本發(fā)明涉及cad建模領(lǐng)域，特別是涉及基于布爾運(yùn)算與逆向工程精確修改原cad模型的方法。

背景技術(shù)：

硅橡膠?？焖?gòu)?fù)模技術(shù)作為注塑成型的一種，具有制作周期短、成本低、彈性好、工件易于脫模等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于性能測(cè)試等小批量模具的生產(chǎn)。但是快速成型硅膠模具制作過(guò)程中會(huì)因?yàn)椴牧媳旧砦锢硇再|(zhì)而產(chǎn)生誤差，比如硅膠的擠壓產(chǎn)生的彈性形變，重力作用產(chǎn)生的彈性形變，材料的收縮率等等，這些都會(huì)對(duì)澆注件成型帶來(lái)不可忽視的影響。傳統(tǒng)提高精度的方法主要是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行多次測(cè)量來(lái)估計(jì)誤差并對(duì)原模型進(jìn)行補(bǔ)償與優(yōu)化，徐聯(lián)強(qiáng)等基于逆向工程通過(guò)對(duì)零件的改型設(shè)計(jì)提高制造精度，此法只是針對(duì)表面現(xiàn)象對(duì)零件進(jìn)行修改，并沒(méi)有分析出影響零件精度的本質(zhì)因素同時(shí)也沒(méi)有明確提出修改方法；如今隨著cae技術(shù)的發(fā)展，歐智華等通過(guò)moldflow軟件對(duì)硅膠模真空注型過(guò)程進(jìn)行了流動(dòng)性分析與翹曲分析。由于目前注塑分析軟件幾乎是按照傳統(tǒng)注塑成型過(guò)程來(lái)分析，而硅膠模復(fù)模與傳統(tǒng)注塑成型在模具變形情況，澆口出剪切速率、剪切壓力，制品冷卻條件等方面有一定的差異，如果按照傳統(tǒng)分析過(guò)來(lái)來(lái)分析澆注過(guò)程，很難考慮硅膠模復(fù)模過(guò)程的特點(diǎn)，完全從理論上來(lái)進(jìn)行分析，分析沒(méi)有針對(duì)性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于布爾運(yùn)算與逆向工程精確修改原cad模型的方法，利用手持式掃描儀對(duì)用硅膠模具復(fù)模得到的注型件進(jìn)行掃描，通過(guò)逆向工程對(duì)獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與三維模型重建，將重建的模型與原cad模型進(jìn)行擬合與誤差分析，在誤差分析的基礎(chǔ)上精確分析影響注型件精度的因素，并根據(jù)主要影響因素對(duì)cad模型進(jìn)行誤差補(bǔ)償，從而精確提高模型精度，為達(dá)此目的，本發(fā)明提供一種基于布爾運(yùn)算與逆向工程精確修改原cad模型的方法，具體步驟如下：

1）在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)出cad模型；

2）通過(guò)3d打印或cnc加工的方法制造出原模型，將原模型稱為模型一；

3）利用硅膠模復(fù)模技術(shù)，根據(jù)模型一制作出硅膠模具并進(jìn)行真空注型，得到一次復(fù)模的成品，稱之為成品一；

4）利用手持式掃描儀對(duì)成品一進(jìn)行掃描，得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

5）將點(diǎn)云數(shù)據(jù)在geomagicstudio軟件中進(jìn)行處理，分別運(yùn)用刪除非連接項(xiàng)、刪除體外孤點(diǎn)、減少噪音、封裝、按曲率填充單個(gè)孔、快速光順、去除特征、網(wǎng)格醫(yī)生相應(yīng)命令對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與篩選，保留誤差較小的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

6）將處理好的點(diǎn)云數(shù)據(jù)在geomagicstudio軟件中進(jìn)行特征提取，根據(jù)處理好的點(diǎn)云數(shù)據(jù)運(yùn)用擬合命令，從中提取出精確的模型特征，將提取好特征的模型稱為模型二；

7）將提取好特征的模型與cad模型一同導(dǎo)入到geomagiccontrol軟件中，設(shè)置cad模型為reference,提取好特征的模型為test，利用test中的特征與reference中的特征將兩模型進(jìn)行基于特征的對(duì)齊，為了消除人為對(duì)齊誤差，再將兩模型進(jìn)行最佳擬合對(duì)齊；

