逆向工程在塑料产品及其模具设计中的应用

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1、逆向工程在塑料产品及其模具设计中的应用O月怕逆向工程(ReverseEngineering»RE)也称为反求工程，与一般正向设计不同，是根据已有产品生成图样，再制造出新产品的过程⑴，是产品的快速开发和原型化的重要手段。在常规的塑料产品模具开发过程中，设计人员是依据图纸绘制出三维模型，再根据零件材料、设备和成型工艺条件等进行设计⑵。但是随着塑胶工业的发展，一些客户只是提供了实物样件而没有原始图纸信息，这种悄况下，若采用常规模具开发模式，则成本高、生产周期长，难以满足快速更新的塑料产品开发。RE技术从样件原型一几何数据一重新设计与开发的模式不仅为解决这类问题提供了有

2、效途径，也为一些具有复杂曲面的新产品和新技术的吸收、再设计与再制造提供了条件。因此，RE技术在模具行业，尤其是在塑料产品及其模具的开发与制造中具有十分广泛的应用前景(I„1基于RE的产品数字化设计1.1塑料模具逆向开发流程在塑料模具的快速设计与制造中，通常先利用激光扫描仪（或三坐标测最机）测最现有实物（或油泥模型等）的空间坐标数据，然后重构曲面模型，修改、创新设计后再对其进行注塑模具的设计与加工，其详细流程如图1所示。样件或油泥模型描区域的限制，对反射器的正面和侧面进行了两次扫描，正面的扫描方法采用单方向直线式连续扫描，侧面扫描采用360。间接旋转的方法，扫描

3、所得点云如图2所示。数据测量及处理曲面重构一曲面品质评价制品3Di昊型模具设计及加工否MS图1塑料产品的RE流程Fig.1Plasticsproductsreversedevelopmentprocess1.2产品逆向造型基本要点塑件的逆向造型是一个相对复杂的产品再设计过程，应该遵循以下基本原则：1）要正确定义制品的脱模方向，在产品允许的情况下应尽昴减少倒扣特征的生成，在模型重建过程中必须注意产品沿脱模方向应该具有一定的拔模角度；⑵要严格控制产品分型线与测量点的误差，正确分析产品间的拓扑矢系，对一般产品要求曲面重构误差小于0.3mm.但对一些精度要求比较高的表面

4、，应有更严格的要求，如制品的装配面、重要功能部位等与测量点的误差应控制在0.05mm以内；3）重构的曲面要求平顺光滑，对于一般塑件曲面间满足相切连续即可，对要求比较高的产品曲面间应符合曲率连续的要求。2车灯反射器设计实例2.1数据采集及处理2.1.1数据测量文中对车灯反射器曲面数据的测量是利用思瑞公司的Laser-RE600H1型非接触式激光扫描仪完成的，此扫描系统可达到最小精度为0.05mm的间距，完全能达到一般模具设计的要求。测量过程中，受到激光扫（b）（a）正面（b）侧面图2车灯反射器的扫描点云Fig.2Scanningpointclouddataoft

5、hecarlampreflector2.1.2数据处理将两次扫描所得点云数据以.asc格式导入到GeomagicStudio软件中进行处理。对不同视角下测量的点云数据，必须将其合并为一个视角下的物体完成轮廓，通过Geomagic的手动注册工具对两片点云进行拼合；合并点云完成后还需要去除一些由设备振动、光照等原因引起的噪音点，通过设遗一定的噪音点比率，Geomagic软件可以自动计算出噪音数据点并进行删除；妾下来是对数据的重新采样，系统通过改变数据点之间距离的方法对点数据进行糟简：最后，是对点云采用基于LABN准则的三角形生长法进行三角剖分，形成三角形网格模型，对

6、剖分网格进行面片拟合，得到制品的重构三角形面片，如图3所示。图3三角形网格面片Fig.3Trianglemeshsurface2.2反射器模型重建快速曲面重构即网格曲面重建，这种理论是假定所有的测量数据点通过边和三角形与一个目标曲面相连接，从而在网格划分的基础上使用参数曲面进行拟合，以完成对对象的几何表达⑷。此过程通常分为：首先，从点云中巫建出三角网格曲面，再对三角网格曲面进行剖分，获得四边域子网格曲面；然后，对这些子网格逐一参数化；最后，用NURBS曲面月拟合每一片子网格曲面，得到保持一定连续性的曲面样条，由此得到用NURBS曲面表示的计算机辅助设计（CAD）

7、模型。点数据处理完成后，需要对重构的初始三角形网格曲面做进一步优化处理。对模型表面形成的孔洞，’需要通过“孔填充”命令进行曲率填充，从而得到较好的完整模型：利用“砂纸”和“去特征”等命令对模型中一些不需图6四边域网格模型Fig.6Quadrilateralmeshmodel要的特征进行处理使模型表面更为光滑；通过“修复相交区域”操作对三角网格模型中一些交叉、叠加的三角形进行修复，结果如图4所示。(a)(b)(a)优化前(b)优化后图4三角网格模型优化处理Fig.4Trianglemeshmodeloptimization在对三角形网格模型进行四边域剖分之前，首先

8、执行“探测轮廓线”命令，