逆向工程技術(shù)及其在模具設(shè)計制造中的運用

吳治明 任紅星

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 陜西省西安市 710300）

隨著我國制造行業(yè)的不斷發(fā)展，逆向工程技術(shù)作為新型的技術(shù)手段，在實踐中不僅僅可以減少設(shè)計制造時間，也可以有效地提升模具質(zhì)量，達到提升整體經(jīng)濟效益的目的。在制造企業(yè)中最為關(guān)鍵的就是強化技術(shù)研究分析，逆向工程技術(shù)在模具生產(chǎn)設(shè)計中合理應(yīng)用可以有效提升模具質(zhì)量。

1 逆向工程技術(shù)

在人們生活水平不斷提升過程中，現(xiàn)代化工藝產(chǎn)品更新?lián)Q代速度越來越快，產(chǎn)品的功能呈現(xiàn)多樣化的發(fā)展趨勢。也就要求在模具制造中要做到速度快、質(zhì)量好、更新快。而傳統(tǒng)的模具設(shè)計制造無法滿足客戶的需求，通過現(xiàn)代化模具制造技術(shù)進行處理，通過三維掃描逆向技術(shù)可以有效地滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的實際需求。

逆向工程技術(shù)也稱之為反向工程技術(shù)，反向工程技術(shù)等等，就是基于工程塑件實物基礎(chǔ)之上，通過三維掃描技術(shù)進行處理，獲得三維點云數(shù)據(jù)信息，利用逆向的工程軟件進行模型處理以及設(shè)計，最終獲得工程塑件的各項模型參數(shù)信息。

2 逆向工程技術(shù)及其在模具設(shè)計分析

2.1 集成軟件應(yīng)用

（1）CAD集成軟件主與逆向工程技術(shù)的融合，可以將數(shù)字化點輸入系統(tǒng)中，通過系統(tǒng)進行處理，分析各項數(shù)據(jù)信息變化，在將獲得的信息輸入在其中。

（2）構(gòu)造模型特征結(jié)構(gòu)，做好二次曲面劃分處理。

（3）通過在相關(guān)點數(shù)據(jù)之上建立模型，提升實物模型的清晰度。

（4）制造模具，對模具進行合理處理分析。

2.2 三維數(shù)據(jù)收集處理

三維數(shù)據(jù)收集主要就是通過三維激光掃描系統(tǒng)進行處理，通過對系統(tǒng)中各項標記以及數(shù)據(jù)信息進行全面掃描分析，整合各項信息數(shù)據(jù)對其進行科學的合并處理。在進行信息掃描階段要利用自定位基礎(chǔ)充分保障測量精準度，將精度控制在0.1～0.5mm毫米中，利用十字激光技術(shù)掃描合并之后的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生三角面。為了保障數(shù)據(jù)可靠穩(wěn)定，就要通過STL的方式進行數(shù)據(jù)輸出處理。

2.3 零件實物集合建模

通過逆行工程設(shè)計進行分析處理零件實物是關(guān)鍵內(nèi)容。此種方式就是三維數(shù)據(jù)處理過程，通過將獲得的數(shù)據(jù)信息以及數(shù)據(jù)特征進行整合處理，分析模型曲面以及連接位置的光滑程度，分析模型以及實物零件的連接位置是否吻合。

3 逆向工程技術(shù)及其在模具實施步驟

3.1 采集點云數(shù)據(jù)

利用三維掃描技術(shù)進行處理是基礎(chǔ)的逆向設(shè)計方式，利用三維掃描的方式提取原始點云數(shù)據(jù)信息，將其作為設(shè)計處理的依據(jù)參數(shù)。點云數(shù)據(jù)真實性是影響逆向建模的關(guān)鍵參數(shù)。利用三維掃描分析點云數(shù)據(jù)信息，在測量中通過接觸、非接觸的方式進行處理。例如，進行近甲醇泵殼體測量中利用非接觸的方式進行測量分析，通過EXASCAN手持式三維掃描儀進行處理，應(yīng)用便捷，可以集合影

響以激光結(jié)合的方式進行處理，可以將測量精度確定在0.04毫米，分辨率為0.05毫米。掃描中噴涂顯影劑，然后進行掃描。

3.2 處理點云數(shù)據(jù)