8）對(duì)對(duì)齊好的模型進(jìn)行誤差分析，運(yùn)用3d比較命令，設(shè)置誤差色譜，得出成品一與cad模型的誤差分析報(bào)告，并進(jìn)行誤差色譜分析；

9）在誤差分析報(bào)告的基礎(chǔ)上，根據(jù)誤差色譜圖，得出各處誤差尺寸，總結(jié)分析影響成品一精度的因素，根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)中對(duì)成品一精度的要求，找出對(duì)成品精度影響較大的因素；

10）在有限元分析軟件ansys中，對(duì)由誤差分析報(bào)告總結(jié)出的因素如何影響成品一的精度進(jìn)行精確分析，并將精確分析結(jié)果與實(shí)際情況進(jìn)行對(duì)照，確保分析的準(zhǔn)確性；

11）在有限元精確分析各主要因素如何影響成品一精度的基礎(chǔ)上，根據(jù)誤差尺寸修改cad模型，由于一般誤差尺寸不能精確求出，故對(duì)cad模型尺寸的修改按以下步驟；

步驟一，首先在magic軟件中求出模型二與cad模型的質(zhì)心；

步驟二，將模型二與最初的cad原型件在magics軟件中進(jìn)行質(zhì)心對(duì)齊，使兩模型空間上的基準(zhǔn)位置統(tǒng)一；

步驟三，對(duì)對(duì)齊好的兩模型進(jìn)行布爾運(yùn)算，將cad原型件模型在magics軟件環(huán)境下“差”去模型二的模型，得到一個(gè)新模型稱為模型三；

步驟四，將模型三在geomagic-studio軟件中對(duì)模型的每個(gè)面獨(dú)立分割出來(lái)；

步驟五，回到magics軟件中進(jìn)行補(bǔ)償，以cad模型外側(cè)平面為鏡像平面，將第一次布爾運(yùn)算后分割的獨(dú)立面逐個(gè)進(jìn)行鏡像對(duì)稱形成副本，并刪除原獨(dú)立面；

步驟六，再次將所有鏡像后的獨(dú)立面和cad模型進(jìn)行“并”的布爾運(yùn)算得出初步優(yōu)化模型；

步驟七、將初步優(yōu)化模型導(dǎo)入geomagicstudio軟件中運(yùn)用表面光順與網(wǎng)格醫(yī)生命令，提高模型的表面質(zhì)量，得出最終優(yōu)化模型。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟三利用abs材料進(jìn)行真空注型。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟四手持式掃描儀采用handy-scan手持式掃描儀。

本發(fā)明一種基于布爾運(yùn)算與逆向工程精確修改原cad模型的方法，根據(jù)逆向工程重構(gòu)出一次復(fù)模后成品的模型，將重建的模型與原模型進(jìn)行誤差分析，在誤差分析報(bào)告的基礎(chǔ)上，分析各種因素影響的效果，找出主要影響因素，并根據(jù)主要影響因素進(jìn)行有限元分析，根據(jù)分析結(jié)果基于布爾運(yùn)算對(duì)原cad模型進(jìn)行修改，對(duì)復(fù)模過(guò)程中產(chǎn)生的誤差進(jìn)行補(bǔ)償，最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證優(yōu)化方案。本方法與傳統(tǒng)的根據(jù)工藝人員與技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)多次試模相比深入了解了影響精度的原因，大大節(jié)省了多次試模的成本；與基于cae對(duì)對(duì)各種因素都分析相比減少了計(jì)算量,指明了分析誤差的方向，提高了效率。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明具體實(shí)施例誤差色譜圖一；

圖2為本發(fā)明具體實(shí)施例誤差色譜圖二；

圖3為本發(fā)明硅膠模具受力分析圖一；

圖4為本發(fā)明硅膠模具受力分析圖二；

圖5為本發(fā)明硅膠在受力作用下的變形圖；

圖6為本發(fā)明復(fù)模后成品尺寸的收縮率與模具型腔壁厚的關(guān)系圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：

