眼鏡框模具制造中逆向工程技術(shù)的實施研究

摘" 要：基于逆向工程技術(shù)的數(shù)字化掃描以及3D模型構(gòu)建，對提高眼鏡框模具的精準(zhǔn)性、光順性有促進(jìn)作用，所以，結(jié)合眼鏡框模具的生產(chǎn)制造需求對眼鏡框模具基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、降噪、離散處理等，并在利用逆向工程技術(shù)下，完成眼鏡框模具的輪廓曲線分析、曲面設(shè)計、3D模型構(gòu)建等步驟，并從生產(chǎn)制造的角度生成眼鏡框模具。研究結(jié)果表明，通過逆向工程軟件操作，可以將眼鏡框模具的點云數(shù)據(jù)精度控制在0.05 mm[ 3]"以內(nèi)，并且可以快速完成3D造型圖的搭建，對提高眼鏡框模具的生產(chǎn)質(zhì)量、加快模具制造周期、提高經(jīng)濟(jì)效益等有促進(jìn)作用，因此，基于逆向工程的數(shù)字化分析與眼鏡框模具制造研究，具有推廣及應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：眼鏡框模具" 數(shù)字化掃描與分析 "逆向工程技術(shù) "3D模型

中圖分類號： TS959.6

Research on the Implementation of Reverse Engineering Technology in the Manufacture of Eyeglass frameGlasses Frame Molds

TIAN Xiaobo

Wenzhou Lishang Glasses Manufacturing Co.， Ltd.， Wenzhou， Zhejiang Province， 325019 China

Abstract： Digital scanning and 3D model construction based on reverse engineering technology can promote effect on improving the accuracy and smoothness of eyeglassglasses frame molds.， Ttherefore， combined with the production and manufacturing needs of eyeglassglasses frame molds， the basic data of eyeglassglasses frame molds are extracted， noise reduced， and discretized.discrete processing， etc.， "and Tthe contour curve analysis， surface design， and 3D model construction and other steps of eyeglassglasses frame molds are completed under the use of reverse engineering technology， and the eyeglassglasses frame molds are generated from the perspective of production and manufacturing. The results show that the accuracy of the point cloud data of the eyeglassglasses frame mold can be controlled within 0.05mm through the reverse engineering software operation， and the construction of the 3D modeling drawing can be quickly completed， which can promote effect on improving the production quality of the eyeglassglasses frame mold， acceleratinge the mold manufacturing cycle， and improvinge the economic efficiencybenefits. Therefore， digital analysis and research on eyeglass frame mold manufacturing based on reverse engineering have promotion and application value.

Key Wwords： EyeglassGlasses frame mold; Digital scanning and analysis; Reverse engineering techniquestechnology; 3D model

模具制造技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，對生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)效益等會產(chǎn)生直接的影響，而且，眼鏡框模具制造技術(shù)在發(fā)展中，大多采用激光掃描或3D數(shù)字化技術(shù)，對生產(chǎn)物的輪廓坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并通過計算機(jī)輔助設(shè)計（Computer Aided Design，CAD）[A4]"或計算機(jī)輔助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）系統(tǒng)生成模型，同時，通過數(shù)字化控制及生產(chǎn)管理，達(dá)到模具生產(chǎn)的目的。在這一視角下，從逆向工程技術(shù)的角度對眼鏡框模具制造過程進(jìn)行分析，可以從造型設(shè)計和數(shù)字化分析的角度優(yōu)化眼鏡框模具生產(chǎn)制造過程，這對提高眼鏡框生產(chǎn)質(zhì)量和效率有現(xiàn)實意義。

1" 眼鏡框模具的逆向工程技術(shù)分析

1.1" 技術(shù)操作流程分析

逆向工程技術(shù)是通過數(shù)字化分析，對眼鏡框的模型數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與分析，通過模型重建的方式，建立3D模型，并完成模具的生產(chǎn)參數(shù)設(shè)置，實現(xiàn)眼鏡框模具的生產(chǎn)。逆向工程技術(shù)在實際應(yīng)用中，可以通過計算機(jī)的數(shù)字控制，將眼鏡框模具制作生產(chǎn)出來。在逆向工程中，重點是利用數(shù)字化技術(shù)、曲面重建技術(shù)，整合離散數(shù)據(jù)，通過CAM模型構(gòu)建模具的曲面造型。利用數(shù)字掃描技術(shù)，獲取眼鏡框模具的點云數(shù)據(jù)，并對點云數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，按照眼鏡框模具的輪廓參數(shù)構(gòu)建特征曲線。完成曲線設(shè)計后，分割面域，并根據(jù)離散坐標(biāo)數(shù)據(jù)，構(gòu)建自由曲面。具體的逆向操作流程如圖1所示。

根據(jù)眼鏡框模具的生產(chǎn)制造需求，在利用逆向工程技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)眼鏡框模具的基礎(chǔ)參數(shù)對模具的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取與處理，最后通過CAD軟件建立眼鏡框模具模型?？紤]到眼鏡框模具的精益要求，在對眼鏡框模具的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行掃描中，可以利用Surfacer逆向工程軟件對眼鏡框模具的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將其傳輸?shù)絇ro/engineer進(jìn)行3D造型。建立基礎(chǔ)的3D模型后，可以利用分模技術(shù)對模具的型腔進(jìn)行修飾，并將最終的模型轉(zhuǎn)換到Maslercam編寫程序中，并通過數(shù)據(jù)處理后，生成有效的眼鏡框模具加工代碼。

1.2" 數(shù)據(jù)采集、提取、再處理

眼鏡框本身的形狀具有對稱性，所以左右兩側(cè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)需要保持對稱、一致。在利用激光掃描技術(shù)提取眼鏡框模具的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)階段，可以獲取一半的模型數(shù)據(jù)，并通過Roland激光掃描的方式，以眼鏡框模具的對稱中心軸為定位面，設(shè)置另一層的對應(yīng)參數(shù)。完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集后，可以通過曲面點云數(shù)據(jù)分析與處理，為后續(xù)的眼鏡框模具模型生成提供源數(shù)據(jù)。在進(jìn)行掃描測量中，掃描儀與測量點的距離越小，則點云數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性也會越準(zhǔn)確。點距地數(shù)值大小與掃描儀的精度、實物基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有直接關(guān)系，利用Roland激光掃描儀下，獲得的點云數(shù)據(jù)間距可以精確到0.05 mm，可以滿足眼鏡框模具生產(chǎn)制造的需求。

在獲取點云數(shù)據(jù)后，由于眼鏡框模具的一部分曲面數(shù)據(jù)無法一次性掃描獲得，所以，在掃描過程中，需要移動或旋轉(zhuǎn)實物來獲得全部的點云數(shù)據(jù)。因此，在對眼鏡框模具的點云數(shù)據(jù)進(jìn)行提取的過程中，可以根據(jù)眼鏡框的圓柱面、球面、平面等特殊點信息，完善點云數(shù)據(jù)信息，并以SEC格式將其輸入[ 5]"計算機(jī)中。在獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息后，需要對點云數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾，并通過點陣識別與分析去除點云數(shù)據(jù)中的測量誤差數(shù)據(jù)。

對眼鏡框模具的點云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，應(yīng)在完成降噪處理后，對曲面的控制曲線進(jìn)行分析，分析不同曲線的細(xì)化特征，通過Poin Extract Poin命令，對點云數(shù)據(jù)進(jìn)行分割，并建立點云群，同時，按照組間間距4 mm的距離設(shè)置點云群的等距寬度。

2" 逆向工程技術(shù)視角下眼鏡框模具造型及設(shè)計

2.1" 創(chuàng)建輪廓曲線

根據(jù)眼鏡框模具生產(chǎn)制造需求，在創(chuàng)建3D模型過程中，可以根據(jù)IGS格式的點云數(shù)據(jù)對曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行提取與分類，并按照組間的點云數(shù)據(jù)陣固定不同輪廓的曲線數(shù)據(jù)組，方便后續(xù)創(chuàng)建3D基準(zhǔn)平面。在建立眼鏡框截面輪廓線后，可以輸入操作指令，并以第一組曲線作為基準(zhǔn)平面，通過選擇Spline命令完成眼鏡框輪廓曲線的創(chuàng)建。在對相關(guān)點云數(shù)據(jù)進(jìn)行掃描中，應(yīng)保證點云數(shù)據(jù)分布在Spline曲線兩側(cè)的點數(shù)量保持相同。輪廓兩端的點云數(shù)據(jù)偏離主要輪廓線比較遠(yuǎn)，所以，可以通過后續(xù)倒圓角的方式對離散點進(jìn)行整理，從而完成眼鏡框輪廓曲線的設(shè)計。

在創(chuàng)建眼鏡框的輪廓曲線后，還需要對輪廓曲線進(jìn)行修改。這一階段，可以通過對輪廓曲線的曲率進(jìn)行分析來提高輪廓曲線的光順性。同時，也可以根據(jù)特征線的公差，分析輪廓曲線的一致性和有效性。在輪廓曲線分析與處理的過程中，考慮到邊界點云數(shù)據(jù)的離散問題，可以對邊界軌跡線的點云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，保證截面交點需要在邊界軌跡線上。在創(chuàng)建軌跡線后，可以在截面上選取3個短點，創(chuàng)建上下3條軌跡線，以此來控制形狀變化。

2.2" 模型曲面的創(chuàng)建

在完成輪廓曲線設(shè)計后，可以利用光順處理后的曲線生成曲面。在利用逆向工程軟件中，可以通過菜單命令、按照模型構(gòu)建順序、以最邊緣的輪廓線為邊界線完成模型曲面的創(chuàng)建。完成曲面創(chuàng)建后，根據(jù)曲面的光順性和點云數(shù)據(jù)的連續(xù)性，對曲面的變化過程進(jìn)行分析，在曲率變化比較均勻的情況下，則說明曲面設(shè)計可以滿足實際生產(chǎn)需求。

2.3" 生成模具及分模處理

完成曲面設(shè)計后，根據(jù)眼鏡框模具的基礎(chǔ)參數(shù)，在對眼鏡框的3D模型進(jìn)行設(shè)計中，應(yīng)對模型的參數(shù)進(jìn)行細(xì)化，對輪廓的倒圓角、固定孔等進(jìn)行修訂，并完成單片的眼鏡框造型，生成眼鏡框3D模型。完成3D模型設(shè)計后，還需要對模型腔進(jìn)行拆除，并將模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為IGS格式，為后續(xù)的Mastercam加工提供源代碼數(shù)據(jù)。

2.4" NC代碼輸出

在完成模型數(shù)據(jù)，通過Mastercam打開眼鏡框模型，利用IGS數(shù)據(jù)文件，建立毛坯，并根據(jù)眼鏡框模具的曲面選擇不同的道具和加工工藝。這一階段，需要結(jié)合模型的參數(shù)，對刀具參數(shù)、切削量、加工主軸的轉(zhuǎn)速等進(jìn)行設(shè)置。結(jié)合眼鏡框模具制造需求，在進(jìn)行仿真模擬處理后，可以生成NC加工代碼，并利用數(shù)字控制和機(jī)床加工的方式完成眼鏡框模具的生產(chǎn)制造。

3" 眼鏡框模具制造中逆向工程技術(shù)的應(yīng)用反思

3.1" 逆向工程技術(shù)壁壘分析

在利用逆向工程軟件對眼鏡框模具進(jìn)行模擬與數(shù)據(jù)分析中，處理曲線數(shù)據(jù)時Surfacer還需要與Pro/E、UG等軟件配合對曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行修改。但是，在實際應(yīng)用中，利用Pro/E、UG等軟件讀取眼鏡框模具的點云數(shù)據(jù)量比較大，所以軟件處理難度比較高。因此，在工程操作與數(shù)據(jù)分析處理中，則需要在點云數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上，通過不同軟件的配套應(yīng)用來完成眼鏡框模具的點云數(shù)據(jù)處理，從而提高數(shù)據(jù)處理與操作的有效性。

此外，通過Poin等命令對點云數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化后，可以對點云數(shù)據(jù)、輪廓線坐標(biāo)等進(jìn)行提取，但是，這一過程會出現(xiàn)“點云數(shù)據(jù)提取少，輪廓線的精度不足；提取過多，輪廓線的點云數(shù)據(jù)降噪工作量會增加”的情況，這對眼鏡框模具的點云數(shù)據(jù)處理和曲線設(shè)定精度等會產(chǎn)生直接的影響。

3.2" 眼鏡框模具制造技術(shù)應(yīng)用

利用逆向工程軟件進(jìn)行加工操作與處理中，應(yīng)對模具的數(shù)字化數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)處理與3D模型構(gòu)建、注塑模具與脫模等進(jìn)行綜合處理，對進(jìn)一步提高眼鏡框模具生產(chǎn)制造的有效性有促進(jìn)作用^[1]。在這一視角下，結(jié)合逆向工程技術(shù)與眼鏡框模具制造的綜合需求進(jìn)行技術(shù)更新與創(chuàng)新，具體著手點如下。

（1）提高激光掃描技術(shù)的數(shù)據(jù)采集精度與有效性，而且，在眼鏡框模具掃描與處理中，還可以在激光掃描階段對點云數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪處理，以此提高眼鏡框模具前期數(shù)據(jù)提取與處理的有效性^[2]。

（2）在掃描重建階段，需要結(jié)合眼鏡框模具的基礎(chǔ)參數(shù)，通過點云數(shù)據(jù)對曲線、曲面的模型參數(shù)進(jìn)行再處理，重點是篩除離散數(shù)據(jù)，并且保證最終曲面的數(shù)據(jù)坐標(biāo)結(jié)構(gòu)可以滿足眼鏡框模具生產(chǎn)制造的綜合需求^[3]。

（3）3D模型搭建與脫模處理階段，需要在點云數(shù)據(jù)處理后，結(jié)合眼鏡框模具的前后脫模需求對3D模型的細(xì)節(jié)坐標(biāo)進(jìn)行處理，其中包含倒圓角、輪廓邊緣曲線的光順性等，并在模型生成后，將模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為IGS格式，方便后續(xù)的模具生產(chǎn)代碼應(yīng)用^[4]。

（4）眼鏡框模具的生產(chǎn)制造大多是采用數(shù)字機(jī)床操作的方式對模具進(jìn)行加工^[5]。這一階段，需要重點對進(jìn)刀角度、機(jī)床轉(zhuǎn)速、曲面切入點等進(jìn)行設(shè)定，避免出現(xiàn)加工精度與模具實際參數(shù)偏離的情況。

眼鏡框的材質(zhì)、外形等存在一定的差異，所以，在利用逆向工程技術(shù)對眼鏡框模具進(jìn)行加工中，應(yīng)結(jié)合眼鏡功能，綜合考慮眼鏡框模具曲面弧度、加工工藝對眼鏡框質(zhì)量所產(chǎn)生的影響^[6]。隨著數(shù)字技術(shù)、生產(chǎn)制造技術(shù)水平的不斷提升，在利用數(shù)字掃描和機(jī)床加工操作中，可以對眼鏡框模具的參數(shù)進(jìn)行細(xì)化；并且，為方便模具的加工生產(chǎn)，建立眼鏡框模具的聯(lián)動組件，以便后續(xù)的參數(shù)更新與調(diào)整。

4 結(jié)語

逆向工程軟件在實際應(yīng)用中，其本身屬于開拓性比較強(qiáng)、綜合性比較高的技術(shù)，所以，在眼鏡框模具生產(chǎn)制造中，結(jié)合數(shù)字掃描與模型重建等功能，可以對眼鏡框模具的點云數(shù)據(jù)進(jìn)行快速識別與處理，同時，可以在3D建模分析中解決眼鏡框模具制造中的建模精度問題。在未來的技術(shù)研究中，需要從模具生產(chǎn)要求的角度，細(xì)化數(shù)字處理精度，完善模型建構(gòu)流程，這有助于逆向工程軟件升級應(yīng)用、眼鏡框模具生產(chǎn)制造水平的創(chuàng)新發(fā)展。

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