通过逆向工程提高磨具制造的效率论文Word格式.docx

1、 在粗加工提高材料的利用率； 更好的尺寸公差和低粗糙度 3、4 把模具投入到使用之前，无论多么远的边界切割技术被推广，操作时仍总是要求： 手动完成,通过删除铣、电火花加工流程的标志，获得一个平滑的表面； 配件,以确保模具正确关闭 一方面,抛光和配件保证成型的块,但另一方面,他们修改腔面,在数学上是不确定的。因此,最后的实际几何形状的模具不反映了一个原始的CAD模型（理想几何）。 今天CAD软件资源不允许消除这种不协调。 另一个方面,这是经常被忽视，是引入小的变化的模具。完成后，有时模具进行修改以反映在最后一刻修改产品形状。在这种情况下，模具制造商直接修改模具没有更新CAD模型。因此，可能存在的

2、问题： 在装配组型部分的归属； 由于模具磨损或断裂，模具必须被替换, 缺乏一致性的CAD模型和模具实际增加再次加工成本和产品开发和推出的时间。 逆向工程技术对模具制造商来克服这些问题提供新的机遇。在最近年,非接触式数字化设备在每次扫描时计算精度和测量数据点的数量已得到改进。高扫描速度允许用户在几秒钟检索几十万（甚至数百万） 模具表面点。在高密度点云所包含的信息都可以在模具的质量控制和CAD模型更新5,6 中使用。 显示CAD数据对比和点云数据结果的颜色偏差图, 提供一个完整的公差和偏差的分析。这远远超出了在逐点检查工具坐标测量机器（CMM）7,8中可以做测量一些散射点的技术。 整体和局部偏差在

3、型腔表面能评估识别加工错误和调查他们的原因。考虑在颜色偏差图的偏差模腔表面也可能把模具投入使用之前对于减少安装时间是有用的。结果检查扩展到整个图表面而不是限于一些逐点措施可以分析：&定义重新加工策略,当真正的表面模具比相应的的一个CAD模型是“更高”。这就意味着有一些剩余材料,仍然可以被去除;当真正的表面的模具比相应的CAD模型之一是“低”，检测不可恢复错误并调查原因。这意味着没有剩余材料供进一步加工或手动完成。在这样的情况下,如果错误的使用超出给定的公差模具不能使用。 另一方面,逆向工程资源可以用来更新模具的数学模型的通过：数字化的阳模和阴模零件,得到点云数据作为输出； 重建腔表面； 一代的

4、三维CAD模型的模具 本文的目标是展示非接触式检查比逐点测量的优点。在抛光和配件操作后,更新的3D CAD模型的模具也应该成为一个好的练习在模具制造商。来完成这一任务的一个过程是定义使用常见的逆向工程技术和软件包。拟议的程序进行了测试和验证了模具的注塑塑料相机的主体。2.插入数字化和检验（CAD模型比较） 插入的模具是由轻合金制成（图1）。 在经过激烈的铣削数控机床,通过电火花加工完成的位于相机处理处的小凹槽。事实上，由于他们的大小 ,这个凹槽不能通过铣削加工。 左边一半的阳模腔在完成铣操作后不会，所以它还礼物45的证据交叉轧机路径。的另一半而不是后腔抛光加工（图2）。这样的介绍了人工操作评估

5、如果非接触扫描仪能够辨别不同的完成的正常的两半。 为了指出非接触式检查的优点，模具插入被数字化使用光学扫描仪产生的阿托斯标准GOM GmbH（图3）。大型模具或产品的非接触式扫描比接触扫描较少耗时且可以很容易通过改变数字化的相对位置光学传感器部分进行削弱。此外,当前光学扫描仪的准确度和分辨率允许一个很好的定义作为一个伟大的边缘部分的分数衡量他们。 选择的扫描装置利用立体愿景是它有两个CCD摄像机XC75索尼内置（分辨率为768572像素/ 8位）,它存储的图像光条纹投射到扫描对象。这个投影仪,放置在该中心的传感器, 十个幻灯片作为项目的一个序列:四个干扰模式（相位变化技术9）,接着是六个灰色编

6、码（10、11） 二进制图像。六位代码允许的区别在26 = 64列之间的视野中。 考虑到整体尺寸的模具插入, 扫描仪校准的进行工作面积160200毫米在距离600 mm。准确性的扫描仪这样的配置是0.06 mm宣布在设备上数据表。图1模具插入（外形尺寸:20098 35毫米）图2不同凸模表面的抛光图3 3 D扫描仪阿托斯标准和阴性的模具, 参考点标记数字化之前,一层薄薄的白色不透明的粉末是为了避免典型的金属表面光反射的问题喷在插件上。此外,参考点是应用于包含更少的细节领域的插件粘胶目标（即标记）。多个扫描自动注册在一个点云,随着扫描软件识别固定参考网格被一些标记创造。被标记所覆盖缺乏数据区域,

