（機械制造及其自動化專業(yè)論文）掃描儀自動進紙器的研究與設計.pdf

掃描儀自動進紙器的研究與設計 摘要 本設計在現(xiàn)代產品設計理論的指導下 依據(jù)市場調查掃描儀發(fā)展現(xiàn)狀 引入自頂向下 t o p d o w n 產品設計的理念 以p r o e n g i n e e r 為中心的 一系列軟件做平臺 采用計算機仿真建模 模流分析及模具3 d 設計等先進 設計技術 研究打印機進紙分紙機構的設計形式 并且應用在掃描儀饋紙 式自動進紙器的設計中 最終在選定的機型上設計出一款外形曲線流暢美 觀 進紙分紙機構合二為一 能夠自動掃描5 0 頁文稿并且可以隨意選擇手 動和自動掃描方式的自動進紙器 本設計完成的主要工作有 運用最新的產品設計方法 總體規(guī)劃自動 進紙器與平板掃描儀之間的裝配關系 在研究選定的平板式掃描儀的基礎 上 確定設計中需要的形式 建立了整機的三維實體模型 對打印機 復 印機及印刷機上分紙 進紙機構的發(fā)展現(xiàn)狀作了深入的研究 設計了兩種 進紙分紙機構 最終機構中采用的形式是把取紙和分紙以及進紙集結到一 個滾輪上 簡化了機構的形式 同時采用平行軸齒輪傳動緊湊設計 設計 出齒輪傳動系統(tǒng) 占用空間比現(xiàn)有的結構形式更少 設計新穎 設計的文 檔對齊裝置采用齒輪和兩根齒條配合 實現(xiàn)文檔兩端同時對齊 確保文檔 放置在托紙盤正中間的位置 保證掃描圖像的質量 在整機的設計中 還 運用p r o e n g i n e e r 軟件的仿真模塊對進紙機構進行了結構應力分析和運動 仿真 本文的設計過程建立在虛擬設計理論基礎和關鍵技術平臺上 處理了 大量常規(guī)工程數(shù)據(jù) 大量圖形信息和經驗知識 建立系統(tǒng)的三維實體結構 模型 可以為以后試制物理樣機減少人力 物力資源的浪費 降低產品開 發(fā)費用和成本 簡化產品的設計開發(fā)周期 提高產品的質量與性能 縮短 市場響應時間 本設計是在原有的平板掃描儀之上 設計自動進紙器 既 利用了原有的產品資源 又可以省去大部分開發(fā)費用 提升產品的附加值 最終為企業(yè)提供新的利潤空間 因此具有一定的實際意義 隨著現(xiàn)代科技的高速發(fā)展 高自動化 高精度 高效率已經成為現(xiàn)代 設備最重要的發(fā)展趨勢 研制出具有高自動化水平的辦公設備 不僅能滿 足巨大的市場需求 更能推進我國辦公自動化的快速發(fā)展 具有良好的市 q a 弘0 1 場開發(fā)和應用前景 關鍵詞 產品設計 自頂向下 進紙分紙機構 自動進紙器 模流分析 骨架模型 i i r e s e a r c ha n dd e s i g no na u t o m 喳t i c d o c u m e n t f e e d e r a d f a p p l i e d t os c a n n e r a b s t r a c t t h e p a p e r u n d e rt h eg u i d a n c eo f m o d e r np r o d u c t sd e s i g nt h e o r y a c c o r d i n g t ot h er e s e a r c hf o rd e v e l o p m e n tm a r k e ts u r v e yo fs c a n n e r s i n 仃o d u c e st o p d o w n i d e ao fp r o d u c t d e s i g n t a k i n g p r o e n g i n e e ra st h ec e n t e r p l a t f o r m a d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g ys u c ha sc o m p u t e rs i m u l a t i o n m o u l df l o w a n a l y s i sa n dm o u l df i c t i t i o u sd e s i g na r ea d o p t e d t h em e c h a n i s mo fp a p e r s e p a r a t ea n dp a p e rf e e d i n ga p p l i e do np r i n t e ra n dd u p l i c a t i n gm a c h i n ea r e f u r t h e ri n v e s t i g a t e d s o m en e wm e c h a n i s mi sa p p l i e dt of l a ts c a n n e r sa u t o m a t i c d o c u