实例,提高专业兴趣,?,了解逆向工程研究和应用的最新发展,重点：逆向工程的概念及工作原理,难点：快速模具的方法,2,本章 学习目标 ?了解逆向工程的基本概念 ?了解逆向工程系,学习内容,1.,逆向工程概述,2.,逆向工程系统组成及,工作原理,3.,逆向工程应用实例,4.,快速原型与快速模具,3,学习内容 1.逆向工程概述 2.逆向工程系统组成及工作原理,逆向工程,逆向工程（,Reverse Engineering,简称,RE,），又称反,求工程或逆向设计，是将已有产品模型（实物模型）,转化为工程设计模型和概念模型，并在此基础上进行,工程分析和再创新设计的一种方法和应用技术，可有,效提高产品的技术水平，缩短设计周期，增强产品竞,争力，是消化、吸收先进技术，进而创新和开发各种,新产品的重要手段。逆向工程作为吸收先进技术的一,种手段，使产品研制周期缩短百分之四十以上。掌握,逆向工程技术，对我国国民经济的发展、科学技术水,平的提高和企业快速响应市场能力的提升，具有重要,的工程意义。,4,逆向工程 逆向工程（Reverse Engineerin,1.,逆向工程概述,?,正向工程,?,逆向工程,?,逆向工程的关键技术,5,1.逆向工程概述 ?正向工程 ?逆向工程 ?逆向工程的关键,一般工业产品开发是从确定预期功能与规格目标开始，构思产品结,构，然后进行每个零部件的设计、制造以及检验，再经过装配、性能测,试等程序完成整个开发过程，每个零部件都有设计图纸，按确定的工艺,文件加工。这种开发模式称为预定模式（,prescriptive model,），此类开,发工作称为正向工程（,forward engineering,）或正向设计，产品正向开,发的流程如图,8-1,所示。,规格确定,设计,制造,检验,图,8,1,顺向工程开发流程图,正向工程,6,一般工业产品开发是从确定预期功能与规格目标开始,逆向工程,逆向工程通常是对某一实物样件或模型,（称为零件原型，如汽车的外形、鞋楦模等）,进行仿制。,7,逆向工程 逆向工程通常是对某一实物样件或模型（称为零,目前，针对已有样件（尤其是包含有复杂不规则自,由曲面的样件），可利用三维数字化测量仪器准确、快,速地测量出产品外形数据，在逆向软件中构建曲面模型，,再输入,CAD/CAM,系统进一步编辑、修改，由,CAM,生成,刀具,NC,代码（加工路径）送至数控机床（,CNC,）制作所,需模具，或者由快速成型机（,RP,）将样品模型制作出来，,其流程如图,8-2,所示。,图,8-2,逆向工程流程图,8,目前，针对已有样件（尤其是包含有复杂不规则自由曲面,逆向工程主要包括以下四个步骤：,（,1,）零件原型的数字化,（,2,）零件原型的特征识别与提取,（,3,）零件原型,CAD,模型的重建,（,4,）,CAD,模型的检验与修正,9,逆向工程主要包括以下四个步骤： （1）零件原型的数,逆向工程大致应用在以下几种情况：,（,1,）,许多使用粘土或泡沫模型代替,CAD,设计的情况，最,终需要运用逆向工程将这些实物模型转换为,CAD,模型。,（,2,）,外形设计师倾向使用产品的比例模型，以便于产品外形的美,学评价，最终可通过运用逆向工程技术将这些比例模型用数学模,型表达，通过比例运算得到美观的真实尺寸的,CAD,模型。,（,3,）,需要通过实验来最终确定零件的形状,，,10,逆向工程大致应用在以下几种情况： （1）许多使用粘土或泡沫模,（,4,）,艺术品、考古文物的复制。,（,5,）,人体中的骨头和关节等的复制、假肢制造。,（,6,）,特种服装、头盔的制造要以使用者的身体为原始,设计依据，此时，需首先建立人体的几何模型。,11,（4）艺术品、考古文物的复制。 （5）人体中的骨头和关节等的,（,7,）,在快速原型制造（,RPM,）中，逆向工程的最主要表现为：通过,逆向工程，可以方便地对快速原型制造的原形产品进行快速、准确的,测量，找出产品设计的不足，进行重新设计，经过反复多次迭代可使,产品完善。