7、但是软件允许完成虚拟模型的对象关闭这样的洞。登记错误表1所示在基于参考网格的标记对齐程序软件计算。 Inus 软件技术有限公司的Rapidform软件用于模具的检验。比较分析点云模型和被软件计算的原始的CAD结果显示的平均距离,标准偏差和最大距离如表1所示。2.1凹模检验 数字化的进程中凹模模具腔要求十二个扫描。数字化数据之间的比较和原始的CAD模型显示了一个最大偏差0.84毫米在左边超级腔体。这样的价值是证实了在CMM逐点测量验:测量那腔体的深度,真正的偏差造成的0.85毫米。 在优越的一半的阴模腔,偏差是关于0.30毫米,而错误是积极的（约0.20毫米）在另一半。与相对误差的偏差映射（图.

8、4）可以清楚地注意到一半的空腔较差,而模具分离面几乎是正确对齐与CAD数据。 表1非接触式检测模具插入的结果 数字化 凹模插入 凸模插入 扫描频率 12 9 多重扫描登记错误 0.02mm 0.01mm扫描数据与CAD模型的比较平均距离 0.01mm 0.01mm标准偏差 0.15mm 0.11mm最大距离 0.84mm 0.60mm 两部分不同的偏差的迹象显示,电火花操作是错误的。黄色线在中间的偏差图可以被认为作为一个虚轴，它的的空腔表面可能旋转（由箭头所示方向），再次与原始的CAD模型一致。 可能在电火花加工的电极运动不是完全垂直于分离面凹模模具。正常的小倾角可能是由于一个不正确的安装模具

9、的电火花机床。因为这个原因,电极加工侵蚀太多的材料在一半的阴模插入。倾向是考虑了分割面在数字化的数据和CAD模型正常的计算: 他们之间的角宽0.63.图4 凹模插入偏差图图5凸模插入偏差图2.2凹模检验 可以完全数字化的凸模插入九个扫描是必要的。对于扫描数据和原始的CAD模型的比较,最大误差是局部上级对突出的空腔（图5）。在那区, 在一个工具改变时，有一个倒塌引起的铣刀。 在CAD数据, 处理小凹槽的底部边界有尖锐的边缘。凸模插入是在平行平面轨迹的球鼻有直径的完成刀具4毫米和数控磨45斜交叉路径中被加工。这样的精加工并不允许创建锐利边缘的凹槽的底部。因此,扫描数据显示在凹槽的手柄一个大的偏差。

10、图2允许观察留下的45斜轨迹的铣刀。 此外,偏差图的凸模插入展示在左半部分和右半部分的不同。这是手动完成右边的一半的证据。多样性被通过限制表示规模到一个错误的0.20毫米（图5）所提高。 抛光操作了一层很薄的材料,导致偏差小于0.10毫米。在为了证实这种结果的非接触式检查整个凸模插入, 通过CMM的方式，抛光的一半的空腔和另一半的空腔被检测出。两个区被选上优越的表面的凸模腔,每个半有一个。第一个,记作A,指的这一半不是手工完成的,因此它位于凸模插入的左边部分。另一个,记作B,指的是抛光的一半（图6）。 传统的逐点测量在这两个区域以英国TP 20探头安装在坐标测量机DEA的全球形象模型07 07

11、 07的方式被重复。校准后的CAD模型坐标系统,83个点在A区被检测和106个点在区域B被检测 . 就平均距离，标准偏差和最大距离测量分和相应的模具CAD模型， CMM检验的结果报道在第二列的表2和3。 为了进一步比较CMM检验结果的非接触式扫描,两个有限集,对应区A和B,被分离在整个扫描数据的凸模插入。这两个集合与对应点的模具CAD模型对比的结果在最后一列的表2和3。作为一个事实, 在传统质量控制获得的,这样的结果很相似,但是这被称为一个更高的点密度。 这种方法和允许状态,光扫描装置采用可以替代CMM,利用非接触式检测（在介绍中已提到）的优点。唯一的要求是这个扫描仪精度必须符合检查模具的尺寸

12、公差。因为CMM的结果几乎是等于其光学扫描的精度,同样重要的是不透明的粉末层洒在插件上是影响检测的结果,因为它的厚度是低于的扫描仪的精度。此外, GOM（表2） 软件计算的登记错误和点云处理的影响不是添加扫描器精度而是包括在申报价格的构造函数。图6 A和B区选择的逐点测量cmm（左边为A区，右边为B区）3.过程的重建模具CAD模型 在重建的模具CAD模型,几何公差（对称、同心度、平行性、正交性,等）必须被视为他们代表一个基本信息块加工、装配和正确的工作。在设计阶段,以及应用逆向工程,功能块是非常重要的,它不能被忽视。 例如,两架飞机之间的角度可以测量大约90的扫描模具的点云数据的注射成型。没有

13、任何的技术考虑,移动到90可能被认为一个测量误差和人可能决定在最后重建CAD模型画两个垂直的飞机。小草案角度为正确的提取生产件是必要的替代且创造两个垂直飞机可能是错的。 由于这些原因,重建的过程主要依赖于的操作员的经验。从扫描数据、标准或自动程序中创建一个正确的CAD模型并不存在。最重要的一步是分割的过程,这是细分的扫描数据到表面区域或区域。形状特征支持产品设计和先进制造业技术。通过自动或半自动边缘检测和形状特征识别，在研究提高分割过程中已经运用。较好的结果包括经典几何图形和某种机械零件,但不是任意的形状和特征。 专门的软件包中的自动程序的还没有足够的给用户满意的结果:他们生成一个集合连接全球

14、未装饰的补丁，反映形状的拓扑结构,但表面的边界很少一起运行特性线、锐利边缘、角型材等。所谓的任意拓扑曲面12不区分重新设计它形状,因为重建程序的基础是分析数据结构,不保存信息的如何细分。 自动化表面重建是非常快速并且如果逆向工程过程的最终目的是创建一个对象没有做任何修改,其形状和对质量没有要求的数字模型，可能是应用于工业。在这种情况下,有时,三角模型是足够的,因为STL文件是计算机图形应用程序的起点,快速原型或铣削路径计算也可以。 由于需要进一步的形状修改或未来的重新设计，为了保持其价值， 当需要更新的3 D模型的模具或产品时, CAD驱动就应该利用。如果逆向工程软件的用户用同一方法将点云创建

15、表面用到模型的CAD运营商，他们重建的结果过程是更好的, 13,所以人际互动仍然起着基本的作用。事实上软件算法自动检测通常只提取支离破碎的部分的曲线,而不是一个光滑连续几何实体. 表2比较的办法磨一半（带一个） 凸模腔 检验偏差分析的结果 CMM 光学扫描器数量的点测量 83 420平均距离（） 0.01mm 0.01mm标准偏差（） 0.01mm 0.01mm最大距离 0.04mm 0.05mm 表3比较措施在抛光（带B）的一半凸模腔 数量的点测量 106 389平均距离（） 0.07mm 0.06mm最大距离 0.10mm 0.09mm 毫无疑问,人类的干预使得程序相当艰苦的,耗时的,但好

16、处和优势驻留在表面质量和形状修改更容易。即使没有推动汽车类质量,一个质量好的重建的表面是曲率连续而且为所需的形状提供了一个简单的数学表示。一个重构表面是复杂的（高阶或学位数学术语）,更难以修改和管理产生的CAD模型。因此,方便扫描数据来生成简单的细分表面（边界沿特征线的运行模具或产品）是重要的。如果分割过程是由人类完成，将得到最好的结果, ,那就是,需要用户的干预。 定义为重建模具数学模型的程序,是实现通过使用常见的商业软件包。Rapidform软件INUS技术公司是通常创建曲线网络和生成NURBS曲面。visi on系统系列的维洛国际软件3D CAD软件包,是用来创建模具的数学模型。 这个程

17、序的开发通过以下的步骤：1.模腔的数字化 模具的表面腔是最重要的部分。因此,只有空腔是数字化重建模具的数字表示,而分离飞机和基体可以恢复原来的CAD模型或可能容易用CAD包画出。整个腔进行数字化后,多个扫描必须一致,有时数据加工根据流程图显示（在图7）。点云处理软件功能应该应用当扫描数据是吵,不光滑时。这个决定是否应用到整个数据等功能或一个小地区的用户。软件包通常计算和显示最优函数参数选定的数据的值,但后来值必须根据特定的情况下（操作员的经验和获得的结果）由操作员每次调谐。2曲线网络建设 这种方法,用于生成来自扫描数据集合表面,称为曲线网络基础表面12。这是基于一系列的特性曲线如对称行,特征线

18、或尖锐的边缘。曲线网络的建设 （图8）需要人工交互: 通过平行的部分坐标轴或扫描数据点的插值用户创建曲线。 已经解释过, 如果点云是细分沿着相同的曲线或操作员可以使用的CAD建模时每个单一表面的模具插件的边界，最后结果是更好的,。从模具插入点云的产生是第一件导入逆向工程商业软件。曲线网络的定义是由用户交互,用户领导这个细分过程和决测多少曲线要创建。如果一个新特性曲线（对称线,特征线、锐边、角剖面、边界曲线, 等）可以生成的三角模型的切片面,平行于一个坐标轴,那么操作员必须设置位置的切片平面（图9）。在所有其他情况下,尤其是对于复杂的配置文件,用户必须在扫描数据（图10）中通过选择点被插入创建特

19、性曲线。 逆向工程软件允许进一步调整点位置的插值曲线来获得连续和光滑的几何实体。 它是由用户,根据他的经验,决定多少曲线创建为网格,最终有多少表面。作为一般规则, 曲线和表面要求，形状越复杂的数量越大。扩展的每个表面取决于细节的存在的对象。一个区域包含小细节或复杂的形式,应当重构意味着一群小型简单的表面。一个表面可以是相反用于平面区域或区域形成部分经典几何图形（锥、气缸、球体,等）不含特定细节或几何不连续。一个孔边界应该分为四分之一圆（几乎每个90）, 每一个属于不同的表面。 一旦操作员完成点云分割过程和生成的曲线网络,曲线之间的交叉网络的叫做n边互补。 一个示例的一个曲线网络和补丁的相机的凸

20、模是显示在图11。 模具和扫描的第一项 是 添加一个新扫描 模具腔是否完全数字化? 不是 多个扫描登记 采取不同的模具 扫描数据处理:降噪,平滑处理 导出完整的点云的模腔 图7 流程图第一步（数字化）的CAD模型更新程序中间步骤的重建过程步骤2:曲线网络建设 导入点云的模腔 是否曲线奠定在平面 平行于一个协调轴吗? 不是 新Simmetry线新特 性线新的锋利的边缘 新边界曲线新角剖面 是 创建一个曲线的点插值 创建一个剖面线 平行的轴 是点云完全细分 通过曲线吗? 计算之间的十字路口曲线 和创建n站补步骤3:NURBS曲面创建 选择每个补丁的边界曲线 生成一个NURBS 补丁是一个四面的吗?

21、 生成一个修NURBS 是 不是 软件的满意是错误的计算吗？ 都是表面生成的吗？ 是 不是 是 创建简单的表面 使模腔表面转为起始板式 需要进一步细分这个补丁 图8 为两步流程图和三个的CAD模型更新程序图9 一个曲线通过切片模型的三角平面平行于坐标轴图10交互创建复杂曲线的插值数据点图11曲线网络代凸模腔表面4.NURBS曲面创建 一个NURBS曲面就是为每个补丁定义前面的步骤来生成。在每个NURBS参数方向点的数量由操作员设置。根据在补丁扩展10到20分应该用于每个参数的方向。一个点的更高的数量导致太复杂NURBS曲面来被使用到3D CAD建模,而较低的一个不足以保证误差公差要求。 一个表

22、面生成算法能够生成未修改的NURBS曲面只因为四面有补丁,否则,用削减了NURBS曲面创建的。G1连续性为两种NURBS计算。某些约束必须强加在每个补丁的边界,以保证连续性和相邻表面的相切。这减少了表面重建的软件算法的活动。当曲率非常接近补丁边界时，对表面数字化数据，约束不允许完美的。因此,边界应该与模具锐利边缘一致和操作员必须明智地为点云细分（图8）决定的曲线位置。对于每个块,表面生成是用商业软件通过交叉导数功能满足先前位置参数和实施切向约束沿边界来制得。图12 显示了网络上的为凸模插入前面的图11的表面重建。 5.模具CAD模型重建 空腔表面是在IGES NURBS转换格式（但其他转换标准

23、如步骤或者可以使用VDA）并导入到一个三维实体程序。一个简单的方法来生成的模具插入的实体模型是加入所有表面并创建一个平面。对于相机的模具,问题是, 横向表面的边界不是平面:最大不同边界点的Z坐标大约0.10毫米。此外, 所有表面的CAD 元素是很复杂的。因此,固体分析员不能创建一个用封闭平面所形成的实体。 另一种方法是发现和测试。这个过程是在概念方面相当简单,但它有缺点。该战略是从每个NURBS曲面根据流体图（图13）构建一个块。 表面首先被复制并沿成型方向转换，然后块是有规律的表面最初的表面和副本边界曲线之间所封闭。模腔的实体模型然后被生成,加入所有的块在一起（见图14）。 模具插入的基体使

24、用CAD绘制软件和模具分离面的侧表面是15倾斜。这样的表面提供一个正确的关闭模具,指导它的最后部分关闭位移。 插件的 完整的重建CAD模型是得到的固体块拼接的腔和模具的基体（图15）。6.模具修改和CAD模型更新 为了验证重建过程解释以上所说，需介绍一种在审美上改变的模具。逆向工程是用来更新模具的数学模型。凹模通过模具插入用一个球的鼻子铣出一个有直径5毫米纵向槽被修改。新槽是30毫米长,且放置在空腔左边一半,右边一半的为相机处理（图16）。 外部表面的照相机的主体将会呈现出显著的反向的修改的形状。相同的投影是复制的凸模具插入。 数字化的修改模具插入后，根据曲线网络的方法，空腔的表面生成。重建表

25、面和点云数据之间的最大偏差少于0.03毫米。这样的结果是令人满意的并且大偏差位于局部的在小区域每个补丁。 最大的错误在锐利边缘作为可能的后果被计算出,它的噪声在数字数据过滤应用重建精度为60%（这是一个值所需要的软件）。使用这样的精度,在每个单一的表面重构误差（这是平均偏差点和对应的NURBS之间扫描数据）通常是小于1/10万毫米（10m）,这是一个与注塑公差一致的值。使用更高的精度值,有时,表面生成算法不能生成NURBS,，因为更少自由度表面的点的计算或生成的表面来正确管理他们太复杂的CAD。同时，表面生成错误在处理的凹槽时也相当有用。也许, 在这样一个区域，细分通过对NURBS的沟槽轮廓曲

26、线会给更好的结果。更新后的凸模CAD模型（图17）通过加入基体用固体形成的重建空腔的表面来生成。 相应的在凹模具在布尔减固体之间的保证一个完美的配件后被生成。修改后的凹模腔（图18）然后从扫描数据通过表面的模仿重建。图12 NURBS曲面重建阳模腔步骤4:模具CAD模型重建 进口IGES模具腔的表面 选择一个表面模腔 从选定的表面 创建一个坚实的块 绘制固体模具 固体模腔是否 第一层 是 通过块形成？ 加入固体的基底与型腔 更新模具CAD模型图13流程图,最后一步的CAD模型重建过程图14产生的NURBS曲面的阳模腔 图15 固体的创建CAD模型的阳模插入图16修改阴模具插入 图17更新CAD

27、模型的阳模插入图18更新CAD模型的凹模插入 图19儿童滑雪靴（总体尺寸24018085毫米）7.结果与讨论 本文指出模具制造商通过引入非接触式检验和逆向工程技术作为一个标准的模具制造活动是怎样获益的。由于最近对光学扫描仪改进性能、模具非接触式质量控制提供完整的信息在空间和几何公差的图, 在投入使用之前以便检查制造工具的正确性。非接触式检测也可以用来监控数周或数月连续操作后模具的磨损和磨蚀。当使用先进的造型材料是特别有益的。 另一个优势来源于更新模具原始的CAD模型与实际几何包含的最后修改产品形状并且这些变化是一个手动操作的抛光和拟合的后果。更新后的模具CAD模型当工具由于磨损或断裂被替换下场

28、的时候，降低了制造和调整时间。 在本文中, 重构一个交互式程序和更新模具CAD模型进行了测试并从扫描数据中验证。扫描相图与非接触式检测是相同的，并且它是相当短的:两个模具在一个工作日被编辑。表面重建步骤和一个用于CAD模型创建更长: 对于每个模具插件他们需要一个工作一周。 在软件处理的过程中每个补丁的创建是一个困难的步骤。此外, 每一次,操作员必须交互定下一个补丁。一旦曲线网络被创建,人际互动可能是不必要的,如果能选择所有在开始前的一次补丁就可以自动创建表面。 关于创建模具CAD模型, 操作员必须利用造型功能转换重建的IGES表面变成固体。有时,它有必要回到前面的步骤来减少NURBS秩序,因为太复杂表面不能容易管理的CAD软件包。为了简化交互式程序,宏可能会用来从每个表面创建一个实体。这个提议自动化重构的过程中模具数学模型可以进一步的起点未来的研究活动,这无疑需要对曲线网络创建改善实际的自动软件算法。 毫无疑问,如今,一个模具的数字模型或产品可以在短时间内获得通过自动化表面重建功能,但