m e n tf e e d e r a d f a n dt h eg e o m e t r ym o d e li sc o n s t r u c t e db yu t i l i z i n g p r o e a na d fw i t hs m o o t ha n de s t h e t i ca p p e a r a n c ec o n t o u r si sd e s i g n e db a s e d o ntt h es e l e c t e dm o d e l f i n a l l y w h i c h u n i t ep a p e rf e e d i n g a n ds e p a r a t e m e c h a n i s mi n t oo n ea n dc a ns c a n5 0p a g e si nm a n u a la n da u t o m a t i cm o d e f r e e l y t h eg r o u n d w o r ko r i g i n a l l yd e s i g n e da n df i n i s h e di sa sf o l l o w s o nt h e b a s i so fs t u d y i n go nt h es e l e c t e df l a ts c a n n e r t h er e l a t i o nb e t w e e na u t o m a t i c d o c u m e n tf e e d e ra n dt h ef l a ts c a n n e ri sm a s t e rp l a n n e d t h et h r e e d i m e n s i o n a l e n t i t ym o d e lo ft h ec o m p l e t em a c h i n ei ss e tu p a n dt h eo v e r a l ls c h e m eo ft h e a u t o m a t i cd o c u m e n tf e e d e ri sc o n f i r m e d t h ep a p e rs e p a r a t ea n dp a p e rf e e d i n g m e c h a n i s mu s e di np r i n t e ra n dd u p l i c a t i n gm a c h i n ea r eb o t hw e l lr e s e a r c h e d a n dt w of o r m sm e c h a n i s mo fp a p e rs e p a r a t ea n df e e d i n ga r ed e s i g n e d c o m p a r i s o n sb e t w e e nt w of o r m sa r em a d ea n do n eo ft h e mi sa d o p t e dw h i c h u s e so n l yo n er o l l e rt oc o m p l e t ea l la c t i o no f p a p e rs e p a r a t ea n df e e d i n g a to n e t i m eag e a rt r a n s m i s s i o ns y s t e mu s i n gt h ep a r a l l e la x i s d e s i g nm e t h o di s d e s i g n e dw h i c ho c c u p ys m a l l e rs p a c e d e v i c e si no r d e rt om a k et h ep a p e ri n p r e c i s el o c a t i o no r d e r l ya r em a d eu po f g e a r sa n dr a c k s t h ew h o l ed e s i g np r o c e s si sb a s e do nt h e o r i e so fv i r t u a ld e s i g na n dk e y t e c h n o l o g yp l a t f o r m s u p p o s e db yv i r t u a lp r o d u c td e s i g n l a r g eq u a n t i t i e so f c o n v e n t i o n a le n g i n e e r i n gd a t aa n d g r a p h i c a li n f o r m a