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计算机技术学 一款电话外型蓝牙音箱的逆向设计探析

博今文化 / 2020-02-17

  摘    要: 应用逆向工程技术可借助现有产品外型完成功用改良,协助设计师进步设计效率,完成设计创新。文章以一款电话外型的蓝牙音箱为例,重点引见了逆向工程技术在产品创新设计中的完成办法,讨论了采用逆向设计办法停止创新设计时的技术要点。

  关键词: 逆向工程技术; 创新; Geomagic软件;

一款电话外型蓝牙音箱的逆向设计探析

  引言

  逆向工程(Reverse Engineering,RE),又称反求工程,即应用三维扫描仪获取样件外表信息,经逆向软件处置后,再停止数字化模型重构,进而加工出产品的一种先进制造技术。逆向工程技术优势在于可借助现有产品外观,完成功用改进,或者外型改良,可俭省设计周期,因而在产品创新设计中具有比拟大的适用空间。

  随着逆向设计及3D打印技术的开展,个性化定制产品的需求呈现增加的趋向。本文采用逆向设计手腕,对某仿真复古电话储钱罐停止改良,设计出一款电话外型的蓝牙音箱,丰厚了普通蓝牙音箱的简单外型,完成了快速设计、个性化设计,进而总结出采用逆向设计手腕停止产品创新时需求留意的中央。

  1、 创新过程剖析

  爱因斯坦曾指出:“提出(发现)一个问题常常比处理一个问题更为重要……提出新的问题、新的可能性,重新的角度看旧问题,就需求发明性的想象力……”。颜惠庚在《技术创新办法实战》一书指出,所谓问题,就是系统应该或希望具有的理想状态与其目前状态之间的差距。因而,无论采用正向或逆向设计办法,首先务必明白要处理的问题。例如本设计,设计目的盘绕如何改动蓝牙音箱的外观外型。采用逆向设计手腕,经过现有产品设计一个新产品,首先应在剖析功用和外型构造根底上,剖析两个产品之间的类似相通之处及改良的可行性。新产品的功用必需稳定、完善,外观外型应美观、谐和,改良设计不应牵强僵硬,且契合一定的人机工程学设计原理。其次,剖析功用硬件构造,肯定硬件构成、尺寸规格及装置固定方式。第三,采集样件外观数据,处置后重新构建CAD数字模型,再依据装配需求停止构造设计。大局部新产品除外观有所变卦外,由于添加了硬件,构造上都需求有改良,而此时设计者必需从资料、消费工艺、经济本钱等多个方面停止思索,科学设计。最后,应用3D打印技术快速制造样机,检验功用硬件与壳体的装配关系,找出问题,完善数字模型。重复修正,最终完成新产品的创新设计。

  2、 硬件构造剖析

  蓝牙音箱普通由外壳、芯片、扬声器、电池及USB接口组成。硬件构造是外壳尺寸和固定构造设计的根据,设计前须重复实验,以期硬件到达非常稳定的功用,肯定硬件构造。本设计采用某类型蓝牙芯片,尺寸缺乏30×15mm,体积小,且自带USB接口,可直接经过数据线供电,也可选择电池供电,功用比拟稳定。

  3、 逆向设计过程

  3.1、 外壳数据采集

  三维扫描仪包括光栅三维扫描仪(也称拍照式三维扫描仪)和激光扫描仪。光栅三维扫描包括白光扫描或蓝光扫描等,激光扫描仪可分为点激光、线激光、面激光。光栅三维(白光扫描)扫描仪工作原理是首先将白光投射到被测物体上,运用两个有夹角的摄像头对物体停止同步取像,之后对所取图像停止解码、相位操作等计算,最终对物体各像素点的三维坐标停止计算。而激光扫描仪采用的是激光测距的方式,即经过对被测物体外表大量点的三维坐标、纹理、反射率等信息的采集,来对其线面体和三维模型等数据停止重建。

  工业产品逆向设计中光栅三维扫描仪和激光扫描仪都适用,详细采用哪品种型扫描仪需求依据扫描范围、扫描精度请求、设备本钱而定。为了保证逆向设计的精度,保证重构模型对原型的复原度,外观数据扫描时应保证:(1)数据完好;(2)杂点、噪音点尽量少;(3)点云尽量规整平滑;(4)保存其原始特征。扫描前需求粘贴标志点,粘贴请求如图1所示。

  图1 粘贴目的点
图1 粘贴目的点

  3.2、 点云数据处置

  由于受外界光线和被测工件外表质量的影响,采集数据时经常会呈现一些异常点,影响曲面重构的准确性。为保证后续曲面重构数据的准确性,需求去除这些异常点,故在停止模型的逆向重构前需求先对扫描所得点云数据停止预处置。目前比拟盛行的点云处置工具是Geomagic Wrap和Geomagic Studio软件,应用该软件能够将三维扫描取得的.TXT格式的三维点数据转化为.STL格式的三角面片,最终处置结果如图2所示。

  图2 处置完好结果
图2 处置完好结果

  3.3、 逆向建模

  逆向设计中心是数字化模型重构,普通来说,请求新模型的精度高,与原型之间偏向小,模型重构时首先要依据产品外型构造特性停止建模剖析。以电话机机座逆向设计为例,该机座主要由底座外型、侧面曲面构成的根底主体和上面的电话支架、拨号盘等外型构成。根底主体为曲面外形,能够采用范畴组拟合办法创立曲面,底座外型和支架局部的外型采用面片草图的方式,由平面直接截切面片,得到这一特征的断面轮廓,再依据轮廓曲线绘制图形,采用拉伸等命令创立实体或者曲面。最后采用曲面切割实体的方式,以及实体兼并的方式得到完好的电话机座外型。

  需求留意一点,采用逆向工程停止创新设计时,并非一切构造都必需运用逆向软件来完成,需求保存的外观外型应停止重构,而其他构造局部采取正向手腕也可完成,本例中,拨号盘将被设计成音箱的喇叭,装置扬声器,因而拨号盘不需求停止逆向建模,而是在其他建模软件,如Pro/Engineering软件中采用正向建模方式停止外型设计,如图3所示。能否采取逆向或正向建模,需求依据产品中构造的设计请求而定。

  同样道理,开关和USB接口也采用Pro/Engineering软件停止正向设计,电话机座主要建模过程如图4所示。

  4、 创新设计

  采用逆向手腕对产品外壳停止重构之后,即取得了基于现有产品的外观CAD三维数据,在此根底上设计者需依据装配请求停止构造完善。本例中,需求将机座底部做成可拆卸构造,以便装置蓝牙电路。因而需求再为其设计个底板。底板建模可在Pro/Engineering软件中完成。Pro Engineering软件是比拟常用的工业产品设计软件,它的装配模块能够完成关联零件之间的尺寸配合设计。经过装配模型参照电话机座尺寸停止底板的正向建模,这样设计的优势是使后者与前者圆满吻合,构成一个完好的音箱腔体。同时,在Pro/Engineering软件中完成电池、芯片和线路的固定构造设计。

  图3 电话机座外型剖析
图3 电话机座外型剖析

  图4 电话机座主要建模过程
图4 电话机座主要建模过程

  此外,应用逆向取得的CAD三维数据丰厚产品功用也非常便当,本例中在音箱壳体内中间偏下方的位置设计一块隔离储钱空间,这样能够在现有产品功用根底上提升其运用价值。

  5 、完毕语

  逆向工程作为产品创新设计办法之一,其优势在于可借助现有产品外观外型完成快速设计,并有助设计人员发挥发明力,从功用上停止创新。基于逆向技术停止创新设计时,并非只能够采用逆向建模手腕,而是依据构造特性和设计需求,灵敏运用正向建模和逆向建模手腕。