眼鏡框模具制造中逆向工程技術的實施研究

摘" 要：基于逆向工程技術的數字化掃描以及3D模型構建，對提高眼鏡框模具的精準性、光順性有促進作用，所以，結合眼鏡框模具的生產制造需求對眼鏡框模具基礎數據進行提取、降噪、離散處理等，并在利用逆向工程技術下，完成眼鏡框模具的輪廓曲線分析、曲面設計、3D模型構建等步驟，并從生產制造的角度生成眼鏡框模具。研究結果表明，通過逆向工程軟件操作，可以將眼鏡框模具的點云數據精度控制在0.05 mm[ 3]"以內，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質量、加快模具制造周期、提高經濟效益等有促進作用，因此，基于逆向工程的數字化分析與眼鏡框模具制造研究，具有推廣及應用價值。

關鍵詞：眼鏡框模具" 數字化掃描與分析 "逆向工程技術 "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

模具制造技術的創新發展，對生產質量、生產效益等會產生直接的影響，而且，眼鏡框模具制造技術在發展中，大多采用激光掃描或3D數字化技術，對生產物的輪廓坐標數據進行采集，并通過計算機輔助設計（Computer Aided Design，CAD）[A4]"或計算機輔助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）系統生成模型，同時，通過數字化控制及生產管理，達到模具生產的目的。在這一視角下，從逆向工程技術的角度對眼鏡框模具制造過程進行分析，可以從造型設計和數字化分析的角度優化眼鏡框模具生產制造過程，這對提高眼鏡框生產質量和效率有現實意義。

1" 眼鏡框模具的逆向工程技術分析

1.1" 技術操作流程分析

逆向工程技術是通過數字化分析，對眼鏡框的模型數據進行采集與分析，通過模型重建的方式，建立3D模型，并完成模具的生產參數設置，實現眼鏡框模具的生產。逆向工程技術在實際應用中，可以通過計算機的數字控制，將眼鏡框模具制作生產出來。在逆向工程中，重點是利用數字化技術、曲面重建技術，整合離散數據，通過CAM模型構建模具的曲面造型。利用數字掃描技術，獲取眼鏡框模具的點云數據，并對點云數據進行提取，按照眼鏡框模具的輪廓參數構建特征曲線。完成曲線設計后，分割面域，并根據離散坐標數據，構建自由曲面。具體的逆向操作流程如圖1所示。

根據眼鏡框模具的生產制造需求，在利用逆向工程技術進行生產中，應根據眼鏡框模具的基礎參數對模具的數據進行提取與處理，最后通過CAD軟件建立眼鏡框模具模型。考慮到眼鏡框模具的精益要求，在對眼鏡框模具的基礎數據進行掃描中，可以利用Surfacer逆向工程軟件對眼鏡框模具的基礎數據進行處理，并將其傳輸到Pro/engineer進行3D造型。建立基礎的3D模型后，可以利用分模技術對模具的型腔進行修飾，并將最終的模型轉換到Maslercam編寫程序中，并通過數據處理后，生成有效的眼鏡框模具加工代碼。

1.2" 數據采集、提取、再處理

眼鏡框本身的形狀具有對稱性，所以左右兩側的基礎數據需要保持對稱、一致。在利用激光掃描技術提取眼鏡框模具的基礎數據階段，可以獲取一半的模型數據，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，設置另一層的對應參數。完成基礎數據采集后，可以通過曲面點云數據分析與處理，為后續的眼鏡框模具模型生成提供源數據。在進行掃描測量中，掃描儀與測量點的距離越小，則點云數據的準確性也會越準確。點距地數值大小與掃描儀的精度、實物基礎數據有直接關系，利用Roland激光掃描儀下，獲得的點云數據間距可以精確到0.05 mm，可以滿足眼鏡框模具生產制造的需求。

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

對眼鏡框模具的點云數據進行處理，應在完成降噪處理后，對曲面的控制曲線進行分析，分析不同曲線的細化特征，通過Poin Extract Poin命令，對點云數據進行分割，并建立點云群，同時，按照組間間距4 mm的距離設置點云群的等距寬度。

2" 逆向工程技術視角下眼鏡框模具造型及設計

2.1" 創建輪廓曲線

根據眼鏡框模具生產制造需求，在創建3D模型過程中，可以根據IGS格式的點云數據對曲線數據進行提取與分類，并按照組間的點云數據陣固定不同輪廓的曲線數據組，方便后續創建3D基準平面。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平面，通過選擇Spline命令完成眼鏡框輪廓曲線的創建。在對相關點云數據進行掃描中，應保證點云數據分布在Spline曲線兩側的點數量保持相同。輪廓兩端的點云數據偏離主要輪廓線比較遠，所以，可以通過后續倒圓角的方式對離散點進行整理，從而完成眼鏡框輪廓曲線的設計。

