鸽子固定器逆向建模及创新设计(附件)【字数：9511】
日期 2020年05月02日 本文通过Geomagic Wrap 2015连接扫描仪对实体模鸽子固定器上下壳体，扫描提取点云，处理点云、面片，再通过Geomagic Design X 2019对鸽子固定器上下壳体的逆向造型，对全曲面模型的表面数据采集、模型定位和逆向造型等关键问题做了详细介绍，并完成了该零件的逆向造型。在此基础设计开、合机构和底座，为了验证设计的可用性，通过3D打印，结果相对原先的模型有了显著的使用特性。
目录
引言 1
一、 实物扫描 2
（一）扫描仪标定 2
（二）扫描点云 2
二、 点云、面片处理 3
（一）点云处理 3
（二）面片处理 3
三、 逆向建模 5
（一）模型定位 5
（二）下盖建模 5
（三）上盖建模 7
（四）文件保存 9
四、 设计创新 10
（一）转动连接设计 10
（二）卡扣设计 11
（三）底座设计 11
（四）通风设计 11
（五）文件保存 12
五、 3D打印切片 13
（一）上盖和插销 13
（二）下盖 13
（三）保存文件 13
六、 3D打印及后处理 14
（一）调节机器数据及开始打印 14
（二）后处理 15
七、总结和展望 16
总结 17
参考文献 18
致谢 19
引言
随着中国当前的经济形势发展的日趋好转，在“《中国制造2025》”计划的倡导下，中国的制造业也日趋蓬勃发展，其中便有机床加工、模具、3D打印等，而3D打印技术最早在20世纪80年代中期由美国提出，而中国的3D打印起步时间并不晚，美国是从1986年、1987年开始做的，而中国是从1993年、1994年开始做的。
卢秉恒是毕业于西安交通大学的机械工程专家。卢秉恒1967年毕业于合肥工业大学 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
机械制造工艺与设备专业，现任国务院学位委员会机械学科评议组召集人、国家自然科学基金咨询委员、中国机械工程学会副理事长，中国机械制造工艺协会副理事长等。?
卢秉恒认为，中国的3D打印技术实际上已经接近世界先进水平，但落后于欧美，而落后的原因并不是研发时间晚了几年。
而据2019中国3D打印（北京）展示会上看，从3D打印设备、3D打印软件、3D打印材料、3D打印服务、3D打印配件，现在基本都是发展在世界的前列的，现广泛应用于医学、汽车零件、手机零件、玩具等，而现在3D打印技术的优点就是成本低、设备占地面积小、易操作、技术含量低、低危险、以及3D打印技术可以以更快，更有弹性的办法生产，缺点就是精度、强度要求不高多用于小批量生产。
信鸽是普通的鸽子经过人们的驯化才变成的信鸽，古代人们通常用信鸽进行书信传递。现在还是有着养鸽人，每年还有很多大小的鸽赛，而鸽子在日常和比赛中难免生病、受伤，需要医治，一般会用到鸽子固定器，市场上多数鸽子固定器存在很多缺陷和不足，我设计的鸽子固定器，相对提高了使用方便、人性化及对鸽子的保护，降低对鸽子的损伤，及方便了使用。
本次毕业设计的主要任务是鸽子固定器逆向建模及创新设计。也就是设计一个能够实现使用效率、人性化、实用性的对于养鸽人针对信鸽针的医疗设备，总体就是结合3扫描、逆向建模、正向建模设计对上下壳体连接运动的具体结构，通过此次设计，使我对曲面连接、去面体抽壳的外形逆向设计有了较深的认识。在设计过程中，又通过查阅资料、期刊、手册等，再结合教材上的知识对逆向建模有了较深的认识，拓宽了视野，丰富了知识，在3D打印和加工领域有了更加深刻的学习。
实物扫描
实物扫描是利用扫描仪结合软件wrap 2015对实物进行进行三维数据采集。
（一）扫描仪标定