本發(fā)明提供一種基于布爾運(yùn)算與逆向工程精確修改原cad模型的方法，利用手持式掃描儀對(duì)用硅膠模具復(fù)模得到的注型件進(jìn)行掃描，通過(guò)逆向工程對(duì)獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與三維模型重建，將重建的模型與原cad模型進(jìn)行擬合與誤差分析，在誤差分析的基礎(chǔ)上精確分析影響注型件精度的因素，并根據(jù)主要影響因素對(duì)cad模型進(jìn)行誤差補(bǔ)償，從而精確提高模型精度。

具體實(shí)施例如下：

1）在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)出cad模型；

2）通過(guò)3d打印或cnc加工的方法制造出原模型，將原模型稱為模型一；

3）利用硅膠模復(fù)模技術(shù)，根據(jù)模型一制作出硅膠模具并進(jìn)行真空注型，得到一次復(fù)模的成品，稱之為成品一；

4）利用handy-scan手持式掃描儀對(duì)成品一進(jìn)行掃描，得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

5）將點(diǎn)云數(shù)據(jù)在geomagicstudio軟件中進(jìn)行處理，分別運(yùn)用刪除非連接項(xiàng)、刪除體外孤點(diǎn)、減少噪音、封裝、按曲率填充單個(gè)孔、快速光順、去除特征、網(wǎng)格醫(yī)生相應(yīng)命令對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與篩選，保留誤差較小的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

6）將處理好的點(diǎn)云數(shù)據(jù)在geomagicstudio軟件中進(jìn)行特征提取，根據(jù)處理好的點(diǎn)云數(shù)據(jù)運(yùn)用擬合命令，從中提取出精確的模型特征，將提取好特征的模型稱為模型二；

7）將提取好特征的模型與cad模型一同導(dǎo)入到geomagiccontrol軟件中，設(shè)置cad模型為reference,提取好特征的模型為test，利用test中的特征與reference中的特征將兩模型進(jìn)行基于特征的對(duì)齊，為了消除人為對(duì)齊誤差，再將兩模型進(jìn)行最佳擬合對(duì)齊；

步驟4-7具體步驟通過(guò)手持式掃描儀handy-scan對(duì)一次復(fù)模后的成品進(jìn)行掃描，獲得點(diǎn)云數(shù)據(jù)。并利用vxelements以及geomagic-studio軟件首先對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除非連接項(xiàng)、體外孤點(diǎn)等處理，在此過(guò)程中控制模型由于點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)化而引起的誤差，保證模型上每個(gè)點(diǎn)誤差范圍均在-0.01mm--+0.01mm；接著將點(diǎn)云數(shù)據(jù)封裝成三角面片，對(duì)模型表面進(jìn)行光順、刪除壞邊等操作，盡量減少處理過(guò)程中引起的誤差。

8）對(duì)對(duì)齊好的模型進(jìn)行誤差分析，運(yùn)用3d比較命令，設(shè)置誤差色譜，得出成品一與cad模型的誤差分析報(bào)告，并進(jìn)行誤差色譜分析；

步驟8在geomagic-control軟件中對(duì)處理完的模型提取平面、圓柱面等特征，并基于這些特征與原cad模型進(jìn)行最佳擬合，接著設(shè)置偏差色譜值進(jìn)行誤差分析，得出誤差分析報(bào)告；

9）在誤差分析報(bào)告的基礎(chǔ)上，根據(jù)誤差色譜圖如圖1和2所示，得出各處誤差尺寸，總結(jié)分析影響成品一精度的因素，根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)中對(duì)成品一精度的要求，找出對(duì)成品精度影響較大的因素；

由誤差報(bào)告圖可以看出在制品底面，誤差波動(dòng)范圍呈現(xiàn)“中間薄，四周厚”的一個(gè)逐漸過(guò)渡的趨勢(shì)，結(jié)合色譜的誤差數(shù)值可以發(fā)現(xiàn)制品底面中間厚度比原模型尺寸小，四周厚度比原始模型尺寸大，結(jié)合上文對(duì)硅膠模復(fù)模與普通注塑成型的不同點(diǎn)來(lái)分析，此現(xiàn)象主要是由于硅膠模本身由于重力產(chǎn)生形變，導(dǎo)致型腔大小改變所致；另外，從制品四壁分析誤差，除了最上面四個(gè)拐角處以外，制品四壁厚度整體與原模型尺寸相比都偏小，結(jié)合目前對(duì)注塑成型誤差分析幾個(gè)方向來(lái)看，此現(xiàn)象主要是由于制品本身的收縮引起的。因此，根據(jù)誤差分析報(bào)告，將此模型利用硅膠模復(fù)模時(shí)影響制品精度的主要因此歸納簡(jiǎn)化為硅膠模自身的變形以及abs材料在固化時(shí)的收縮。