通過三維技術(shù)進行掃描處理獲得大量點云信息數(shù)據(jù)，將其作為三維坐標點。因為掃描設(shè)備性能以及被測物體等多種因素作用造成測量數(shù)據(jù)點數(shù)不同，其區(qū)間范圍在幾百點到幾百萬點之間。利用三維激光掃描儀進行處理，分析產(chǎn)品的外形坐標信息數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，多數(shù)的點分布較為混亂，邊界位置與尖銳的角位置中的數(shù)據(jù)失真，存在一定的數(shù)據(jù)誤差問題。對此，在對其進行逆向建模處理中要做好云數(shù)據(jù)的處理分析。

利用CAD建模處理，做好各項信息數(shù)據(jù)的預(yù)處理，通過分割數(shù)據(jù)點、充足、精減等方式對其進行預(yù)先處理，為后續(xù)處理提供數(shù)據(jù)支持。主要通過GeomagicStudio的方式進行處理，實現(xiàn)手動注冊分析、噪點清除以及邊界優(yōu)化處理。點云數(shù)據(jù)處理中要利用曲面以及曲線建設(shè)網(wǎng)絡(luò)模型，形成初步框架結(jié)構(gòu)，其建模的模型通過NURBS曲面擬合算法進行處理，生成一個封閉的光滑的曲面結(jié)構(gòu)，通過分析曲面延伸、拼接以及剪裁等方式進行優(yōu)化處理，增強模型表面的完整性，提升光滑性。通過IGS格式存儲文件信息，利用三維軟件的文件格式進行運輸機處理分析要刪除信息數(shù)據(jù)，避免出現(xiàn)亂碼等問題。

3.3 實體建模

通過UGNX打開文件信息，完善細節(jié)內(nèi)容，將獲得的曲面進行實體切割處理，獲得殼體以及表面模型符合的模具參數(shù)，便于生產(chǎn)模型信息。

4 制造模具與應(yīng)用

4.1 制造模具

通過逆向的工程技術(shù)進行模具的設(shè)計與制造處理可以提升效率，降低成本以及時間。綜合CAD技術(shù)，聯(lián)合應(yīng)用逆向工程技術(shù)，利用UGNX進行壓鑄模型處理可以實現(xiàn)加工工藝優(yōu)化，產(chǎn)生加工代碼參數(shù)。

在CAD建模之后要轉(zhuǎn)化模型圓形，利用快速制造技術(shù)進行處理，評估設(shè)計結(jié)果，檢測各項功能參數(shù)?？焖俪尚图夹g(shù)具有快速精鑄以及快速成型的特征，其主要方法如下：

4.1.1 立體光固化

將光敏樹脂作為主要加工材料，利用計算機控制紫外激光束，掃描零件輪廓特征，在光聚合作用之下實現(xiàn)液態(tài)數(shù)值薄層的固化。轉(zhuǎn)移工作臺將固化之后的樹脂在液態(tài)樹脂中浸泡，再次掃描，通過重復(fù)的操作直至完成原型制造，此種方式質(zhì)量好，精度較高。

4.1.2 分層物體制造法

復(fù)合材料與紙張是主要材料，在材料表面涂抹熱熔膠，利用二氧化碳等高功率特征的光速零件對其進行輪廓的分層切割處理，有效壓縮熱壓裝置，此種方式成本低廉，應(yīng)用廣泛。

4.1.3 選擇性激光燒結(jié)技術(shù)

應(yīng)用陶瓷、金屬等材料作為主要原料，利用磙子作為輔助材料，在二氧化碳高功率激光束等通過零件的分層輪廓作為基礎(chǔ)，掃描燒結(jié)零件邊界位置，此種方式無需設(shè)計處理利用效率較高。

4.1.4 熔化沉積造型

將金屬等一些低熔點的物質(zhì)作為主要材料，通過處理將材料拉成絲狀物質(zhì)，在噴頭位置進行近加熱處理，使其成為板流動的狀態(tài)。加強對噴頭的控制，將零件輪廓作為填充基礎(chǔ)，在噴頭擠壓作用之下使得熔融材料形成基礎(chǔ)層，此種方式具有良好的結(jié)合度，容易成型，但是此種模具精度不足。

4.2 應(yīng)用

4.2.1 模具定性

為了提升模具質(zhì)量，保障其符合規(guī)范的設(shè)計要求。在設(shè)計中就要綜合具體狀況進行調(diào)整優(yōu)化，不斷地修正設(shè)計內(nèi)容。通過設(shè)計修正獲得的模具信息會消除存在的各種問題，最終展示已經(jīng)建模處理之后的信息數(shù)據(jù)。在模具定性中通過此種技術(shù)，利用數(shù)字化的功能則可以提升模具的完善性，增強合理性。