t i o na r ed e a l tw i t h e n t i t i e s i i i s y s t e m3 dm o d e l sa r ee s t a b l i s h e d a n ds i m u l a t i o ni sc a r r i e do n u s i n gv i r t u a l p r o d u c td e s i g nt e c h n o l o g i e st oa c c o m p l i s ha n a l y t i c a ls t u d i e so ft h ea s s e m b l yo f p r o d u c t s w h i c hc a ng r e a t l yr e d u c et h em a n u a ll a b o ra n df i n a n c i a la n dm a t e r i a l r e s o u r c e sc r e a t e db y p h y s i c a lp r o t o t y p e p r o d u c td e v e l o p m e n tc o s t si sr e d u c e d a n d p r o d u c td e s i g na n dd e v e l o p m e n tc y c l e sa r es i m p l i f i e d p r o d u c tq u a l i t ya n d p e r f o r m a n c ei sa l s oi m p r o v e d m a r k e tr e s p o n s et i m ei ss h o r t e n t h ea u t o m a t i c d o c u m e n tf e e d e ri sd e s i g n e db a s e do nf l a ts c a n n e rw h i c ha l r e a d ye x i s t s oi t m a k e su s eo f t h ee x i s t i n gr e s o u r c e sa n ds a v e sp a r to f t h ed e v e l o p m e n te x p e n s e s b o t hs i d eb ys i d e a n da l s oe n h a n c e st h ev a l u eo ft h ep r o d u c t sa n dp r o v i d e e n t e r p r i s e sw i t han e wp r o f i ts p a c e a n dt h e r e f o r eh a v eac e r t a i np r a c t i c a l s i g n i f i c a n c e w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fm o d e ms c i e n c ea n dt e c h n o l o g y h i 曲 p r e c i s i o n h i g ha u t o m a t i z a t i o na n dh i g he f f i c i e n c yh a v eb e c o m et h em o s t i m p o r t a n tt r e n do fc u r r e n tm a c h i n e d e v e l o p i n gt h eo f f i c e e q u i p m e n tw i t hh i 曲 a u t o m a t i cl e v e la n d h i g he f f i c i e n c yn o to n l ym e e te n o r m o u sm a r k e td e m a n d b u t i a l s op r o m o t ec h i n a sr a p i dd e v e l o p m e n to fo f f i c ea u t o m a t i o n s oi th a sa g o o d m a r k e ta n dd e v e l o p m e n t p r o s p e c t s 稼 k e y w o r d s p r o d u c td e s i g n t o p d o w nd e s i g n p a p e rs e p a r a t ea n df e e d i n g a d f m o l df l o wa n a l y s i s s k e l e t o nm o d e l i v 