10）在有限元分析軟件ansys中，對(duì)由誤差分析報(bào)告總結(jié)出的因素如何影響成品一的精度進(jìn)行精確分析，并將精確分析結(jié)果與實(shí)際情況進(jìn)行對(duì)照，確保分析的準(zhǔn)確性；

其中主要考慮以下兩個(gè)方面：

1）硅膠模具變形產(chǎn)生的誤差情況如下：

由于硅膠具有彈性，故在外力作用下很容易變形，具體受力分析如圖3和圖4所示：

由力的平衡方程得：

g1=m1g；

f1=f2=f1’=f2’=0.5g1；

g2=m2g；

fn=g1+g2=m1g+m2g；

在本次試驗(yàn)中m1=2.6kg，m2=3.2kg，硅膠彈性模量e為1.2gpa，泊松比為0.48.根據(jù)受力分析圖及硅膠性能的相關(guān)條件通過(guò)ansys對(duì)硅膠進(jìn)行有限元分析，分析硅膠在以上受力作用下的變形情況，結(jié)果如圖5所示：

由有限元分析結(jié)果可以看到，由于硅膠模具本身變形導(dǎo)致制品下表面出現(xiàn)“中間薄，四周厚”的現(xiàn)象。

2）abs自身的收縮情況如下：

abs在冷卻過(guò)程中的收縮主要與模具中型腔的壁厚有關(guān)，根據(jù)多次實(shí)驗(yàn)分析出復(fù)模后成品尺寸的收縮率與模具型腔壁厚的關(guān)系如圖6所示。由圖中所得出的基本規(guī)律是：隨模具型腔壁厚的增加,制品收縮率先變大再變小，利用此圖可以根據(jù)壁厚預(yù)估出復(fù)模后成品的收縮率。

11）在有限元精確分析各主要因素如何影響成品一精度的基礎(chǔ)上，根據(jù)誤差尺寸修改cad模型，由于一般誤差尺寸不能精確求出，故對(duì)cad模型尺寸的修改按以下步驟；

步驟一，首先在magic軟件中求出模型二與cad模型的質(zhì)心；

步驟二，將模型二與最初的cad原型件在magics軟件中進(jìn)行質(zhì)心對(duì)齊，使兩模型空間上的基準(zhǔn)位置統(tǒng)一；

步驟三，對(duì)對(duì)齊好的兩模型進(jìn)行布爾運(yùn)算，將cad原型件模型在magics軟件環(huán)境下“差”去模型二的模型，得到一個(gè)新模型稱為模型三；

步驟四，將模型三在geomagic-studio軟件中對(duì)模型的每個(gè)面獨(dú)立分割出來(lái)；

步驟五，回到magics軟件中進(jìn)行補(bǔ)償，以cad模型外側(cè)平面為鏡像平面，將第一次布爾運(yùn)算后分割的獨(dú)立面逐個(gè)進(jìn)行鏡像對(duì)稱形成副本，并刪除原獨(dú)立面；

步驟六，再次將所有鏡像后的獨(dú)立面和cad模型進(jìn)行“并”的布爾運(yùn)算得出初步優(yōu)化模型；

步驟七、將初步優(yōu)化模型導(dǎo)入geomagicstudio軟件中運(yùn)用表面光順與網(wǎng)格醫(yī)生命令，提高模型的表面質(zhì)量，得出最終優(yōu)化模型。

實(shí)際運(yùn)用中得到最終優(yōu)化模型后還可以將優(yōu)化后的模型通過(guò)3d打印的方法，打印出工件，并以此為基礎(chǔ)再進(jìn)行一次復(fù)模過(guò)程。再將二次復(fù)模得到的成品通過(guò)掃描與處理再次生成三維模型，并與cad模型進(jìn)行誤差分析，得出誤差分析報(bào)告，驗(yàn)證上述步驟的可行性，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證可行性極高。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非是對(duì)本發(fā)明作任何其他形式的限制，而依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)所作的任何修改或等同變化，仍屬于本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍。