劉軍華

摘要：以冰箱冷藏室收納盒為案例，使用三維掃描儀獲取三維數(shù)據(jù)，通過塑料件產(chǎn)品注塑工藝分析與客戶溝通產(chǎn)品裝配的關(guān)系，制訂合理的坐標(biāo)系調(diào)整和逆向設(shè)計方案。在GOM lNSPECT軟件中調(diào)整產(chǎn)品坐標(biāo)系，最后在NXIO.O軟件中完成逆向設(shè)計。

關(guān)鍵詞：NXIO.O;塑料件;逆向設(shè)計;冰箱

中圖分類號：U462

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.08.057

1 冰箱冷藏室收納盒工藝和結(jié)構(gòu)分析

本收納盒是扣在冰箱冷藏室門板上用于儲藏飲料等罐裝食品的透明收納盒，是使用聚苯乙烯（PS）制作的收納盒，呈淡藍(lán)色，具有表面光潔、透明，平整度好，壁厚均勻等特點。收納盒底部為平面度較高的平面，產(chǎn)品是對稱結(jié)構(gòu)，左右對稱，見圖1.由于該產(chǎn)品是配合件的一部分，因此安裝孔位和兩端的卡槽位置相對比較重要。而其他部分均是出于美觀設(shè)計出的圓角樣式，因此要求不高。整個產(chǎn)品壁厚較為均勻，因此只需要測量其外部形狀即可獲得其整體尺寸。

2 三維測量數(shù)據(jù)的獲取

對于此類塑料產(chǎn)品，建議選用三維掃描儀作為測量工具，獲得其全部外部數(shù)據(jù)，用于分析產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)對稱性、安裝位置和樣式圓角等特征的尺寸。表面噴涂顯像劑對產(chǎn)品的尺寸影響基本可以忽略不計。該產(chǎn)品尺寸約為250 mmx120 mmx150 mm，但局部有較小的安裝孔和卡槽，不宜選用鏡頭過大的三維掃描儀，單幅掃描尺寸在200 mmx200 mm、分辨率在200萬左右較為適宜。掃描完成后，通過掃描控制軟件將其輸出為STL數(shù)據(jù)。

3 冰箱收納盒坐標(biāo)系調(diào)整

GOM Inspect是一款免費的三維檢測和網(wǎng)格處理軟件，不僅可用于分析三維點云的形狀及尺寸，而且還可作為視讀軟件供用戶查看測量結(jié)果和CAD數(shù)據(jù)。專門為需要處理和評估三維數(shù)據(jù)的用戶而設(shè)計，可保證測量數(shù)據(jù)的可溯源性，廣泛應(yīng)用于質(zhì)量控制、產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)階段的三維測量數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)調(diào)整。啟動GOM Inspect軟件后，通過導(dǎo)人命令輸入STL文件，完成冰箱盒的輸入。在圖2中可以看出工作區(qū)坐下角的坐標(biāo)系和STL文件的坐標(biāo)系是不一致的，需要調(diào)整。否則，在導(dǎo)入三維軟件建模時會比較困難。

通過工藝分析和客戶溝通的結(jié)果，確立使用底部平面為第一優(yōu)先基準(zhǔn)，確立坐標(biāo)系的第一優(yōu)先基準(zhǔn)，背部平面確定坐標(biāo)方向，兩端面的中分面作為坐標(biāo)原點。使用三平面結(jié)合在軟件中的“3-2-1”命令逐步建立坐標(biāo)系，如圖2所示。

因為STL數(shù)據(jù)無法直接應(yīng)用于坐標(biāo)系調(diào)整和產(chǎn)品建模，所以，需要在軟件中構(gòu)建坐標(biāo)系的平面對象。使用GOMInspect軟件的平面擬合命令，逐步構(gòu)建出用于構(gòu)建坐標(biāo)系的三個平面，在此軟件中通過按住鼠標(biāo)左鍵并拖動，旋轉(zhuǎn)該文件;向前滾動滾輪放大，調(diào)整底部平面面向設(shè)計者;按住鼠標(biāo)滾輪拖動平移文件到合適位置。在工作區(qū)空白處單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的菜單中選擇曲面選擇命令，在冰箱盒底部選擇合適的區(qū)域用于擬合平面1。在擬合的過程中，軟件根據(jù)所選區(qū)域內(nèi)的所有點，通過高斯擬合的方式綜合計算，擬合出平面1，而且在平面擬合對話框中可以查看最大偏差和標(biāo)準(zhǔn)偏差，直觀且易于操作。使用同樣的方法構(gòu)造出背部平面2和兩端面3和4，通過平面3和4構(gòu)造一個中分面5，借助此平面5可以將坐標(biāo)系定在收納盒的正中間。