掃描儀自動進紙器的研究與設計 1 緒論 1 1 引言 隨著計算機的發(fā)展與普及 其外設產品在商業(yè)領域 辦公室及家庭方面的應用也越 來越普及 利用計算機進行資料處理的電子資料系統(tǒng)日益受到重視 然而鍵盤和鼠標只 能簡單地錄入一些文字和表格 打印機也只解決了輸出問題 對于大量的文檔資料和精 美的圖畫進行處理 則需借助計算機的另一個重要的外部設備 掃描儀 它已經和打 印機并列成為普及率最高的外設 特別是上個世紀9 0 年代中期電腦開始普及 處理器速 度和存儲容量迅速提升之后 掃描儀作為輸入影像資料的重要設備開始大量普及 掃描儀 s c a n n e r 是高精度的光機電一體化電腦外設產品 它可以將各種形式的圖 像信息輸入到計算機中 是繼鼠標和鍵盤之后的新一代功能強大的計算機輸入設備 不 僅能輸入文字和表格 還能輸入其他任何圖片和資料 從最直接的圖片 照片 膠片到 各類圖紙圖形以及各類文稿資料都可以用掃描儀輸入到計算機中 從而實現(xiàn)對這些圖像 形式的信息的處理 管理 使用 存貯 輸出等 被廣泛應用到報紙 書刊 出版印刷 廣告設計 工程技術 金融業(yè)務等領域之中 如果能夠配合好的o c r o p t i c a lc h a r a c t e r r e c o g n i t i o n 光學字符識別 軟件 可以迅速實現(xiàn)大量文字錄入工作和圖文數(shù)據(jù)庫管理 而當今數(shù)字存儲 i n t e r n e t 和s o h o 辦公方式的興起令掃描儀的用途得以進一步延伸 此外 以數(shù)字方式保存的文檔具有保管方便 查詢迅速的優(yōu)點 在銀行 保險 金融等 行業(yè)中頗受歡迎 大部分的圖書館也開始充分利用掃描儀來保存文檔 1 2 課題提出的背景 1 2 1 掃描儀發(fā)展趨勢 掃描儀發(fā)展到今天 技術上已經越來越趨于成熟 產品檔次 種類日臻齊全 縱觀 當今掃描儀市場 主要呈現(xiàn)以下幾個特點 1 臺式掃描儀成為市場主流 臺式掃描儀具有性能穩(wěn)定和優(yōu)異的性價比等特點 在加上軟硬件方面的完善與改進 使得臺式掃描儀的市場占有率不斷增加 現(xiàn)在市場上的臺式掃描儀大多符合t w a i n 標 準 能在w m d o w s 系統(tǒng)中應用 大量方便 實用 中文化的掃描軟件也使掃描過程更加 簡便快捷 并且在掃描儀上采用了e p p 并口技術 使得掃描儀能夠直接與計算機相連 避免了硬件地址沖突及裝拆機的麻煩 2 高精度與自動化 不容替代 在商務辦公中 速度是取得高效率的保證 也是當今社會發(fā)展的主旋律 誰能在速 陜西科技大學碩士學位論文 度上獲得突破 誰就能在掃描儀市場贏得青睞 現(xiàn)在國內市場對掃描儀的需求趨向于兩個方面 一是對高端掃描儀的需求量大 隨 著我國經濟建設的不斷完善和發(fā)展 國內各大金融機構的業(yè)務也與日俱增 隨之產生大 量的文件資料需要存檔備份 所以對這個產品的需要量很大 二是中低端掃描儀市場主 要定位在我國的政府機構 如 工商部門 稅務局 電信局 這些單位也會有大量的文 件產生 工作量適合中速掃描儀 但這些單位的文件主要特點是紙張質量參差不齊 且 多數(shù)質量很差 而目前國外由于經濟比較發(fā)達 且非常重視企業(yè)形象及客戶服務質量 文件紙張的質量普遍很好 故掃描儀設計時沒有針對紙張質量差的文件 所以多數(shù)不適 合國內需要 由于時間及資金方面的限制 不可能在短時間內統(tǒng)一紙張標準 只有讓掃 描儀來適應國內的需要 才會增加市場1 1 2 最近出現(xiàn)的自動進紙器采用饋紙式進紙方式 雖然文檔通過掃描儀的時候 會被彎 曲 不能掃描書本 立體物體等 但是當掃描大量的單頁文檔或者長度超過了掃描儀平 板尺寸的文件時 就會顯示出優(yōu)勢 由于它特別適合大量單頁文檔的掃描 所以對于每 天都有大量文檔需要輸入的保險 銀行等行業(yè)應用而言 它的方便快捷和速度優(yōu)勢便決 定了它存在的意義 故在原有的平板掃描儀機型上整合自動進紙器的研究就有了重要的 意菇 1 2 2 i 虛擬產品設計技術一 產品多樣性需要虛擬設計產品 設計和開發(fā)首先應滿足市場競爭的需要 一方面 顧客要求得到高性能 高附加值 能體現(xiàn)個性的產品 并要求高質量的售后服務 另一 方面 社會的消費觀念也發(fā)生了變化 從速購入和適時購入已成為共識 從而導致物流 手段的多樣化 甚至引起整個生產 消費環(huán)境的改變 以往的大批量生產已難以滿足人 們對商品多樣化要求日益增強的需要 小批量 多規(guī)格的生產方式對于滿足需求的多樣 化和減少庫存 市場的開放性和全球化 促使產品的競爭日趨激烈 而決定產品競爭力的指標是產 品的開發(fā)時間 t u n e 產品質量 q u a l i t y 成本 c o s t 和服務 s e r v i