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        逆向工程及快速成型技術(shù)在手機外形設(shè)計的應(yīng)用

        2019-12-20 09:43:37李超群馬玲
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2019年34期

        李超群 馬玲

        摘? 要:隨著智能制造技術(shù)的快速發(fā)展,產(chǎn)品設(shè)計逐步趨于智能化,快速化。使用三坐標測量儀對iPhone6手機外形進行數(shù)據(jù)掃描,得到點云數(shù)據(jù),將經(jīng)過處理的點云進行三維數(shù)據(jù)模型的重構(gòu),生成三維實體的數(shù)學(xué)模型,通過3D打印機將數(shù)學(xué)模型實體化,完成了基于逆向工程技術(shù)與快速成型技術(shù)的手機模型的智能制造。

        關(guān)鍵詞:智能制造;逆向工程;快速成型;數(shù)學(xué)模型

        中圖分類號:TP391.7? ? ? ? ?文獻標志碼:A? ? ? ? ?文章編號:2095-2945(2019)34-0148-02

        Abstract: With the rapid development of intelligent manufacturing technology, product design tends to be intelligent and rapid. The shape of iPhone6 mobile phone is scanned by three-dimensional coordinate measuring instrument, and the point cloud data is obtained. The processed point cloud is reconstructed to form the mathematical model of three-dimensional entity, and the mathematical model is materialized by 3D printer. The intelligent manufacturing of mobile phone model based on reverse engineering technology and rapid prototyping technology is completed.

        Keywords: intelligent manufacturing; reverse engineering; rapid prototyping; mathematical model

        1 概述

        近年來,隨著智能制造的發(fā)展,逆向工程技術(shù)和快速成型技術(shù)在家電、交通工具、航天、醫(yī)療、通信、輕工業(yè)等領(lǐng)域的研究增多,但大多僅是其中一項技術(shù)的單獨運用。從如圖1所示基于逆向工程和快速成型技術(shù)的產(chǎn)品設(shè)計流程可以看出,快速成型技術(shù)的支持使得逆向工程中的關(guān)鍵技術(shù)更趨完善,提高了產(chǎn)品創(chuàng)新的效率,必將成為產(chǎn)品設(shè)計的發(fā)展方向[1]。本文以手機外形重建為例,探索兩者結(jié)合使用的可行性,為其在工業(yè)發(fā)展上的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

        本文通過對iPhone6手機外形的數(shù)學(xué)模型重建及實體模型的加工制造,將逆向工程技術(shù)和快速制造技術(shù)結(jié)合起來,完整地展示了針對手機進行逆向設(shè)計的思路和流程,為二者在其他工業(yè)設(shè)計中應(yīng)用的可行性奠定了基礎(chǔ)。

        2 基于逆向工程技術(shù)的iPhone6手機外形重構(gòu)

        手機行業(yè)競爭日益激烈,手機外觀作為一項關(guān)鍵因素,能夠借助逆向工程技術(shù)在短時間內(nèi),高效率地完成手機外觀開發(fā)工作,將實現(xiàn)企業(yè)面對行業(yè)市場復(fù)雜多面的市場需求進行即時響應(yīng)??紤]到后期的模具設(shè)計、數(shù)控加工、快速成型制造、產(chǎn)品的再設(shè)計等領(lǐng)域都需要CAD數(shù)學(xué)模型的支持,因此手機外形重構(gòu)大大影響到其實體模型的精度。

        2.1 采集實體三維數(shù)據(jù)

        三坐標測量機具有對連續(xù)曲面進行掃描來制備數(shù)控加工程序的功能,因此,本文選擇三坐標測量機測量iPhone6手機模型數(shù)據(jù)。三坐標測量機的主要機構(gòu)如圖2所示,包括主機、CNC裝置,測頭、伺服系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)等部分組成。

        測量步驟如下:將iPhone6手機模型定位到工作臺上,當測桿測頭接觸模型時,測頭內(nèi)部產(chǎn)生一個觸發(fā)信號,并通過發(fā)信臂內(nèi)的電磁耦合器將此信號傳遞給接受信號的模塊,隨后進入控制器。信號進入控制器后,經(jīng)整形由相應(yīng)的接口傳到數(shù)控系統(tǒng)的指令端,向機床發(fā)出終止移動指令,從而使測桿測頭接觸模型瞬間的坐標位置被觸發(fā)信號“封鎖”,并進行運算處理,同時測量機進入下一個程序段。重復(fù)上述測量過程,便可自動完成所需坐標數(shù)據(jù)的測量。將采取到點(三維坐標)組成如圖3所示點云,將其傳輸?shù)近c云處理軟件進行下一步的處理。

        2.2 測量數(shù)據(jù)的處理

        逆向工程其中重要的一項技術(shù)環(huán)節(jié)是測量數(shù)據(jù)的后處理,它決定著后續(xù)模型重建過程能否方便、準確地進行。一般選擇IGES格式作為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式。數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容包括:增加補償點、去除噪聲點、精化數(shù)據(jù)點、加密數(shù)據(jù)點、變換坐標、數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)輸出[2-3]。

        在所獲得的點云數(shù)據(jù),需要通過數(shù)據(jù)處理軟件進行數(shù)據(jù)拼接,選取一部分數(shù)據(jù)為固定,其余部分為浮動,分批通過點的全局注冊將其合并起來。對兩個或更多粗配準的點對象或多邊形的配準進行細化,將生成的點云誤差控制在(±0.1)mm,最后將所有點合并到一個公共的坐標系下,減少噪聲、簡化數(shù)據(jù)、封裝,從而得到一個完整的點云[4]。最后使用數(shù)據(jù)軟件處理傳輸過來的點云傳輸?shù)饺S建模軟件上進行下一步驟。

        2.3 iPhone6手機外形數(shù)學(xué)模型重建

        根據(jù)測量數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)來源和造型方式,認為iPhone6手機外形的幾何特征復(fù)雜型不高,難度不大,采用UG軟件將點云數(shù)據(jù)擬合成曲線,再通過將曲線經(jīng)拉伸、倒圓角等方法轉(zhuǎn)化為曲面,進一步轉(zhuǎn)化為CAD三維模型,生成如圖4所示的iPhone6手機數(shù)學(xué)實體模型。

        3 基于3D打印技術(shù)的iPhone6手機外形快速成型

        3D打印技術(shù)是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)的快速成型技術(shù),運用粉末狀金屬、塑料、陶瓷等可粘合材料,通過逐層打印方式構(gòu)造零件的技術(shù)[5]。得到iPhone6手機外形數(shù)學(xué)模型后,即可憑借快速成型技術(shù)完成實體模型的充制,本文選用的模型快速成型設(shè)備是如圖5所示的3D打印機。

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