,逆向工程与传统正向设计制造过程是截然不同的设,计流程。逆向工程中，按照现有的零件原型进行设计生,产，零件具有的几何特征与技术要求都包含在原型中，,而正向设计是根据零件最终所承担的功能以及各方面的,影响因素进行从无到有的设计。因此，从概念设计出发,到最终形成,CAD,模型的传统设计是一个确定的明晰过程，,而通过对现有零件原型数字化后再形成,CAD,模型的逆向,工程是一个推理、反复逼近的过程，具有功能导向、描,述模式、系统仿造等特性。,12,（7）在快速原型制造（RPM）中，逆向工程的最主要表现为：通,逆向工程的关键技术,零件的数字化和计算机,辅助反向建模（,Computer,Aided Reverse Modeling,，,简称,CARM,）是逆向工程的,两项关键技术。,13,逆向工程的关键技术 零件的数字化和计算机辅助反,2.,逆向工程系统及工作原理,?,逆向工程系统组成,?,逆向工程的测量技术,?,测量数据预处理技术,?,模型重建技术,?,逆向工程软件,14,2.逆向工程系统及工作原理 ?逆向工程系统组成 ?逆向工程的,逆向工程系统组成,（,1,）测量测头,分接触式和非接触式,（,2,）测量机,有三坐标测量机、多轴关节式机械臂及激光追踪,站等。,（,3,）数据处理软件,（,4,）模型重建软件,(CAD/CAM),模型重建软件包括三类，一是,用于正向设计的,CAD/CAE/CAM,软件，但数据处理和逆向造型,功能有限；二是集成有逆向功能模块的正向,CAD/CAE/CAM,软,件；三是专用产品数据管理（,PDM,）等软件,15,逆向工程系统组成 （1）测量测头 分接触式和非接触式 （2）,（,5,）,CAE,软件,（,6,）数控加工设备,（,7,）快速原型机,（,8,）产品批量生产设备,16,（5）CAE软件 （6）数控加工设备 （7）快速原型机,逆向工程的测量技术,1,测量方式,2,测量设备,3,接触式测头及工作原理,4,非接触式测头及其工作原理,在产品开发中，采用逆,向工程方式处理的产品往往,具有尺寸不易掌握的特性，,如自由曲面的外观造型等。,因此，逆向工程的首要任务,就是取得所需的点数据，用,于后续的模型构建。现介绍,逆向工程的数据测量技术。,17,逆向工程的测量技术 1测量方式 2测量设备 3接触式测,测量方式,逆向工程多用三维立体测量，具体有：接触式测,量与非接触式测量。,（,1,）接触式测量,接触式测量的优点有：,接触式测量不受样件表面的,反射特性,、,颜色及曲率,影,响，配合测量软件，可快速准确地测量出物体的基本几何,形状，如面、圆柱、圆锥、圆球等。接触式测量的机械结,构及电子系统已相当成熟，有较高的准确性和可靠性。,18,测量方式 逆向工程多用三维立体测量，具体有：接触式,接触式测量的缺点有：,确定测量,基准点,而使用特殊的夹具，测量费用较高。,测量系统的支撑结构存在静态及动态误差。,检测某些轮廓时，可能会有先天的限制。,以逐点进出方式进行测量，测量速度慢。,测头尖端部分与被测件之间发生局部变形影响测量,值的实际读数。,不当的操作容易损害样件,也会使测头磨耗、损坏。,19,接触式测量的缺点有： 确定测量基准点而使用特殊的夹,（,2,）非接触式测量,非接触光学测量有如下优点：,没有测量力,测量速度和采样频率较高,。,不必进行测头半径的补偿。,不少光学测头具有大的量程。,同时探测的信息丰富,。,21,（2）非接触式测量 非接触光学测量有如下优点： 没有测量,但非接触式测量也还存在一些缺点：,测量精度较差。,使用,CCD,作探测器时，成像镜,头的焦距会影响测量精度。,非接触式测头是接收工件表面的反射光或散射光，测,量结果易受环境光线及工件表面的反射特性的影响，噪声,较高，噪声信号的处理比较麻烦。,22,但非接触式测量也还存在一些缺点： 测量精度较差。 ,表,8-1,激光扫描非接触测量和三坐标测量机接触测量的技术特点比较,激光扫描仪,三坐标测量机,测量方式,非接触式,接触式,测量精度,10,100 m,1 m,传感器,光电接收器件,开关器件,测量速度,l000,12000,点秒,人工控制（较慢）,前置作业,通常表面需喷漆，无基准点,设定坐标系统，校正基准面,工件材质,无限定,硬质材质,测量死角,光学阴影处及光学焦距变化处,工件内部不易测量,误差,随曲面变化大,部分失真,优点,测量速度快，曲面数据获取容易；,不必做测头半径补偿；,可测量柔软、易碎、不可接触、薄件,、皮毛、变形细小等工件；,无接触力，不会伤害精密表面。,精度较高；,可直接测量工件的特定几何特征。,缺点,测量精度较差，无法判别特定几何特,征；,陡峭面不易测量，激光无法照射到的,地方亦无法测量；,工件表面与测头表面不垂直，则测得,的误差变大；,工件表面的明暗程度会影响测量的精,度。,需逐点测量，速度慢；,测量前需做半径补偿；,接触力大小会影响测量值；,接触力会造成工件及测头表面磨耗,，影响光滑度；,倾斜面测量时，不易补偿半径，精,度低；,测量工件内部时，形状尺寸会影响,测量值。,23,表8-1 激光扫描非接触测量和三坐标测量机接触测量的技术特点,2,测量设备,（,1,）坐标测量机,坐标测量机（,Coordinate Measuring Machine,，简,称,CMM,）,是一种精密的三坐标测量仪器，三坐标测,量机可分为主机、测头、电气系统三大部分。,图,8-4,三坐标测量机的组成,24,2测量设备 （1）坐标测量机 坐标测量机（Coo,图,8-5,三坐标测量机的主机结构,25,图8-5 三坐标测量机的主机结构 25,CMM,是典型的接触式测量系统，一般采用触发式接触测,量头，一次采样只能获取一个点的三维坐标,值。,使用,CMM,时必须设定较多参数。一般来说，扫描方向与模型陡峭面,成正交为佳。由于工件表面形状不一，故常常要将工件分成不同的区,域，使用不同的参数扫描。若测量复杂形状的工件，则比较耗时。,CMM,主要优点是测量精度高，适应性强，但一般接触式测,头测量效率低，而且对一些软质表面无法进行测量。,26,CMM是典型的接触式测量系统，一般采用触发式接触测量头,（,2,）多轴关节式机械臂,机械臂（,Robot,）也属于接触式测量仪,。,这种测量机几,乎不受方向限制，可在工作空间做任意方向的测量。精度,不高为其主要缺点，一般常用于大型钣金件模具的逆向工,程测量。,（,3,）激光扫描测量仪,激光扫描测量仪用于非接触式测量,。,四自由度激光扫,描测量仪工作台具有线性位移及旋转的功能，可带动,CC,D,测头做逐线扫描，并配合工件的旋转完成多角度扫描的,功能，基本上只要决定点的密度、扫描范围即可，若遇,到不感光或是全反射的表面，则必须喷漆或另外处理。,27,（2）多轴关节式机械臂 机械臂（Robot）也,（,4,）激光跟踪测量系统,激光跟踪测量系统属,球坐标式测量仪器,，工作,原理如图,8-6,所示。此类设,备较适合做大型物体轮廓,的测量，如飞机或汽车外,型等。,图,8-6,激光跟踪仪原理图,28,（4）激光跟踪测量系统 激光跟踪测量系统属球,3,接触式测头及工作原理,硬式测头（,Hard Probe,或,Mechanical Probe,）、触发式测,头（,Touch Trigger Probe,）及模拟式测头（,Analog Probe,）,等三种。,图,8-7,接触式测头工作原理,(a),硬式测头,(b),触发式测头,(c),模拟式测头,29,3接触式测头及工作原理 硬式测头（Hard Prob,（,1,）硬式测头,硬式测头即,机械测头,，硬测头多用于精度要求不太高的小型测,量机中，成本较低、操作简单。,（,2,）触发式测头,触发式测头采用,电子开,关机构,，,触发信号由电,子开关控制，其重复性、,准确性均较高，可达l,m,以内，不受人为因素,影响,.,图,8-8,三点触发式探头,30,（1）硬式测头 硬式测头即机械测头，硬测头多,（,3,）模拟式测头,模拟式测头接触工件时会有侧向位移，光,栅尺被感应，产生电压变化，此模拟电压信号,转换成数字信号送入处理器记录下来，这种测,量方式称为模拟式测量。