c e 用戶在 追求高質量產品的同時 會更多地追求低的價格和短的交貨期 這就要求企業(yè)改變傳統(tǒng) 的設計 生產和管理模式 最大限度地利用虛擬設計手段 以提高產品的質量和性能 降低成本 并努力縮短交貨期 同時還需要快速響應市場和用戶的變化 利用有利時機 快速搶占市場 美國制造業(yè)在5 0 至6 0 年代主要以擴大生產規(guī)模作為企業(yè)競爭力的第一 要素 而在7 0 年代競爭力的第一要素為降低生產成本 8 0 年代為提高產品質量 9 0 年 代為市場響應速度 所以現(xiàn)代每個企業(yè)都期望通過提高自身的科技含量 采用先進的設 計技術和手段 以加快設計速度 提高設計質量 增強競爭力 虛擬產品設計技術是隨著計算機在產品整個開發(fā)過程中的應用而產生的新技術 虛 2 掃描儀自動進紙器的研究與設計 擬產品設計是建立在利用計算機完成產品開發(fā)過程構想的基礎上 它以計算機仿真和產 品生命周期建模為基礎 集計算機圖形學 人工智能 并行工程 網絡技術 多媒體技 術和虛擬現(xiàn)實技術為一體 在虛擬的條件下對產品進行構思 設計 制造 測試和分析 從而提高產品在時間 質量 成本 服務環(huán)境等多目標中的決策水平 達到全局優(yōu)化和 一次性開發(fā)成功的目的 p l 掃描儀自動進紙器虛擬設計就是在這種背景下提出來的 1 3 課題的研究目標和內容 1 3 1 研究目標 本設計瞄準數(shù)字化辦公設備的智能性 可視化 高可靠性 多功能性等發(fā)展趨勢 對傳統(tǒng)的產品設計方法進行了研究 依據(jù)自動進紙機構的原理結構 針對現(xiàn)有掃描儀自 動進紙機構的設計現(xiàn)狀 尤其對分紙進紙機構作了詳細的研究 在前人研究的基礎上 改變進紙導槽的初始傾斜角度 將分紙進紙機構合二為一 本設計在研究市場上現(xiàn)有的機型基礎之上 對掃描儀進行三維結構設計 建立自動 進紙器的整機結構三維實體模型 并且對進紙機構進行運動仿真 最后運用相關專業(yè)軟 件對自動迸紙器上蓋進行模流分析和模具設計 本設計為提升我國數(shù)字辦公設備獨立的 設計制造能力 提供最基本的基礎 1 3 2 研究內容 1 本設計深入系統(tǒng)的研究了自頂向下 t o p d o w n 的虛擬產品設計過程和實施方 法 提出了以頂層基本骨架作為自頂向下設計時信息傳遞紐帶的思想 以三維參數(shù)設計 軟件p r o e n g i n e e r 為平臺 建立自動進紙器重要零部件的三維實體模型 并且進行 虛擬裝配 在產品加工前通過對裝配及運動過程的模擬 實現(xiàn)對產品的性能 結構及可 制造性的評估 2 進行掃描儀自動進紙器 a u t o m a t i cd o c u m e n tf e e d e r 簡稱a d f 整機系統(tǒng)研究 研究分紙 進紙機構的發(fā)展現(xiàn)狀 根據(jù)設計目標 進行結構設計 設計多種進紙形式 利用計算機仿真技術 進行進紙過程的動態(tài)模擬 在了解分紙進紙機構的研究現(xiàn)狀的基 礎上 提出了新的導槽設計形式 對自動進紙器的結構布局重新規(guī)劃 使得產品外觀線 條流暢 美觀實用 3 運用p r o e n g i n e e r 軟件自帶的產品設計環(huán)境 對自動進紙器進行自上而下的 設計 4 對主要部件進行模流分析 在設計階段對選定的塑料產品進行模流分析 確立最 佳的進澆口和成型條件 實現(xiàn)優(yōu)化設計 并且進行模具設計 3 陜西科技大學碩士學位論文 2 產品設計方法概述 設計是產品開發(fā)過程中最重要的因素 雖然它只占了產品成本的5 但卻往往決 定了8 0 的產品成本 從設計者的角度考慮 設計應從一個抽象的產品規(guī)范開始 根據(jù) 產品相應的設計意圖 捕獲該意圖獲得抽象的布局 并將其分解為抽象的子系統(tǒng)和子裝 配體 經過不斷地細化和精練 直到最終達到最小組件和部件的水平 可見 它是一個 從抽象到具體不斷細化的過程 但目前的c a d 工具往往都建立在幾何造型的基礎之上 即先建立各零部件的具體細節(jié) 而后再逐漸根據(jù)它們之間的關系 搭配起整個裝配體 這是一種自底向上的模式 它將概念形成 功能分解以及結構布局等任務都交給設計人 員處理 所以傳統(tǒng)c a d 工具只是記錄設計結果的工具 而不支持設計過程本身 4 j 要真 正從功能視圖上提供產品設計的支撐框架 設計過程必須首先在裝配層得到支持 即支 持自頂向下的設計模式i s l 產品設計過程是一個復雜的創(chuàng)造性過程 可以分為功能設計 概念設計 詳細設計以 及設計分析等階段 稱為自頂向下 t o p d o w n 設計過程 s o d h i 等人認為 由于設計本 身的復雜性 實現(xiàn)設計全過程的自動化是很困難的 許多學者在相關領域展開了部分研 