同時，在設(shè)計階段其存在的問題也逐漸凸顯，這樣就會影響后期的效果。在實踐中最為關(guān)鍵的就是優(yōu)化制造技術(shù)，在設(shè)計中要降低生產(chǎn)成本，提升生產(chǎn)效率質(zhì)量。

4.2.2 工程技術(shù)以及仿真技術(shù)集合

逆行工程以及仿真技術(shù)的集合是進行模具的創(chuàng)新。設(shè)計制造人員綜合兩種技術(shù)手段，創(chuàng)新新型的模型，做好模具設(shè)計的創(chuàng)新，達到提升模具質(zhì)量的目的。通過多次反復(fù)的實驗可以實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展。

4.2.3 模具修復(fù)

整體上來說，模具修復(fù)并沒有構(gòu)建科學、完善以及合理的有效指導(dǎo)方式。尚未構(gòu)建完善的公信力，缺乏信服的評判標準。

對此，在此種狀況之下要減少修復(fù)費用，降低修復(fù)成本；通過強化模具強度的方式，延長模具的使用壽命參數(shù)。逆向工程技術(shù)可以提升修復(fù)工作效率，這樣不僅僅可以降低工作強度，有利于推動模具行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

4.2.4 模具結(jié)構(gòu)評估

模具質(zhì)量評估分析可以檢測分析其潛在的問題與參數(shù)，保障模具符合要求以及規(guī)范要求，進而提升模具制造質(zhì)量。通過逆行基礎(chǔ)進行評估分析，可以設(shè)計環(huán)節(jié)以及實際制造，保障各項工作高效開展。

4.3 案例分析

4.3.1 塑件更改方案對比分析

以冰箱果菜盒為例，其內(nèi)底面屬于大平面，并沒有任何形狀。通過優(yōu)化設(shè)計之后底部添加了十條均勻分布的凸起形狀。對其進行升級之后增加了美觀性，則減少了摩擦力，有效地增加了應(yīng)用壽命。塑件更改前后如圖1所示。

4.3.2 模具三維掃描

此模具在生產(chǎn)沒有最終的三維圖形數(shù)據(jù)信息，無法直接的進行數(shù)控加工處理。對此，在處理中通過三維掃描技術(shù)以及逆向成像技術(shù)建模，利用UG以及Geomagic DesignX結(jié)合的方式進行建模處理，獲得三維數(shù)據(jù)信息。4.3.3 三維掃描準備

拆解模具零部件，全面清洗模具的型腔，拋光生銹位置，保障整體質(zhì)量。在模具表面噴灑顯像劑，搖均之后排出空氣；距離模具表面30cm左右的位置均勻噴灑；最后粘貼標志點，為了獲得理想的點云數(shù)據(jù)信息，要避免標志點呈直線分布狀態(tài)，避免有規(guī)律的設(shè)置位置，將其設(shè)置在平坦的區(qū)域位置中，避免其與邊界位置過于接近。

4.3.4 標定三維掃描儀

圖1：塑件更改前后圖

圖2：逆向建模設(shè)計圖像

三維掃描儀主要是通過高精密的工業(yè)級別立體視覺傳感器以及三維數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件、標定系統(tǒng)共同構(gòu)成，在應(yīng)用之前要做好標定。

4.3.5 三維掃描生產(chǎn)點云

三維掃描中在距離工件300mm的位置，按照設(shè)計掃描件進行掃描分析。注意掃描技巧，觀察物體結(jié)構(gòu)特征避免掃描盲區(qū)。在掃描一個區(qū)域之后快速移動位置之后繼續(xù)掃描，直至獲得滿意的掃描結(jié)果。最后通過軟件旋轉(zhuǎn)觀察是否完整性，導(dǎo)出數(shù)據(jù)，生成三角網(wǎng)格。

4.3.6 逆向建模

在完成設(shè)計之后，綜合客戶塑件需求，在逆向設(shè)計完成之后可以基于三維圖形進行創(chuàng)新分析，獲得最終的圖像，如圖2。

4.3.7 編程加工綜合客戶需求，進行升級優(yōu)化，整改方式，根據(jù)工藝要求進行加工處理。

5 結(jié)束語

逆向工程技術(shù)的應(yīng)用重點就是加強對原始點云數(shù)據(jù)信息的收集、處理以及構(gòu)建曲面結(jié)構(gòu)，利用現(xiàn)代化的軟件以及技術(shù)手段，便于數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建，將其作為基礎(chǔ)進行不斷地完善優(yōu)化，可以提升模具設(shè)計加工質(zhì)量，有利于行業(yè)建設(shè)發(fā)展。