基于快速反求技術(shù)的USB四口接線器上面板注塑模具設(shè)計(jì)【材料成型及控制工程專業(yè)資料】,材料成型及控制工程專業(yè)資料,基于,快速,技術(shù),usb,接線,面板,注塑,模具設(shè)計(jì),材料,成型,控制工程,專業(yè),資料 1.通過(guò)逆向工程的方法提高模具制造 生產(chǎn)工具(更出名的名字是模具)在廣泛的消費(fèi)品制造業(yè)中是基本的元素。模具的設(shè)計(jì)和制作在新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)中是一個(gè)很漫長(zhǎng)和昂貴的步驟。正是這種原因,任何提高模具制造的努力都有利于減少時(shí)間和成本。 如今,現(xiàn)代的 CAD / CAM技術(shù)和五軸高速銑削[1]允許： ·模具的一個(gè)快速設(shè)計(jì)從CAD三維模型的部分開(kāi)始；·電火花電極的結(jié)構(gòu)，要克服與幾何形狀有關(guān)的問(wèn)題而不是用銑刀加工的問(wèn)題；·新一代的數(shù)控刀具路徑,使用計(jì)劃開(kāi)發(fā)來(lái)減少機(jī)械加工時(shí)間[2]；·高分子材料的成就在于粗加工的切除率；·完成后更好的尺寸公差和低粗糙度[3,4]。 不管切割技術(shù)已經(jīng)相差多遠(yuǎn),在把模具投入使用之前,下列操作仍然總是被要求的： ·手工精加工,通過(guò)去除銑削和電火花加工留下的標(biāo)志來(lái)獲得光滑的表面；·裝配，確保模具正確的關(guān)閉 一方面,拋光和裝配確保模具成型,但另一方面,他們用不以數(shù)學(xué)確定的方法修改內(nèi)腔表面。據(jù)此,最終真正的幾何模具沒(méi)有反映了任何一個(gè)原始的CAD模型(理想的幾何形狀)?，F(xiàn)在CAD軟件資源不允許消除這種不一致。 另一個(gè)方面,經(jīng)常被忽視的,是介紹模具的微小變化。精加工完成后,模具有時(shí)候被修改成反映產(chǎn)品最后的形狀修改。在那種情況下,模具制造廠家直接修改模具而沒(méi)有更新CAD模型。因此,可能會(huì)有問(wèn)題: · 在組裝期間,屬于模具的那一部分；· 當(dāng)模具因?yàn)槟p和折斷不得不更換 缺乏CAD模型和模具實(shí)際幾何增大之間的定位，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和發(fā)行的加工成本和時(shí)間增加。逆向工程技術(shù)給模具制造商提供了新的機(jī)會(huì)克服這種問(wèn)題。近年來(lái),非接觸式數(shù)字轉(zhuǎn)化設(shè)備主要在計(jì)算精度和若干點(diǎn)每單次數(shù)量測(cè)量掃描已經(jīng)被改進(jìn)。高掃描速度使得用戶允許在幾秒鐘內(nèi)檢索模具表面幾十萬(wàn)(甚至百萬(wàn))的點(diǎn)。高密度點(diǎn)云所包含的信息既可用于模具的質(zhì)量控制又可用于CAD模型修正[5,6]。 彩色偏差映射圖,顯示結(jié)果為一個(gè)CAD數(shù)據(jù)和點(diǎn)云數(shù)據(jù)的對(duì)比,提供一個(gè)完整的公差和偏差分析。用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)逐點(diǎn)檢查點(diǎn)位測(cè)量一些分散的點(diǎn)，那遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出我們能力范圍[7、8]。 評(píng)估型腔表面整體和局部的偏差，去鑒定機(jī)加工錯(cuò)誤和探討加工誤差產(chǎn)生的原因。在把模具投入使用之前，考慮模具型腔表面色差圖,對(duì)減少安裝時(shí)間也是有用的。