在創建眼鏡框的輪廓曲線后，還需要對輪廓曲線進行修改。這一階段，可以通過對輪廓曲線的曲率進行分析來提高輪廓曲線的光順性。同時，也可以根據特征線的公差，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，考慮到邊界點云數據的離散問題，可以對邊界軌跡線的點云數據進行處理，保證截面交點需要在邊界軌跡線上。在創建軌跡線后，可以在截面上選取3個短點，創建上下3條軌跡線，以此來控制形狀變化。

2.2" 模型曲面的創建

在完成輪廓曲線設計后，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、按照模型構建順序、以最邊緣的輪廓線為邊界線完成模型曲面的創建。完成曲面創建后，根據曲面的光順性和點云數據的連續性，對曲面的變化過程進行分析，在曲率變化比較均勻的情況下，則說明曲面設計可以滿足實際生產需求。

2.3" 生成模具及分模處理

完成曲面設計后，根據眼鏡框模具的基礎參數，在對眼鏡框的3D模型進行設計中，應對模型的參數進行細化，對輪廓的倒圓角、固定孔等進行修訂，并完成單片的眼鏡框造型，生成眼鏡框3D模型。完成3D模型設計后，還需要對模型腔進行拆除，并將模型數據轉化為IGS格式，為后續的Mastercam加工提供源代碼數據。

2.4" NC代碼輸出

在完成模型數據，通過Mastercam打開眼鏡框模型，利用IGS數據文件，建立毛坯，并根據眼鏡框模具的曲面選擇不同的道具和加工工藝。這一階段，需要結合模型的參數，對刀具參數、切削量、加工主軸的轉速等進行設置。結合眼鏡框模具制造需求，在進行仿真模擬處理后，可以生成NC加工代碼，并利用數字控制和機床加工的方式完成眼鏡框模具的生產制造。

3" 眼鏡框模具制造中逆向工程技術的應用反思

3.1" 逆向工程技術壁壘分析

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

此外，通過Poin等命令對點云數據進行優化后，可以對點云數據、輪廓線坐標等進行提取，但是，這一過程會出現“點云數據提取少，輪廓線的精度不足；提取過多，輪廓線的點云數據降噪工作量會增加”的情況，這對眼鏡框模具的點云數據處理和曲線設定精度等會產生直接的影響。

3.2" 眼鏡框模具制造技術應用

利用逆向工程軟件進行加工操作與處理中，應對模具的數字化數據提取、數據處理與3D模型構建、注塑模具與脫模等進行綜合處理，對進一步提高眼鏡框模具生產制造的有效性有促進作用^[1]。在這一視角下，結合逆向工程技術與眼鏡框模具制造的綜合需求進行技術更新與創新，具體著手點如下。

（1）提高激光掃描技術的數據采集精度與有效性，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據進行降噪處理，以此提高眼鏡框模具前期數據提取與處理的有效性^[2]。

（2）在掃描重建階段，需要結合眼鏡框模具的基礎參數，通過點云數據對曲線、曲面的模型參數進行再處理，重點是篩除離散數據，并且保證最終曲面的數據坐標結構可以滿足眼鏡框模具生產制造的綜合需求^[3]。

（3）3D模型搭建與脫模處理階段，需要在點云數據處理后，結合眼鏡框模具的前后脫模需求對3D模型的細節坐標進行處理，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，將模型數據轉化為IGS格式，方便后續的模具生產代碼應用^[4]。

（4）眼鏡框模具的生產制造大多是采用數字機床操作的方式對模具進行加工^[5]。這一階段，需要重點對進刀角度、機床轉速、曲面切入點等進行設定，避免出現加工精度與模具實際參數偏離的情況。

眼鏡框的材質、外形等存在一定的差異，所以，在利用逆向工程技術對眼鏡框模具進行加工中，應結合眼鏡功能，綜合考慮眼鏡框模具曲面弧度、加工工藝對眼鏡框質量所產生的影響^[6]。隨著數字技術、生產制造技術水平的不斷提升，在利用數字掃描和機床加工操作中，可以對眼鏡框模具的參數進行細化；并且，為方便模具的加工生產，建立眼鏡框模具的聯動組件，以便后續的參數更新與調整。

4 結語

逆向工程軟件在實際應用中，其本身屬于開拓性比較強、綜合性比較高的技術，所以，在眼鏡框模具生產制造中，結合數字掃描與模型重建等功能，可以對眼鏡框模具的點云數據進行快速識別與處理，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。在未來的技術研究中，需要從模具生產要求的角度，細化數字處理精度，完善模型建構流程，這有助于逆向工程軟件升級應用、眼鏡框模具生產制造水平的創新發展。

參考文獻

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