究工作刪 產品設計可以看作是有步驟地分析與綜合 不斷從定性到定量的問題求解過 t 程 z 92 1 傳統(tǒng)產品設計方法 傳統(tǒng)的產品設計方法總的特點是串行設計 是設計者對產品的三維構思用二維平面 圖紙表達出來 手工設計為主 圖紙上標明工藝及施工方法 主要的方法學是自底向上 的設計方法 它很難對產品設計進行并行處理 這種方法設計周期長 質量不能保證 設計成本高 而且決定了所設計圖形的簡單性及不能直接控制制造質量 德國學者gp a h l 和w b e i t z 于7 0 年代提出了最具代表性 權威性和系統(tǒng)性的產品 設計方法學 他們將工程設計過程主要分為4 個階段 明確任務階段 概念設計階段 具體化設計階段和詳細設計階段 這個設計過程很典型地代表了串行的產品設計與開發(fā) 模式 盡管各大階段具有信息反饋使產品設計更為全面和準確 但缺乏具體和有效的機 制支持 在傳統(tǒng)的產品設計與開發(fā)中 過程只被看作是完成產品設計與開發(fā)的步驟 并 沒有認識到過程對產品的最終指標 一產品上市時間凡質量q 成本c 和售后服務s 同樣具有決定性的影響唧 傳統(tǒng)串行產品開發(fā)過程的弊端就是源自于過程自身設計的不 合理上 所以改進過程設計成為改進產品設計的迫切需求和有效途徑之一 圖2 1 表示的是傳統(tǒng)的串行產品開發(fā)流程圖 4 掃描儀自動進紙器的研究與設計 圖2 1 傳統(tǒng)產品制造流程圖 f i g 2 一lf l o wc h a l to f w a d i t i o n a lp r o d u c tm a n u f a c t u r e 2 2 現(xiàn)代產品設計方法 2 2 1 現(xiàn)代產品設計方法的特點 現(xiàn)代產品設計方法最主要的特點就是并行設計理念 并行設計理念是集成地 并行 地設計產品及其相關過程 包括制造過程和支持過程 的系統(tǒng)方法 它要求產品開發(fā)人 員在一開始就考慮產品整個生命周期中從概念形成到產品報廢的所有因素 包括質量 成本 進度計劃和用戶要求 為了達到并行的目的 必須建立高度集成的主模型 通過 它來實現(xiàn)不同部門人員的協(xié)同工作 為了達到產品的一次設計成功 減少反復 它在許 多部分應用了仿真技術 主模型的建立 局部仿真的應用等都包含在虛擬設計技術中 可以說并行工程的發(fā)展為虛擬設計技術的誕生創(chuàng)造了條件 并行工程的進一步發(fā)展就是 虛擬制造技術 同時 并行工程是在c a d c a m c a p p 等技術支持下 將原來分別進 行的工作在時間和空間上交叉 重迭 充分利用了原有技術 并吸收了當前迅速發(fā)展的 計算機技術 網絡技術的優(yōu)秀成果 使其成為先進制造技術中的基礎i i o 基于并行思想的方法主要有 自頂向下設計 t o p d o w n d e s i g n 主模型原理 參數(shù) 化建模 相關性設計 基于分析驗證的設計等等 這些方法都有共同的特點 1 基于計算機 2 基于知識 3 智能化 因為設計決定產品內在和外在的品質 它在產品的整個壽命周期內占有越來越重要 的位置 并成為決定產品質量的最重要階段及首要環(huán)節(jié) 所以隨著計算機技術 工程數(shù) 5 陜西科技大學碩士學位論文 據(jù)庫 網絡信息技術等的發(fā)展及其工程應用研究 不斷涌現(xiàn)的新技術c a d 正在有力而 迅速地改變著傳統(tǒng)的產品設計方法和設計生產的模式 使產品設計的工作內容和方式發(fā) 生了根本變化 產品開發(fā)周期里虛擬設計占的時間 投資的人力物力等都急速上升 這 個特點可以從下面的產品制造流程圖里很清楚的看出來 下圖是現(xiàn)代產品設計制造流程 圖 和傳統(tǒng)流程相比較 現(xiàn)代的設計制造流程里 制造加工環(huán)節(jié)過后就是最終符合設計 要求的產品 不會因為設計上的不完善而產生廢品 也不需要再從最開始的設計環(huán)節(jié)分 析制造不成功的原因 圖2 2 現(xiàn)代產品制造流程圖 f i g 2 2f l o wc 婦o f c o n t e m p o r a n e i t yp r o d u c tm a n u f a c t u r e 2 2 2 自頂向下產品設計方法概述 產品的設計是一個漸進的過程 一般經過概念設計 參數(shù)化設計和詳細設計三個階 段 這種漸進的設計過程 稱為自頂向下 t o p d o w n 設計方法 i l l 為使設計具有價值 用戶需要創(chuàng)造出符合市場需求的好產品 設計中需要具有靈活性 在維持設計意圖不變 的情況下 靈活性是一個產品設計要考慮的關鍵因素 因此在產品設計之前 應該對所 設計的產品有宏觀的了解 比如了解產品的整體功能 形式 和適當?shù)拇钆?