见图11为标定板，标定的操作需要打开软件wrap2015，打开软件后点击扫描打开扫描页面，切换到标定，新建一个工程后点击开始标定，页面会出现提示，扫描仪有两个头为“P”和“V”，“P”为投射灯，“V”为摄像头，按照步骤，第一步的高度600，默认投影十字和屏幕十字经量重合的高度，第二部和第三步一圈为10算，第四步到第六步标定板不动顺时针每步转动90°，第七步到第十步每步转动后踮起右下角，结果一般我们得出的精度在0.05mm以内，这样也就标定结束了。
图11 标定板图
（二）扫描点云
扫描前先将实物喷上白粉以便于数据采集的完整性，在底盘上再不按顺序的贴上定位点，将底盘倾斜着对着扫描仪，先将上盖竖放在底板上用粘泥将它固定，将wrap的标定切换至扫描，底盘每转60°扫描一次，每扫描一次检查一下是否扫描完整，点云是否对接，扫描采集期间工件相对于底盘不可移动由于两次扫描都扫到了侧面将。将两个工件依照这个方法分别扫描两次，得到4个点云文件。图12为使用的单目三维扫描仪。
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图12 三维扫描仪
点云、面片处理
点云面片处理是为了给后面建模做铺垫，处理少了，后面不好做逆向建模，处理多了，建模模型与实物不符都不行，所以尤为重要。
（一）点云处理
用wrap将4个点云进行点云处理，在做之前必须先将每一个扫描选上才可操作先将没用的点云去除，如果慢慢圈可能会很慢，一般将所扫描的物品大致圈选上，然后鼠标右键菜单中有一个反选，然后其余的杂点就被快速删除了，剩下的边角，先用“体外孤点”敏感度调至85，再用“非连接项”分隔调至低，尺寸5.0，依次删除，因为每次扫描自动拼接会存在一定的误差，所以wrap软件中有一个“全局注册”可以将点云数据更精准的拼接，再用封装将扫描文件合并成一个。因为点云的每个点之间的间距并不均匀，用“减少噪音”调节为“棱柱形(积极)”，“迭代”为1数据，为了查看方便，将点云着色，检查点云没有问题将点云合并成面片，其他3个也如此操作，将得到的面片文件以“STL”格式保存以免丢失。结果见图21
目录
引言 1
一、 实物扫描 2
（一）扫描仪标定 2
（二）扫描点云 2
二、 点云、面片处理 3
（一）点云处理 3
（二）面片处理 3
三、 逆向建模 5
（一）模型定位 5
（二）下盖建模 5
（三）上盖建模 7
（四）文件保存 9
四、 设计创新 10
（一）转动连接设计 10
（二）卡扣设计 11
（三）底座设计 11
（四）通风设计 11
（五）文件保存 12
五、 3D打印切片 13
（一）上盖和插销 13
（二）下盖 13
（三）保存文件 13
六、 3D打印及后处理 14
（一）调节机器数据及开始打印 14
（二）后处理 15
七、总结和展望 16
总结 17
参考文献 18
致谢 19
引言
随着中国当前的经济形势发展的日趋好转，在“《中国制造2025》”计划的倡导下，中国的制造业也日趋蓬勃发展，其中便有机床加工、模具、3D打印等，而3D打印技术最早在20世纪80年代中期由美国提出，而中国的3D打印起步时间并不晚，美国是从1986年、1987年开始做的，而中国是从1993年、1994年开始做的。
卢秉恒是毕业于西安交通大学的机械工程专家。卢秉恒1967年毕业于合肥工业大学 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
机械制造工艺与设备专业，现任国务院学位委员会机械学科评议组召集人、国家自然科学基金咨询委员、中国机械工程学会副理事长，中国机械制造工艺协会副理事长等。?