,31,（3）模拟式测头 模拟式测头接触工件时会有侧,图,8-9 Zeiss,三维电感测头,32,图8-9 Zeiss三维电感测头 32,4,非接触式测头及其工作原理,非接触式测头一般用于不规则曲面的测量。非接触,式测主要以光学测头为主，随着光电子技术的发展，光,学测头已经是探测技术的一个重要发展方向。,?,光学测头一般是基于三角法测量原理。,33,4非接触式测头及其工作原理 非接,图,8-10,非接触式三角法测量模式,（,a,）点测量,（,b,）线测量,（,c,）面测量,34,图8-10 非接触式三角法测量模式 （a）点测量 （b）线测,（,1,）三角法位移测量原理,单点式激光三角法测量有直射式和斜射式两种结,构。则被测面的位移,x,为：,sin,cos,ax,x,b,x,?,?,?,?,?,?,式中：,a,激光束光轴和接收透镜光轴的交点到接收,透镜前主面的距离；,b,激光束光轴与接收透镜光轴之间的夹角。,?,接收透镜后主面到成像面中心点的距离；,35,（1）三角法位移测量原理 单点式激光三角法测量有直射,(a),直射式结构,(b),斜射式结构,图,8,11,三角法测量原理图,1,激光器；,2,汇聚透镜；,3,被测表面；,4,接收透镜；,5,光电探测器,36,(a)直射式结构,图,8-11(b),所示为斜射式三角测量原理图。激光器发出的光和被测,面的法线成一定角度照射在被测面上，同样用接收透镜接收光点在被测,面的散射光或反射光，若光点成像在探测器敏感面上移动,x,，则物体表,面沿法线方向的移动距离,x,为：,1,1,2,1,2,cos,sin(,),cos(,),ax,x,b,x,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,（,8-2,）,(8-2),式中,1,?,2,?,激光束光轴和被测面法线的夹角；,成像透镜光轴和被测面法线的夹角,。,37,图8-11(b)所示为斜射式三角测量原理,直射式和斜射式相比各有特点：,斜射式可接收来自被测物体的正反射光。直射式由于,其接收散射光的特点，适合于测量散射性能好的表面,。,斜射式入射光点照射在物体不同的点上，因而无法知道,被测物体某点的位移情况，而直射式却可以。,斜射式传感器分辨力高于直射式，但它测量范围小、,体积大。,38,直射式和斜射式相比各有特点： 斜射式可接收来自被测物体的,（,2,）视觉测量基本原理,图,8-12,线结构光测量物体表面轮廓结构示意图,39,（2）视觉测量基本原理 图8-12 线结构光测量物体表面轮廓,（,3,）立体视觉测量技术,立体视觉测量是根据同一个三维空间点在,不同空间位置的两个（或多个）摄象机拍摄的,图像中的视差，以及摄象机之间位置的空间几,何关系来获取该点的三维坐标值。立体视觉测,量面临的最大困难是,空间特征点在多幅数,字图象中提取与匹配的精度与准确性,等问题,。,40,（3）立体视觉测量技术 立体视觉测量是根据,产品外形数据是通过坐标测量仪,来获取的，一方面，无论是接触式的数,控测量机还是非接触式的激光扫描机，,不可避免地会引入数据误差，,尤其是,尖锐边和产品边界附近的测量数据，测,量数据中的坏点，可能使该点及其周围,的曲面片偏离原曲面。同时由于实物几,何和测量手段的制约，在数据测量时，,会存在部分测量盲区和缺口，给后续的,造型带来影响。所以需要对测量数据进,行平滑处理、不同方位测量的多视数据,进行对齐定位、不同特征区域的数据进,行分割。,测量数据预处理技术,1,数据平滑,2,多视数据对齐定位,3,数据分割,41,产品外形数据是通过坐标测量仪来获取的，一,1,数据平滑,数据平滑的目的是消除测量噪声，以得到精确的,模型和好的特征提取效果,。