即在設計 之前要進行整體規(guī)劃 較之二維設計的策劃工作的組織程序 內容和要求 應用t o p d o w n 設計方法設計 產品時 前期策劃工作考慮的問題要全面 它主要新涉及以下內容 設計思路和方法當 針對具體產品的設計階段劃分好了以后 就要規(guī)劃設計思路和方法 設計創(chuàng)建的三維模 型是下游用戶的唯一數(shù)據(jù)源 當設計方案確定之后 要與模具設計 工藝制造 工裝設 計進行溝通 明確它們對設計的要求 采用t o p d o w n 方法進行產品設計有以下的優(yōu)點 6 掃描儀自動進紙器的研究與設計 1 符合產品設計過程和設計人員的思維過程設計產品時 最初考慮的是產品應實現(xiàn) 的功能 最后才考慮實現(xiàn)這些功能的幾何結構 所以產品的設計過程是一個從抽象到具 體的漸進過程 2 便于實現(xiàn)多個子系統(tǒng)的協(xié)同 實現(xiàn)并行設計 在產品設計的最初階段 即概念設 計階段 就將產品的主要功能 關鍵約束 配合關系等重要信息確定下來 在進行任務 分配時 這些關鍵約束也同時分配給各子系統(tǒng) 這樣 各子系統(tǒng)才能很好地配合 避免 發(fā)生沖突 3 為d f x d f d f m 等提供了條件 能將前期階段的關鍵約束傳遞到后續(xù)設計階 段 這樣 在后續(xù)設計中就可根據(jù)前期設計的約束要求進行可行性評價 從而實現(xiàn)面向 裝配的設計 d f a 和面向制造的設計 d f m v n 2 3 本章小結 產品設計方法的研究表明 以后的產品設計會越來越離不開計算機 相對于傳統(tǒng)的 設計方法一貫的串行過程 現(xiàn)代產品設計方法更注重于設計與產品的功能和結構之間的 互動與互通 以及二者之間的完美結合 所以以后產品設計的趨勢會愈來愈向著并行工 程的方向發(fā)展 7 陜西科技大學碩士學位論文 3 掃描儀概述 3 1 平板式掃描儀介紹 掃描儀的種類繁多 根據(jù)掃描儀掃描介質和用途的不同 目前市面上的掃描儀大體 上分為 平板式掃描儀 名片掃描儀 底片掃描儀 饋紙式掃描儀 文件掃描儀 除此 之外還有手持式掃描儀 鼓式掃描儀 筆式掃描儀 實物掃描儀和3 d 掃描儀 平板式掃描儀又稱為平臺式掃描儀 臺式掃描儀 誕生于1 9 8 4 年 是目前辦公用掃 描儀的主流產品 它的光學分辨率在3 0 0 8 0 0 0 d p i 之間 色彩位數(shù)從2 4 位到4 8 位 部 分產品可安裝透明膠片掃描適配器用于掃描透明膠片 少數(shù)產品可安裝自動進紙器實現(xiàn) 高速掃描 掃描幅面一般為a 4 或是a 3 平板掃描儀掃描原稿的光源一般是熒光燈和鹵素燈 掃描反射原稿的光源來自掃描 儀的玻璃板下方 而透射原稿的照射光源在玻璃板的上面 無論掃描反射稿還是透射稿 當這些特定顏色和強度的光照射到c c d 上的感光元件后 在c c d 上產生相應的電荷 這些電荷到達一個模數(shù)轉換器 模數(shù)轉換器將這些模擬信號轉成數(shù)字信號 再傳輸?shù)诫?腦中的圖像處理軟件進行處理 圉3 1 平板式掃描儀 f i g 3 1f l a ts c a r m e r 平板掃描儀掃描是把要掃描的原稿 照片 書本 報紙 雜志 照片底片或實物 放在掃描儀的透明玻璃板上 如下圖所示 再蓋上蓋子就可以掃描 相當方便 而且掃 描出的效果也是非常好的 上圖所示是采用c c d 作為感光元件的平板式掃描儀 本次 設計的自動進紙器就將依托于平板式掃描儀 用來增加平板式掃描儀的使用價值 3 2 掃描儀相關術語解釋 1 掃描介質 掃描介質為掃描儀所能掃描的介質類型 一般掃描儀可以處理的介質為照片 印刷 品 文稿 正負底片 幻燈片和3 d 實物等 2 掃描速度 8 掃描儀自動進紙器的研究與設計 掃描速度是掃描儀的一個重要指標 可分為預掃速度和掃描速度 一般所謂的掃描 速度是指掃描儀從預覽開始到圖像掃描完成后 光頭移動的時間 但這段時間并不足以 準確地衡量掃描的速度 有的時候 把掃描圖像送到w o r d 文檔中所花費的時間 往往 比單純的掃描過程還要長 而作業(yè)任務從打開掃描儀完成預熱 到把從原稿放置在掃描 平臺上開始 到最終完成圖像處理的整個過程都計算在內 更全面地體現(xiàn)了掃描儀的速 度性能 掃描速度的表示方式 一般有兩種 一種用掃描標準a 4 幅面所用的時問來表 示 另一種使用掃描儀完成一行掃描的時間來表示 3 光源 光源指的是掃描儀機身內部的燈管 對平板式掃描儀與步進電機自成一體 隨步進 電機一起運動 對掃描儀而言 光源是非常重要的 現(xiàn)在掃描儀內部用得較多的光源類 型主要有三種 冷陰極熒光燈 r g b 三色發(fā)光二極管 即l e d 而少部分掃描儀采用 了鹵素燈光源 4 最大幅面 最大幅面指的是掃描儀能夠掃描的最大的掃描尺寸范圍 這個范圍取決于掃描儀的 