隱藏不需要的掃描數(shù)據(jù)、平面3和4，僅僅顯示用于調(diào)整坐標(biāo)系的平面1、2和5，執(zhí)行軟件的“3-2-1”對齊命令，按住“CTRL”，在平面1上單擊三次，構(gòu)造ZI、22、23三個點。其次按住“CTRL”，在平面2上單擊兩次，構(gòu)造Yl、Y2兩個點。再次按住“CTRL”，在平面5上單擊一次，構(gòu)造X點，單擊確認(rèn)完成坐標(biāo)系調(diào)整;顯示出調(diào)整好坐標(biāo)系的STL數(shù)據(jù)，將其重新輸出，用于下一步的建模操作。

4 基于NXlO.O軟件的逆向造型設(shè)計

4.1 逆向方案總體設(shè)計

冰箱收納盒聚苯乙烯PS，收縮率較低，且該產(chǎn)品是對稱結(jié)構(gòu)，塑件有脫模角度、有側(cè)抽，脫模方向是底部平面的法線方向。根據(jù)以上幾點，在逆向設(shè)計過程中應(yīng)當(dāng)將產(chǎn)品設(shè)計成關(guān)于中心基準(zhǔn)面的對稱結(jié)構(gòu);根據(jù)產(chǎn)品實際情況給出脫模角度;主體可以通過擬合平面、截面曲線、拉伸等命令畫出大體結(jié)構(gòu)，按照先加后減的方式建立產(chǎn)品模型;使用孔、圓角等命令完成細(xì)節(jié)設(shè)計。

4.2 收納盒主體結(jié)構(gòu)設(shè)計

啟動NXIO.O軟件，通過導(dǎo)人命令將調(diào)整好坐標(biāo)系的STL數(shù)據(jù)導(dǎo)人到NX軟件中，此時STL數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系和軟件的絕對坐標(biāo)系是一致的，可以直接用于造型設(shè)計。

在NXIO.O軟件中，綜合應(yīng)用“截面曲線”“草圖”“拉伸”“網(wǎng)格面”“直接建?！钡缺姸嘟Ｃ?，結(jié)合塑料模具工藝分析，根據(jù)總體設(shè)計方案，設(shè)計出產(chǎn)品的主體結(jié)構(gòu)。在設(shè)計過程中，通過“圖層”“顯示和隱藏”等命令合理管理建模數(shù)據(jù)，凈化設(shè)計空間，快速完成逆向造型設(shè)計。

4.3 收納盒細(xì)節(jié)和對稱結(jié)構(gòu)設(shè)計

重復(fù)使用相關(guān)實體建模命令，完成冰箱冷藏室收納盒一端的掛孔、導(dǎo)向滑動軌道等細(xì)節(jié)設(shè)計，最后將完成細(xì)節(jié)設(shè)計后的模型文件，利用中心對稱的基準(zhǔn)平面將無用端修剪掉，然后使用軟件的“鏡像體”命令將完成好的一端，鏡像復(fù)制到另一端，完成整個收納盒的對稱造型設(shè)計，如圖3所示。

5 設(shè)計總結(jié)

在整個冰箱冷藏室收納盒逆向設(shè)計的過程中使用了掃描儀控制軟件獲得全面的三維掃描數(shù)據(jù)，使用GOM Inspect軟件調(diào)整產(chǎn)品坐標(biāo)系，使用具有強大建模功能的NXIO.O軟件完成逆向造型設(shè)計，結(jié)合該產(chǎn)品成型工藝，通過綜合使用各軟件的特長功能，快速達(dá)到了設(shè)計目的，設(shè)計出了符合客戶要求的產(chǎn)品三維模型，方便客戶進(jìn)行進(jìn)一步的創(chuàng)新設(shè)計。

參考文獻(xiàn)：

[1]王巍，陳思，張曼玉.基于逆向工程的葉輪逆向設(shè)計[J].裝備制造技術(shù)，2018（ 18）.

[2]管永剛.基于Geomagic Studio的游戲手柄逆向工程研究[J].電腦知識與技術(shù)，2011 （34）.

[3]劉虎，林曉斌.工件3D掃描自動檢測[J].長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2018（ 5）.