,图,8-13,三种常用的滤波方法,42,1数据平滑 数据平滑的目的是消除测量噪声，,2,多视数据对齐定位,在逆向工程实际过程中，对实物样件进行数字化时，往往不能,在同一坐标系下将产品的几何数据一次测出。得到的数据为多次测,量数据。,对激光扫描测量，需要从不同的角度对样件的各个面，,以及样件局部进行放大扫描，以获取样件的多视点云。通,常为处理方便，将两种情况的数据都称为,多视数据或点云,，,由于在几何模型构建时必须将这些不同坐标系下的多视数,据变换或统一到同一个坐标系中，这个数据处理过程称为,多视数据的对齐,(Registration),，或数据拼合、重定位等,。,43,2多视数据对齐定位 在逆向工程实际过程,3,数据分割,数据,分割是根据组成实物外形曲面的子曲面的类型，将,属于同一子曲面类型的数据成组，,数据分割方法分为基于,测量的分割和自动分割,两种方法。,测量的分割,:,适合于曲面特征比较明显的实物外形,和接触式测量，操作者的水平和经验对结果将产生直接,影响。,自动分割,:,基于边,基于面。,44,3数据分割 数据分割是根据组成实物外形曲,模型重建技术,在逆向工程中，实物的三,维,CAD,模型重建是整个过程最,关键、最复杂的一个环节，因,为后续的产品加工制造、快速,原型制造、虚拟制造仿真、工,程分析和产品的再设计等应用,都需要,CAD,数学模型的支持，,这些应用都不同程度地要求重,建的,CAD,模型能准确的还原实,物样件，所以点数据的处理、,曲面的构建方式以及完整的修,编和分析等功能，是逆向工程,曲面模型重建相当重要的部分,。,1,曲线拟合造型,2,曲面拟合造型,3,曲面编辑,4,点数据网格化,5,模型精度的评价,45,模型重建技术 在逆向工程中，实物的三维,曲线拟合造型,图,8-14,基于曲线的模型重建过程,(1),曲线拟合（插值与逼近）,图,8-15,曲线插值过程,逼近,:,最小二乘法,46,曲线拟合造型 图8-14 基于曲线的模型重建过程 (1),(2),曲线修编,对曲线进行修形操作，,:,修补由于测量数据的不完整带,来的拟合曲线缺陷,;,具有完整、连续、光滑的特点，以保,证生成曲面的光顺性。,(3),基于曲线的曲面重建,在曲线造型完成后，可以通过不同曲面造型方法，,进行曲面模型的重建工作，主要的曲面造型方式有：边,界曲线、,N,边曲面、平行曲面、扫掠、混合、旋转、拉,伸（,Extend,）和直纹面等。,47,(2) 曲线修编 对曲线进行修形操作，:修补由于测,曲面拟合造型,直接对测量数据点进行曲面片拟合，获得曲面片,后，经过过渡、混合、连接形成最终的曲面模型,，,曲面直接拟合造型既可以处理有序点，也能处理点,云数据。,48,曲面拟合造型 直接对测量数据点进行曲面片拟合，,3,曲面编辑,曲面延伸、曲面修剪、曲面参数重新定义等,，,4,点数据网格化,模型多采用曲面表示，造型系统也多为曲面造型,系统,。但在曲面转换为实体时，常常会出现一些问题。,网格化实体模型表示物体形状能实现计算的自动化和少,的冗余,49,3曲面编辑 曲面延伸、曲面修剪、曲面参数重,5,模型精度的评价,（,1,）模型精度评价指标,整体指标,;,局部指标。,量化指标和非量化指标。,（,2,）模型精度评价方法,高斯曲率,(Guassian Curvature),、截面曲率,(Section,Curvature),、切矢,(Slope ),、双向曲率（,Porcupine),、法,向矢量,(Normals),。,50,5模型精度的评价 （1）模型精度评价指标 整体指标;局部,曲面的连续性大致分为位置连续、切线连续与曲率连续。,位置连续（,0,阶连续）,切线连续（,1,阶连续）,曲率连续（,2,阶连续）,51,曲面的连续性大致分为位置连续、切线连续与曲率连续。 