逆向工程在塑料牙刷生產(chǎn)中的運(yùn)用分析

摘要：牙刷在人們的日常生活中屬于易耗品，塑料牙刷的生產(chǎn)隨著科技的進(jìn)步，工藝在不斷改進(jìn)優(yōu)化。在生產(chǎn)塑料牙刷的過(guò)程中，將逆向工程運(yùn)用其中，通過(guò)產(chǎn)品模型的數(shù)據(jù)逆向設(shè)計(jì)注塑模具，這樣在進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)就能提高效率，使牙刷的生產(chǎn)能夠批量進(jìn)行。而這種逆向設(shè)計(jì)模具的方式在模具制造中也能夠得到大力的應(yīng)用。本文對(duì)塑料牙刷生產(chǎn)中逆向工程的應(yīng)用進(jìn)行了分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：塑料牙刷;逆向工程;生產(chǎn);應(yīng)用

塑料牙刷在生產(chǎn)中缺少適合的檢驗(yàn)工具，所以對(duì)于尺寸的檢測(cè)相對(duì)來(lái)講較為繁瑣，在生產(chǎn)周期以及成本投入方面都有不利的影響，將逆向工程應(yīng)用其中，可以通過(guò)對(duì)牙刷數(shù)據(jù)的獲取來(lái)反向設(shè)計(jì)模具，這樣牙刷生產(chǎn)的質(zhì)量和效率都能夠得到較好的提高。

1.逆向工程概述

通常產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程主要是指從結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)到產(chǎn)品形成的過(guò)程，也就是說(shuō)，設(shè)計(jì)人員需要先將產(chǎn)品的性能、外觀以及相關(guān)的工藝參數(shù)等構(gòu)思出來(lái)，接著進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)，以此得到數(shù)據(jù)的模型，然后進(jìn)行研發(fā)，最終出產(chǎn)品。這種產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程屬于正向工程，也是最基本進(jìn)行的流程。而相反的，逆向工程簡(jiǎn)單來(lái)講就是從產(chǎn)品倒推到設(shè)計(jì)，具體是指結(jié)合已經(jīng)存在的產(chǎn)品，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的相關(guān)數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)進(jìn)行倒推的過(guò)程。逆向工程在模具制造方面有較好的應(yīng)用，最早的船舶行業(yè)中有關(guān)船體的放樣設(shè)計(jì)就是應(yīng)用了逆向工程[1]。

2.逆向工程應(yīng)用的重要作用

逆向工程在產(chǎn)品的尺寸檢測(cè)、產(chǎn)品仿制以及新產(chǎn)品研發(fā)中有較好的應(yīng)用，其應(yīng)用過(guò)程中具體的優(yōu)勢(shì)有，能夠使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研發(fā)周期縮短，有了已經(jīng)存在的產(chǎn)品，對(duì)其設(shè)計(jì)進(jìn)行倒推，能夠使產(chǎn)品的更新升級(jí)加快。另外，能夠使新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的成本投入減小，降低風(fēng)險(xiǎn)，減少了不斷試驗(yàn)優(yōu)化的過(guò)程，從已知產(chǎn)品中進(jìn)行反向思考，可以減少成本的浪費(fèi)。再者，對(duì)于小批量的部件制造較為適用，特別是在模具的制造中，可以進(jìn)行直接制模也可以間接制模。直接法就是利用CAD的結(jié)果直接制造成型，不需要樣件，也不會(huì)過(guò)多的依靠傳統(tǒng)模具制造方式，模具制造方面有較好的應(yīng)用前景。而間接法就是制造產(chǎn)品部件原型，將原型作為母模，與制模工藝結(jié)合將需要的模具制造出來(lái)[2]。

3.塑料牙刷生產(chǎn)中逆向工程的應(yīng)用

3.1收集坐標(biāo)數(shù)據(jù)

在逆向工程的應(yīng)用中，收集坐標(biāo)數(shù)據(jù)是首要的工作，這是處理數(shù)據(jù)、建立模型的最基本的工作。通常在收集數(shù)據(jù)時(shí)，主要的方法有利用簡(jiǎn)易的工具進(jìn)行手工測(cè)量，或者是通過(guò)測(cè)量機(jī)機(jī)械的測(cè)量三維坐標(biāo)的有序點(diǎn)數(shù)據(jù)，又或者利用數(shù)字成像、激光掃描測(cè)量三維坐標(biāo)的數(shù)據(jù)，得到無(wú)序的多點(diǎn)云數(shù)據(jù)[3]。在逆向工程中使用較為廣泛的就是光三維掃描儀來(lái)收集數(shù)據(jù)，這種掃描方法主要是借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)以及外形進(jìn)行掃描，然后獲取到產(chǎn)品外表面的三維坐標(biāo)。產(chǎn)品的三維信息能夠以數(shù)字信號(hào)的方式進(jìn)行計(jì)算機(jī)處理，使模具的制造效率得以提升。利用光的反射收集產(chǎn)品的數(shù)據(jù)信息，如果產(chǎn)品顏色深或者是透明、高反光，掃描不易被識(shí)別出來(lái)，需要對(duì)產(chǎn)品的表面進(jìn)行處理，使其能夠正常反光時(shí)再收集數(shù)據(jù)。光三維掃描儀的穩(wěn)定性很好，而且掃描的精度很高，其中有自動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)，可以使人工操作量減少，這樣效率和質(zhì)量都能夠得到提高。在進(jìn)行掃描操作之前，還需建立掃描平臺(tái)，給牙刷進(jìn)行噴粉處理后晾干，然后按照掃描的要求給牙刷貼點(diǎn)，接著將其放置在自動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)上，開(kāi)始掃描。