卢秉恒认为，中国的3D打印技术实际上已经接近世界先进水平，但落后于欧美，而落后的原因并不是研发时间晚了几年。
而据2019中国3D打印（北京）展示会上看，从3D打印设备、3D打印软件、3D打印材料、3D打印服务、3D打印配件，现在基本都是发展在世界的前列的，现广泛应用于医学、汽车零件、手机零件、玩具等，而现在3D打印技术的优点就是成本低、设备占地面积小、易操作、技术含量低、低危险、以及3D打印技术可以以更快，更有弹性的办法生产，缺点就是精度、强度要求不高多用于小批量生产。
信鸽是普通的鸽子经过人们的驯化才变成的信鸽，古代人们通常用信鸽进行书信传递。现在还是有着养鸽人，每年还有很多大小的鸽赛，而鸽子在日常和比赛中难免生病、受伤，需要医治，一般会用到鸽子固定器，市场上多数鸽子固定器存在很多缺陷和不足，我设计的鸽子固定器，相对提高了使用方便、人性化及对鸽子的保护，降低对鸽子的损伤，及方便了使用。
本次毕业设计的主要任务是鸽子固定器逆向建模及创新设计。也就是设计一个能够实现使用效率、人性化、实用性的对于养鸽人针对信鸽针的医疗设备，总体就是结合3扫描、逆向建模、正向建模设计对上下壳体连接运动的具体结构，通过此次设计，使我对曲面连接、去面体抽壳的外形逆向设计有了较深的认识。在设计过程中，又通过查阅资料、期刊、手册等，再结合教材上的知识对逆向建模有了较深的认识，拓宽了视野，丰富了知识，在3D打印和加工领域有了更加深刻的学习。
实物扫描
实物扫描是利用扫描仪结合软件wrap 2015对实物进行进行三维数据采集。
（一）扫描仪标定
见图11为标定板，标定的操作需要打开软件wrap2015，打开软件后点击扫描打开扫描页面，切换到标定，新建一个工程后点击开始标定，页面会出现提示，扫描仪有两个头为“P”和“V”，“P”为投射灯，“V”为摄像头，按照步骤，第一步的高度600，默认投影十字和屏幕十字经量重合的高度，第二部和第三步一圈为10算，第四步到第六步标定板不动顺时针每步转动90°，第七步到第十步每步转动后踮起右下角，结果一般我们得出的精度在0.05mm以内，这样也就标定结束了。
图11 标定板图
（二）扫描点云
扫描前先将实物喷上白粉以便于数据采集的完整性，在底盘上再不按顺序的贴上定位点，将底盘倾斜着对着扫描仪，先将上盖竖放在底板上用粘泥将它固定，将wrap的标定切换至扫描，底盘每转60°扫描一次，每扫描一次检查一下是否扫描完整，点云是否对接，扫描采集期间工件相对于底盘不可移动由于两次扫描都扫到了侧面将。将两个工件依照这个方法分别扫描两次，得到4个点云文件。图12为使用的单目三维扫描仪。
/
图12 三维扫描仪
点云、面片处理
点云面片处理是为了给后面建模做铺垫，处理少了，后面不好做逆向建模，处理多了，建模模型与实物不符都不行，所以尤为重要。
（一）点云处理
用wrap将4个点云进行点云处理，在做之前必须先将每一个扫描选上才可操作先将没用的点云去除，如果慢慢圈可能会很慢，一般将所扫描的物品大致圈选上，然后鼠标右键菜单中有一个反选，然后其余的杂点就被快速删除了，剩下的边角，先用“体外孤点”敏感度调至85，再用“非连接项”分隔调至低，尺寸5.0，依次删除，因为每次扫描自动拼接会存在一定的误差，所以wrap软件中有一个“全局注册”可以将点云数据更精准的拼接，再用封装将扫描文件合并成一个。因为点云的每个点之间的间距并不均匀，用“减少噪音”调节为“棱柱形(积极)”，“迭代”为1数据，为了查看方便，将点云着色，检查点云没有问题将点云合并成面片，其他3个也如此操作，将得到的面片文件以“STL”格式保存以免丢失。结果见图21
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