位置连续,逆向工程软件,专业的逆向工程软件,:,英国,DelCAM,公司产品,CopyCAD,、美,国,Imageware,公司的,Surfacer,、美国,Raindrop,公司的,Geomagic,、英,国,MDTV,公司的,STRIM,。,CAD/CAM,集成系统中也开始集成了类似功能模块，如,Pro/Eng,ineer,中的,Pro/Scantools,和,ICEM Surf,模块、,UG,中的,Point,Cloud,功能、,Cimatron,中的,Reverse Engineering,功能模块等，,这些系统可以接受有序点，也可以接受点云数据，极大地方便了设计,人员，但与专业的逆向工程软件相比，它们的功能相当有限。,52,逆向工程软件 专业的逆向工程软件:英国DelCA,逆向工程应用实例,为满足人们使用要求，鼠标的设,计越来越注重人体工学，外形由,简单的几何造型向复杂的自由曲,面变化。以下通过综合应用,Ploy,Works5.1,、,Surfacer10,、,IDEAS,以,及,Pro/E,等软件对鼠标进行造型的,实例，介绍逆向设计工作过程。,1,获取表面点数据,2,测量数据预处理,3,曲线拟合,4,曲面构建,5,曲面编辑,6,曲面检测,7,三维曲面建立,8,快速原型加工,53,逆向工程应用实例 为满足人们使用要求，鼠标的设计越来越注重,1,获取表面点数据,图,8-18,非接触激光扫描仪量测鼠标,54,1获取表面点数据 图8-18 非接触激光扫描仪量测鼠标 5,2,测量数据预处理,测量数据的预处理包括：,测量数据的拼合、噪声点清除、,坐标校正、截面数据点获取、数据点重新取样、截面,数据点重新排序,等步骤，以下是将数据导入,Surfacer10,软件完,成此项工作的过程。,（,1,）点数据的拼合,一种方法是选取欲拼合的点群数据中数据重,叠的部分,。,另一种是,利用基本像素实现定位。,55,2测量数据预处理 测量数据的预处理包括：测,图,8-19,完整嵌合的点资料模型,56,图8-19 完整嵌合的点资料模型 56,（,2,）噪声点清除,如,夹具的点数据，或其他,如工件表面粗糙度影响,。,图,8-20,删除周围杂点资料,57,（2）噪声点清除 如夹具的点数据，或其他如工件表面,（,3,）点云坐标校正,量测过程中，,为了扫描的方便，,或避免干扰激光,扫描和,CCD,接,收数据，通常点,云不会与标准坐,标系对齐。为方,便后续工作，需,要运用,Surfacer,软件的定位功能,进行点云坐标校,正。经调整的点,云位置如图,8-21,所示。,图,8-21,校正后的点云,58,（3）点云坐标校正 量测过程中，为了扫描的方便,（,4,）截面数据点获取,建构曲面的曲线可以用截面方式指定平面法向量与间隔，将所需,的截面点数据提取出来，截面可以用,平行、圆形、放射状、,沿轮廓线,等方式选取。本例沿,Z,轴方向共平行切割,30,个截面，如,图,8-22,所示。,图,8-22,点云截面,59,（4）截面数据点获取 建构曲面的曲线可以用截面方式指,（,5,）点数据修补,鼠标样件由于表面某些区域缺陷（凹陷）或表面分模线沟槽，,使得激光扫描结果出现局部破损，需要进行插值修补，图,8-23,所示,为软件插值修补前后对比。,图,8-23,点云修补前后（局部放大）,60,（5）点数据修补 鼠标样件由于表面某些区域缺,（,6,）截面数据点重新排序,图,8-24,截面数据点重新排序,61,（6）截面数据点重新排序 图8-24 截面数据点重新排序 6,3,曲线拟合,通过设定控制点数目和曲线平滑值，软件自动进,行曲线拟合，如图,8-25,所示。,图,8-25,曲线拟合,62,3曲线拟合 通过设定控制点数目和曲线平滑值，软件自,4,曲面构建,以前面生成的曲线为基础即可构建出如图,8-26,所示,的举升曲面。,图,8-26,构建举升曲面,63,4曲面构建 以前面生成的曲线为基础即可构建出如图8,5,曲面编辑,举升方式生成的曲面，通常在头尾两端会因截面资料不足，致使曲面,描述不完整，这时可以根据原始点云数据，另建边界曲线，再一次构建,举升曲面并与原始曲面拼合形成单一曲面。若曲线间误差太大，曲面可,能会形成皱褶等不平滑情形，可以通过,调整曲面的控制点或直接,调整曲面的网格加以编辑,，如图,8-27,所示。完成编辑后的曲面如,图,8-28,所示。,(a),调整曲面的控,制点,(b),调整曲面的网格,图,8-27,调整曲面,64,5曲面编辑 举升方式生成的曲面，通常在头尾两端会因,图,8-28,完整的曲面,6,曲面检测,利用曲率可分析了解曲面光顺状况，评,估曲面品质好坏。图,8-29,利用高斯曲率,分析，绿色表示平滑，部分区域出现红,色或黄色说明该区域曲率变化大。若曲,面某区域不光顺，则回上一步进行局部,调整。,图,8-29,利用高斯曲率检测曲面平滑,度,65,图8-28 完整的曲面 6曲面检测 利用曲率可分析,7,三维曲面建立,将建好的曲面存为,IGES,格式，转入,CAD/CAM,一体化软件进一步编,辑曲面模型。图,8-30,所示为,IDEAS,软件读入,IGES,格式的曲面模型。图,8,-31,所示为根据曲面模型建立的三维实体模型。,图,8-30,IDEAS,软件读入,IGES,格式的曲面模型,图,8-31,三维实体模型,66,7三维曲面建立 将建好的曲面存为IGES格式，转入,8,快速原型加工,将模型存为,STL,格式即可输入快速原型机加工，得到实体模型，如,图,8-32,所示。当然，模型也可以用于进一步分析（,CAE,），或将模型确,定后直接用于开发模具。,图,8-32,快速原型加工,67,8快速原型加工 将模型存为STL格式即可输入快速,快速原型与快速模具,1.,快速原型的基本原理,2,.,快速原型的主要工艺方法,3,.,快速成型法的特点,4,.,快速模具,68,快速原型与快速模具 1.快速原型的基本原理 2.快速原型的,快速原型与快速模具,快速原型制造（,Rapid Prototyping Manufacturing,简称,RPM,）又称为,快速出样件技术或快速成型法,与传统,去除材料的加工方法不同，它是采用材料累加的方法逐,层制作,.,快速成型技术是一个由三维转换成二维（软件离散,化），再由二维到三维（材料堆积）的工作过程,。,69,快速原型与快速模具 快速原型制造（Rapi,图,8-33,所示为逆向工程和快速模具应用于产品开发的过程。,图,8-33,逆向工程、快速原型和快速模具开发产,品,70,图8-33所示为逆向工程和快速模具应用于产品开发的过程。 图,原,型,概,念,设,计,CAD,设,计,数据采集,逆向获取,C,A,D,模,型,模,型,分,层,层,面,信,息,处,理,层,面,加,工,与,粘,结,层,层,堆,积,原,型,或,零,件,图,8-34,快速原型制造流程图,71,原型概念设计 CAD设计 数据采集 逆向获取 CAD模型,快速原型的主要工艺方法,?,迄今为止，国内,外已成功开发了,10,多种成熟的快,速原型工艺，其,中比较常用的有,以下几种：,72,快速原型的主要工艺方法 ?迄今为止，国内外已成功开发了10多,（,1,）,光固化成型,（,Stereo Lithography Apparatus,简称,SLA,）。,图,8-35,LSA,快速成形技术工作原理,73,（1）光固化成型（Stereo Lithography Ap,（,2,）,层合实体,制造（,Laminated Object Manufacturing,简称,LOM,）。,（,3,）,选域激光烧结,成型（,Selective Laser Sintering,简称,SLS,）。,（,4,）,熔融沉积,造型（,Fused Deposition Modeling,简称,FDM,）。,（,5,）,三维喷涂,粘结,(Three Dimensional Printing,and Gluing),74,（2）层合实体制造（Laminated Object Man,快速成型法的特点,快速成型法具有下列特点：,（,1,）,系统柔性高。,（,2,）,能加工成型工件的形状几乎没有限制，其零,件的复杂程度与制造成本关系不大。,（,3,）,具有广泛的材料适应性，没有或极少废弃材料，,是一种环保型制造技术。,75,快速成型法的特点 快速成型法具有下列特点： （1）系统柔性高,几种典型快速原型工艺特点及常用材料见表,8-2,。,表,8-2,几种典型的快速原型制造技术特点及常用材料,成型方法,成型速度,原型精,度,制造过程,制造大小,使用材料,立体印刷成型,较快,较高,中等,中、小件,热固性光敏材料,层合实体制造,快,低,简单或中,等,中、大件,纸、金属箔带、塑,料膜,选域激光烧结,较慢,较低,复杂,中、小件,石蜡、塑料、金属、,陶瓷等粉末,熔融沉积造型,较慢,较低,中等,中、小件,石蜡、塑料、低熔,点金属,76,几种典型快速原型工艺特点及常用材料见表8-2。 表8-2几种,快速模具,快速模具,(Rapid Tooling,简称,RT),技术,是指利用快速原型,技术制造快速模具。而快速模具技术提供了一条从模具的,CAD,模型直,接制造模具的新的概念和方法。它将模具的概念设计和加工工艺集成在,一个,CAD/CAM,系统内。,RT,技术结合各种计算机模拟与分析手段，形,成了一整套全新的模具设计与制造系统。,RT,技术能够解决大量传统加,工方法,(,如切削加工,),难以解决甚至不能解决的问题，可以获得一般切削,加工不能获得的复杂形状，可以根据,CAD,模型无需数控切削加工直接,将复杂的型腔曲面制造出来。,77,快速模具 快速模具(Rapid To,创新产品设计,快速成形,母,模,原,型,硅橡胶模,过渡模,生产模,试,制,征求意见,修改设计,中小批量生产,大批量生产,78,创新产品设计 快速成形 母 模 原 型 硅橡胶模 过渡模,快速模具的分类,快速试制,用软模具,室温硫化,硅橡胶软模（,RTV,）,模具寿命：,10,?,30,次,高温硫化,硅橡胶软模（,HCV,）,模具寿命：,200,?,500,次,快速,过渡模具,25-1000,件,铝填充的环氧树脂模,(,CAFE,),树脂壳,-,铝填充环氧树脂背衬模,(,DAIM,),激光烧结低碳钢,-,渗铜模,(,RapidTool,),低熔点合金模,(,Kirksite,),电弧金属,/,等离子喷镀背衬模,纤维增强聚合物压制模,(,SwifTool,),快速批量,生产模具,10000-,1000000,件,用快速成形件直接作铸造木模的替代模,直接烧结树脂砂型,电铸镍,/,铜壳,-,陶瓷背衬模,(NCC),气相沉积镍壳,-,背衬模,(NVD),电弧金属,/,等离子喷镀背衬模,烧结工具钢,/,碳化钨,-,渗铜模,(3D Keltool),直接金属激光液相烧结模,(DMLS),熔模铸造金属模（直接烧结的陶瓷模等）,直接金属喷镀模,(DMD),79,快速模具的分类 快速试制 用软模具 室温硫,快速制模方法大致有,间接制模法和金属直接制模法,两种。,间接制模法生产出来的模具一般分为,软质模具和硬质模具,两大类。,软质模具用于新产品开发过程中的产品功能检测和投,入市场试运行。目前提出的软质模具制造方法主要有树脂,浇注法、金属喷涂法、电铸法、,硅橡胶浇注,法等。,80,快速制模方法大致有间接制模法和金属直接制模法两种。,软质模具生产制品的数量一般为,50,5000,件，对于上万件,乃至几十万件的产品，仍然需要硬质模具（钢质模具），利用,RP,原型制作钢质模具的主要方法有,熔模铸造法,、电火花加工,法、陶瓷型精密铸造法等。,81,软质模具生产制品的数量一般为50500,基于逆向工程的模具制造的,CAD,模型是来自实物或样,件模型，通过数字化扫描和三维重建获得，根据多种数据,来源,(,三维测量、图像、,CT,等,),重构出实物的,CAD,模型，然,后转换成,STL,文件和,NC,代码。,82,基于逆向工程的模具制造的CAD模型是来自实物或样件,