檢查的結(jié)果擴(kuò)展到整個(gè)圖案表面和不限于一些逐點(diǎn)的措施可以分析： ·當(dāng)模具的實(shí)際面比相應(yīng)的CAD模型“更高”，定義重新機(jī)械加工的策略。這意味著有一些殘存的材料仍能去除。·檢測(cè)不可恢復(fù)的錯(cuò)誤和調(diào)查這件事產(chǎn)生的原因,當(dāng)模具的實(shí)際表面比相應(yīng)CAD模型“下”。 這意味著沒(méi)有殘余材料,供進(jìn)一步機(jī)械加工或手動(dòng)整理。在這種情況下, 如果錯(cuò)誤超出公差范圍模具不能投入使用。 另一方面,逆向工程資源可用于更新模具數(shù)學(xué)模型，通過(guò): ·模具的凹模和凸模的數(shù)字化，得到與輸出一樣的點(diǎn)云數(shù)據(jù)?！つ改１砻娴闹亟?。·模具的三維CAD模型產(chǎn)生 本文旨顯示非接觸式檢查對(duì)比逐點(diǎn)測(cè)量的優(yōu)勢(shì)。在拋光和裝配操作后，模具的三維CAD模型更新也應(yīng)該成為模具制造商一個(gè)好的練習(xí)。一個(gè)程序定義使用普通的逆向工程技術(shù)和軟件包來(lái)完成這一任務(wù)。 2、 插入數(shù)字化圖像和檢查 (CAD模型比較) 模具的插入件是由輕合金組成的(圖1)。 在數(shù)控機(jī)床粗加工之后，凹模的形狀由位于相機(jī)手柄微小的槽內(nèi)的電火花進(jìn)行精加工。因?yàn)槠湟?guī)模,事實(shí)上,這些槽不能進(jìn)行銑削加工。 在銑削操作完成后凸模型腔的右半邊沒(méi)有被處理,所以它仍然顯示45°的交叉銑削的軌跡。另外一半的型腔機(jī)械加工后，反而進(jìn)行拋光(圖2)。這樣的手工操作被引入評(píng)估,是否非接觸式掃描儀能正確區(qū)別不同的拋光兩半邊。 為了指出非接觸式檢驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)，模具的插入件被數(shù)字化用于GOM GmbH制造的光學(xué)掃描儀ATOS標(biāo)準(zhǔn) (圖3)。大型模具或產(chǎn)品的非接觸式掃描比比接觸掃描和底切省時(shí)間，通過(guò)改變光學(xué)傳感器的相對(duì)位置就可以很容易地?cái)?shù)字化。此外，而現(xiàn)代光學(xué)掃描儀的準(zhǔn)確度和分辨率允許定義零件邊緣有大量點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。 圖1 模具插入件的照片 (外形尺寸:200×98×35毫米) 圖2 凸模的不同的加工表面 所選的掃描裝置利用立體視覺(jué),由于它有兩個(gè)索尼XC75內(nèi)置CCD攝像機(jī)（分辨率768×572像素/ 8位)光掃描儲(chǔ)存的圖像邊緣投射在物體。投影機(jī),放置在傳感器的中心,依次投影十幻燈片:4張干涉圖(相移技術(shù)[9])后面跟著六條灰色編碼[第十條、第十一條]的二值圖像。六位代碼允許區(qū)分的26-64列的視野。 考慮模具插入件的總體尺寸,掃描器在距離工作區(qū)域外600毫米160×200毫米的區(qū)域校正。這樣配置的掃描儀的準(zhǔn)確性就像裝置說(shuō)明書(shū)里一樣為0.06毫米。 圖3 三維掃描技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和帶有參考點(diǎn)標(biāo)記凹模 在數(shù)字化之前，為了避免光反射金屬典型表面的問(wèn)題一層薄薄的白色不透明的粉末是灑在插入件。此外,參考點(diǎn)應(yīng)用于是插入件的粘合劑粘在目標(biāo)(即標(biāo)記）含有較少的細(xì)節(jié)的區(qū)域。多重掃描是一個(gè)點(diǎn)云的自動(dòng)記錄，就像掃描軟件識(shí)別到了由標(biāo)記員創(chuàng)建的固定坐標(biāo)網(wǎng)格。缺乏數(shù)據(jù)標(biāo)記物覆蓋的區(qū)域,但GOM的軟件允許對(duì)象模型完整的虛擬。錯(cuò)誤記錄顯示在表1是GOM軟件在調(diào)整過(guò)程以標(biāo)記的坐標(biāo)格子為基礎(chǔ)計(jì)算的。 Inus技術(shù)有限公司的Rapidform軟件是用來(lái)模具檢測(cè)的。分成三角形的點(diǎn)云模型和傳統(tǒng)的CAD模型對(duì)比的結(jié)果，由軟件計(jì)算并按照平均距離,標(biāo)準(zhǔn)偏差和最大距離顯示在表1。 照相機(jī)機(jī)身的外部表面修改的逆向形狀將呈現(xiàn)出大放異彩。同樣的投影被復(fù)制到凸模的插入物。改進(jìn)的模具插入物經(jīng)數(shù)字化后,型腔表面根據(jù)曲線網(wǎng)絡(luò)方法產(chǎn)生。重構(gòu)表面和點(diǎn)云數(shù)之間的最大偏差要小于0.03毫米。這樣的結(jié)果是令人滿意的，并且較大的偏差位于每個(gè)板塊上的小范圍內(nèi)。 圖16修改后的凹模插入件 尖銳邊緣的計(jì)算錯(cuò)誤最高，可能的原因是在數(shù)據(jù)數(shù)字化過(guò)濾中雜音應(yīng)用重建精度的60%。（它對(duì)于軟件是非常需要的。）使用這樣的精確度,每個(gè)單個(gè)表面的重構(gòu)誤差 (那就是不均勻點(diǎn)和相應(yīng)的掃描數(shù)據(jù)之間的平均偏差）通常小于十分之一毫米(10微米), 這就與攝像機(jī)機(jī)身的注塑模具公差高度一致。用更高的精度值，有時(shí)候，表面生成算法缺少產(chǎn)生的不均勻曲線，因?yàn)樵诒砻纥c(diǎn)自由度計(jì)算較少或生成的表面都太過(guò)復(fù)雜以至于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)難以的正確掌握。柄上的溝槽表面產(chǎn)生相當(dāng)大的錯(cuò)誤?；蛟S,在這樣一個(gè)區(qū)域比較好的不均勻曲線依靠細(xì)槽側(cè)面曲線可能會(huì)獲得更好的結(jié)果。通過(guò)型腔的重建表面加工固體成型的第一層產(chǎn)生 最新后的凸模CAD模型(圖17)。 圖17凸模插入件更新后的CAD模型 凹模上相應(yīng)的孔是由實(shí)體之間布爾減創(chuàng)建的,為保證一個(gè)完美的裝配。修改后的凹模(圖18)則是依靠重建表面的掃描數(shù)據(jù)塑造的。 圖18 凹模插入件更新后的CAD模型 7、 結(jié)論 本文指出模具制造商如何從非接觸式檢測(cè)和反求工程技術(shù)模具制造標(biāo)準(zhǔn)中獲益。由于最近光學(xué)掃描儀的性能的改善，模具的非接觸式質(zhì)量控制為圖形提供了尺寸和幾何公差的完整的信息，以在投入使用之前檢查制造的工具是否正確。非接觸式檢測(cè)也可以用來(lái)監(jiān)控模具連續(xù)工作幾周或幾個(gè)月后的磨損和磨蝕。當(dāng)使用高強(qiáng)度的模具材料時(shí)，這是特別令人關(guān)注的。 另一個(gè)優(yōu)勢(shì)來(lái)自模具包括產(chǎn)品由于拋光和裝配的手工操作關(guān)鍵修正的實(shí)際的幾何形狀改變后原始CAD模型的更新。當(dāng)?shù)毒咭蚰p或折斷被替換時(shí)，更新后的模具CAD模型降低了生產(chǎn)和調(diào)整了次數(shù)。 在本文中，一個(gè)相互作用的程序從掃描數(shù)據(jù)開(kāi)始試驗(yàn)和確認(rèn)重建和更新模具CAD模型。 掃描階段與無(wú)觸點(diǎn)的檢驗(yàn)是相似的，它的過(guò)程甚至更短暫：所有的模具插入件都會(huì)在一個(gè)工作日內(nèi)被數(shù)字化。表面重建的步驟與CAD模型的創(chuàng)造而是需要更長(zhǎng)時(shí)間，每個(gè)模具插入件都需要一個(gè)工作周來(lái)完成。 每個(gè)板塊的創(chuàng)造都依靠軟件處理是一項(xiàng)艱難的工作，此外，操作員每一次都必須互相配合以確保下一塊表面的創(chuàng)建。一旦曲線網(wǎng)絡(luò)被創(chuàng)建，如果人們可以在自動(dòng)創(chuàng)建表面之前就可以立即選好所有的塊，那么人類的干涉可能是不必要的了。 關(guān)于模具的CAD模型的創(chuàng)建，經(jīng)營(yíng)者需要開(kāi)發(fā)出建模功能使重建的標(biāo)準(zhǔn)表面轉(zhuǎn)化成實(shí)體。有時(shí)，返回到前面的步驟也是必要的，這可以減少不均勻曲線命令，因?yàn)樘珡?fù)雜的表面不易于用CAD軟件包來(lái)完成。為了簡(jiǎn)化相互作用的程序，宏指令可能會(huì)被用作每個(gè)表面的創(chuàng)建。使重建模具數(shù)學(xué)模型的過(guò)程自動(dòng)化的建議可以作為將來(lái)更遠(yuǎn)的活動(dòng)的出發(fā)點(diǎn)，這無(wú)疑需要改進(jìn)用于實(shí)際的曲線網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建的自動(dòng)化軟件算法。 毫無(wú)疑問(wèn)，如今利用自動(dòng)化的表面重建功能就可以在很短時(shí)間內(nèi)獲得模具或產(chǎn)品的數(shù)字模型，但得到的模型其質(zhì)量一般不高，而且很難進(jìn)一步修改其形狀。如果在最后一分鐘有需要或問(wèn)題需要解決，他會(huì)是一個(gè)很好的折衷辦法。當(dāng)缺乏模具或產(chǎn)品更新的三維模型,為了使它保持可供未來(lái)設(shè)計(jì)使用，此時(shí)人類的干預(yù)的基本過(guò)程時(shí)間更長(zhǎng)。在這種情況下應(yīng)該使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)的方法,效益存在在較高的模型質(zhì)量和物體形狀修改的解除。 作為一個(gè)額外的例子，這個(gè)被推薦的程序適用于大量定制產(chǎn)品的逆向工程：兒童滑雪靴（圖19） 圖19兒童的滑雪鞋(外形尺寸240×180×85毫米) 在曲線網(wǎng)絡(luò)定義時(shí)只有依靠用戶交互作用才能方便執(zhí)行掃描數(shù)據(jù)的細(xì)分，這樣就能得到最終的高質(zhì)量的CAD模型（圖20） 圖20的滑雪靴子的重建CAD模型 實(shí)際上，重建的數(shù)學(xué)模型對(duì)于原始掃描數(shù)據(jù)只有一個(gè)小于0.01mm的平均偏差。此外，通過(guò)適當(dāng)?shù)姆指?，表面灰色的柔韌部分（小孩子穿進(jìn)靴子的地方）從剩下的靴子部分分開(kāi)，所以重新設(shè)計(jì)雪地靴的時(shí)候這兩部分可以單獨(dú)分開(kāi)修改。 在逆向工程重建中關(guān)鍵的一步是數(shù)據(jù)掃描分割中的人類因素和對(duì)于獲取可利用的高質(zhì)量數(shù)學(xué)模型的經(jīng)驗(yàn)，這是很有必要的。一個(gè)可以代替用戶干涉并且自動(dòng)細(xì)分的復(fù)雜系統(tǒng)還很遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能實(shí)現(xiàn)。 然而，在不久的將來(lái)，只要先進(jìn)的軟件算法將模具CAD模型的更新步驟簡(jiǎn)化，那些普遍采用逆向工程模具制造廠商在他們的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手將占有優(yōu)勢(shì)。 原文：1.L.Iuliano & P.Minetola 《Through reverse engineering methods to improve the manufacture of molds》