3.3逆向處理

將保存好的兩種格式文件導(dǎo)出后再導(dǎo)入到CAD設(shè)計(jì)軟件中，依照點(diǎn)云和線段，使用三維設(shè)計(jì)軟件對(duì)塑料牙刷進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)，然后對(duì)逆向設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行不斷的優(yōu)化完善，從而獲得滿足要求的模型數(shù)據(jù)，并應(yīng)用到牙刷模具的設(shè)計(jì)中，這樣后續(xù)在生產(chǎn)塑料牙刷時(shí)就可以利用模具批量生產(chǎn)，保證尺寸標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，同時(shí)對(duì)于尺寸的檢測(cè)也更加方便。

4.逆向工程應(yīng)用的關(guān)鍵

4.1 Pro/E軟件介紹

在CAD設(shè)計(jì)軟件中，Pro/E軟件主要是包含設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的機(jī)械自動(dòng)化軟件，在三維造型設(shè)計(jì)中應(yīng)用較為廣泛，屬于參數(shù)化的實(shí)體造型系統(tǒng)，具備數(shù)據(jù)庫(kù)的性能。Pro/E軟件中的高級(jí)曲面擴(kuò)展功能能夠?yàn)槟嫦蚬こ踢M(jìn)行建模和規(guī)范設(shè)計(jì)提供較好的環(huán)境。Pro/E的交互式曲面擴(kuò)展功能對(duì)其處理技術(shù)進(jìn)行了新的定義，具備曲面建模的能力，靈活性較高。設(shè)計(jì)人員能夠在自由化的參數(shù)建模環(huán)境中開(kāi)展工作，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)和工程的集成。在Pro/E軟件中，參數(shù)化建模的基礎(chǔ)上對(duì)形狀多樣的物體進(jìn)行幾何建立，工程設(shè)計(jì)人員能夠有較大的靈活發(fā)揮空間。

4.2 Pro/E軟件曲面建模

在應(yīng)用逆向工程時(shí)，Pro/E軟件的曲面建模是其中的重要工作，在生產(chǎn)塑料牙刷的過(guò)程中，使用逆向工程通常需要制造模具，利用光三維掃描儀對(duì)牙刷的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，然后經(jīng)過(guò)相應(yīng)的軟件處理收集的數(shù)據(jù)信息，從而形成三維框架，將其以igs的格式進(jìn)行保存，接著將處理過(guò)后的文件傳入到Pro/E軟件中，以便能夠?yàn)楹罄m(xù)的設(shè)計(jì)提供幾何參考。利用建模的方法與傳統(tǒng)的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)不同，這種方式以三維模型的尺寸作為前提，主要是以構(gòu)圖手板進(jìn)行設(shè)計(jì)。塑料牙刷生產(chǎn)過(guò)程中，將掃描過(guò)的牙刷模型數(shù)據(jù)作為原型，三坐標(biāo)數(shù)據(jù)體現(xiàn)牙刷的數(shù)字化模型，有了模型數(shù)據(jù)，在Pro/E軟件中進(jìn)行曲面建模時(shí)，在尺寸方面就不會(huì)出現(xiàn)差值，而且牙刷結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)問(wèn)題也能夠反映出來(lái)，對(duì)造型上的要求能夠在模型中進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，這樣牙刷模具的制造就能夠更好的符合具體要求。對(duì)塑料牙刷的建模主要就是通過(guò)Pro/E軟件中的曲面建模功能，借助于計(jì)算機(jī)，能夠進(jìn)行函數(shù)控制，對(duì)圖表進(jìn)行自定義，很多的功能都能夠良好的體現(xiàn)。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，利用掃描儀獲取塑料牙刷的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后通過(guò)相應(yīng)的點(diǎn)云處理軟件，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，利用優(yōu)化完善后的數(shù)據(jù)反向設(shè)計(jì)牙刷生產(chǎn)的模具，這樣可以使牙刷研發(fā)的周期縮短，成本投入減少，對(duì)于牙刷尺寸的檢測(cè)也更加便捷，進(jìn)而提高牙刷生產(chǎn)的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]何靜宇，崇云雪. 逆向工程在塑料牙刷生產(chǎn)中的運(yùn)用[J]. 南方農(nóng)機(jī)，2019（12）：184-184.

[2]張棟良. 逆向工程技術(shù)在塑料模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析[J]. 數(shù)字化用戶，2018，024（028）：96-96.

[3]高東強(qiáng)，楊飛，閆媛媛. 逆向工程在塑料產(chǎn)品及其模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)塑料，2014，28（01）：203-205.

作者簡(jiǎn)介：周招仁 ?19800628 ?男 ? 浙江平陽(yáng) ? 大學(xué)本科 ?助理工程師 ?浙江省超風(fēng)礦用機(jī)械制造有限公司 ?325401 ?礦用機(jī)械設(shè)計(jì)及研發(fā)（卷?yè)P(yáng)機(jī)與絞車等）