基于數(shù)碼圖片特征的產(chǎn)品建模和快速制造

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1、基于數(shù)碼圖片特征的產(chǎn)品建模和快速制造

2、第1...傳統(tǒng)的產(chǎn)品設計制造一般首先由造型設計師開始，根據(jù)產(chǎn)品要求和構(gòu)思做出草圖，或者由設計師根據(jù)實物原型構(gòu)思，通過石膏模型來反求原物，經(jīng)過不斷的修改完成原型設計，然后結(jié)構(gòu)工程師確定出產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設計，根據(jù)消費市場需要，制作不同比例的原型，最后進行模具的制造，以便使產(chǎn)品能夠大量生產(chǎn)。然而在許多情況下，并沒有實物模型，也沒有產(chǎn)品的圖紙，而只有數(shù)碼圖片，該圖片可能是產(chǎn)品原創(chuàng)造型的設計，或者可能含有產(chǎn)品設計的重要特征。在此情況下，如果能夠根據(jù)數(shù)碼圖片信息使產(chǎn)品模型化，

3、甚至開發(fā)出相應的模具，將是產(chǎn)品原創(chuàng)設計制造的一個簡單有效方案。在本文中首先介紹了一種基于數(shù)碼圖片的產(chǎn)品CAD設計方法，在虛擬的計算機環(huán)境中(本文中使用的設計環(huán)境是Pro/Engineer三維造型軟件)對產(chǎn)品進行三維造型，使數(shù)據(jù)圖片的二維特征生成具有關鍵設計信息的三維模型，然后將該模型數(shù)據(jù)輸人到快速成型機中，就可以很快制造出產(chǎn)品的原型，用于設計評價或者市場調(diào)研，對于單件產(chǎn)品也可以經(jīng)過后期處理后直接成為最終的產(chǎn)品。制作出的快速原型如果能夠結(jié)合其他制造工藝還可以做出不同類型的快速模具，用于批量生產(chǎn)。本文

4、中采用SLA快速原型和硅橡膠制模工藝快速制造出了硅橡膠模具，可以用于真空注型產(chǎn)品的小批量制造。1基于數(shù)碼圖片特征和Pro/Engineer環(huán)境的產(chǎn)品快速建模在互聯(lián)網(wǎng)或者圖片庫，甚至自己拍攝的數(shù)碼照片中，往往有一些信息會激發(fā)產(chǎn)品設計或者制造者的靈感，將其中的部分特征運用到產(chǎn)品中。但是數(shù)碼圖片是二維平面的，而產(chǎn)品模型往往是三維的，如果將二維平面特征用到三維的產(chǎn)品建模中，需要將所需要的特征提取出來，根據(jù)設計需求修改后體現(xiàn)在三維CAD設計中，這個過程是通過CAD設計軟件來完成的。在本文中采用Pro/Eng

5、ineer軟件。PRO/Engineer是美國PTC公司的產(chǎn)品，具有強大的實體建模、裝配、工程分析等功能，模塊眾多，特別適合于各類產(chǎn)品的三維設計。廣泛應用于電子、通訊、機械、模具、工業(yè)設計、汽車、航天、家電、玩具等各行業(yè)，特別是在模具設計和制造行業(yè)中，已廣泛利用其強大的造型功能，準確完整地表達和描述模具的復雜曲面和實體造型。在本文中使用該軟件進行圖片關鍵特征的提取及其三維模型生成。以一個圖片實例介紹產(chǎn)品建模的過程，如圖l所示。圖片中龍的造型非常有特色，想要根據(jù)此龍的造型制作桌面工藝品。首先需要在圖

6、片中提取龍的特征曲線，并且進行修改.然后生成三維模型，最后添加部分特征完成產(chǎn)品設計。從圖1中可以看到產(chǎn)品造型比較復雜，有著不規(guī)則的外形，并且其表面多為曲面。用一般的拉伸、旋轉(zhuǎn)命令是很難做到的，如果在ISDX下制作那些曲面的話，就可以相對容易地達到理想的效果?；跀?shù)碼圖片特征的產(chǎn)品建模過程如圖2所示。首先根據(jù)PRO/E提供的眼蹤草繪功能獲取一些重要的點，他們帶有圖形的特征信息，再通過這些點做曲線，然后通過曲線來構(gòu)件曲面，最后生成實體。其設計思路為點→線→面→實體。設計步驟為:(1)進人PRO/E環(huán)境

7、后，首先建立一個"零件"(.PRT)文件。(2)打開下拉式菜單Insert-Style進入造型特征，然后點選TraceSketch，即跟蹤草繪功能。在TraceSketch對話框中可以看見三個選項，即三個不同的視圖，這表明ProlE可以提供至少從三個視圖對圖片提取輪廓信息。選擇Front面當作底面，并選取所需的圖片鋪在底面上以進行描繪，為了使圖片更加清晰，可以在屬性欄(Properties)中將Translate設置為零。在圖片的左右兩邊各有一條黃錢，移動此錢可以選擇所需要的圖片尺寸的大小，同樣可

8、以調(diào)節(jié)上下區(qū)域的高度，當調(diào)節(jié)好圖片的位置后，我們就開始對圖l中龍的輪廓線進行繪制。(3)點選Front面作為基準面，此面上就會出現(xiàn)網(wǎng)格，也就是表示此面為活動平面。改選左下角為Plannar，開始平面曲線的繪制，為了使做出來的原型更加精確，可以放大圖片。沿著圖形的輪廓選取若干個點，通過曲線將這些點連接，即可得到所需圖形的大概輪廓。同時值得注意的是，為了得到質(zhì)量好的曲線，點的數(shù)量盡量少取。其命令為Settheactivedatumplane-Fronr-CreateCures-Planar。當輪廓線描

9、繪完畢后，如果對其中的某些部分不滿意，可以通過Curveedit來編輯曲線，并可同時配合曲率圖修改，直到滿意為止。提取并修改后的特征曲線如圖3a所示。(4)由于輪廓曲線還是平面圖形，而需要得到三維實體模型以用于產(chǎn)品制造，因此需要將此特征曲線根據(jù)產(chǎn)品設計需要進行三維實體化。先做一個基準面，使之平行于Front面，兩面間距適當即可，選擇需要的特征曲線段，將其投影到新建的基準面上。其操作如下:點下落曲線一點引伸曲面(即Front面)一點剛產(chǎn)生的曲面(即DTMI)-選DTMI為下落方向一點