內部機構設計和掃描儀的外部物理尺寸 以平臺式掃描儀為例 掃描幅面與掃描儀的外 形尺寸相差不大 a 4 幅面是最常見的一種 掃描原稿的原始輸入尺寸最大可以是a 4 2 1 e m x 2 9 7 鋤 大小 5 光學分辨率 光學分辨率是指掃描儀物理器件所具有的真實分辨率 指掃描儀的光學系統(tǒng)可以采 集到的實際信息量 也就是掃描儀的感光元件一c c d 的分辨率 在實現(xiàn)掃描功能時 通 過掃描元件將掃描對象每英寸可以被表示成的點數(shù) 它的單位是d p i d p i 值越大 掃描 的效果也就越好 它的表示方式是用垂直分辨率 或者縱向分辨率 和水平分辨率 或 者橫向分辨率 相乘如某款產品的分辨率標識為 6 0 0 x 1 2 0 0 d p i 就表示它可以將掃描對 象每平方英寸的內容表示成水平方向6 0 0 點 垂直方向1 2 0 0 點 兩者相乘共7 2 0 0 0 0 個 點 掃描儀的縱向分辨率是橫向分辨率的兩倍 有時甚至是四倍 對于后面一個數(shù)字則代表掃描儀的縱向分辨率 或者機械分辨率 是掃描儀所用步 進電機的分辨率 掃描儀的縱向分辨率 理論上來說與掃描儀的步進電機的精度相同 但是由于各種機械因素的影響 例如機械傳動系統(tǒng) 凸輪機構 曲柄滑塊機構的運動精 度影響 掃描儀的實際精度 步進電機的精度 將遠遠達不到所標識的縱向分辨率的水 平 6 最大分辨率 最大分辨率又稱為插值分辨率或軟件分辨率 是通過數(shù)學算法增大圖像分辨率的方 法 但在實際中要以光學分辨率為準 在光學分辨率相同的條件下 最大分辨率只能作 9 陜西科技大學碩士學位論文 為參考 目前最大分辨率的算法大致分為三種 補點法 平均值法 二次乘方法1 1 3 1 3 3 平板式掃描儀結構簡介 平板式掃描儀結構一般由光源 光學透鏡 掃描模組 模數(shù)轉換電路和外殼組成 光源發(fā)光照在原稿上 原稿的反射光通過光電元件后 光信號被轉換成電信號 然后將 電信號通過模數(shù)轉換器轉換為數(shù)字信號 再傳輸?shù)接嬎銠C中進行處理 這樣一幅原稿就 被掃描成可以被計算機處理的數(shù)字信號 完成了掃描工作 下面先介紹平板式掃描儀的 主要結構部分 圖3 2 平扳式掃描儀結構圖 f i g 3 2s 廿u c t l no f f l a ts c a n n e r 1 掃描儀底座 底座是整個平板掃描儀的基礎 感光元件c c d 電機 帶傳動系統(tǒng) 電路板 以及 所有和外部設備的接口都依托于底座而存在 2 掃描儀上蓋 上蓋的作用是用來把紙張壓緊在玻璃板上 阻絕外部無關的光線進入掃描儀內部 以免影響掃描質量 3 感光元件c c d 掃描儀的核心元件就是感光元件 目前掃描儀所使用的感光器件主要有三種 光電 倍增管 c c d 和c i s 接觸式感光器件 圖3 2 所示是采用c c d 作為感光元件的平板 式掃描儀 桌面出版和印前處理一般都用它作為圖像捕獲設備 平板掃描儀掃描是把要 掃描的原稿 照片 書本 報紙 雜志 照片底片或實物 放在掃描儀的透明玻璃板上 如下圖所示 蓋上蓋子就可以進行掃描 4 玻璃板 玻璃板的作用是承載待掃描文檔并且允許光線通過 以便c c d 能夠采集文檔上射 1 0 掃描儀自動進紙器的研究與設計 出的光線 進行數(shù)模信號轉換 3 4 本次設計用平板掃描儀規(guī)格介紹 本設計中自動進紙器所要依托的平板式掃描儀 經過在市場上調查各種品牌掃描儀 的結構和規(guī)格 確定選用h ps c a n j e t3 6 7 0 c 型號的平板掃描儀作為此次設計的依托掃描 儀 具體的規(guī)格如表3 l 所示 圖3 3h p s a j e t 3 6 7 0 c 圖片 f i g 3 3p i c t u r eo f h ps c a n n e r 表3 1 平板掃描儀規(guī)格 t a b 3 1s c a n n e rs p e c i f i c a t i o n s 類型 a 4 平臺 掃描幅面 最大a 4 幅面 單 雙面掃描 掃描方式 c c d 電荷藕合元件成像 掃描速度 5 s e c 1 張a 4 分辨率 1 2 0 0 d p i 1 2 0 0 d p i 平臺掃描 最大2 9 8 x 4 3 2 m m 紙張厚度 o 0 5 o 1 5 m m 紙張重量 4 0 1 2 7 9 m 5 0 1 5 7 9 m 外觀尺寸 4 6 4 n u n w x 7 1 7 n u n d x 2 9 6 n u n h 電源要求 2 2 0 2 4 0 v5 0 6 0h z 掃描 o 3 a a c2 2 0 2 4 0 v o 0 7 a a c2 2 0 2 4 0 v 工作環(huán)境1 5 1 2 3 0 2 3 0 8 0 r h 放置環(huán)境 0 c 3 5 c 1 0 8 0 r h 選擇該款平板式掃描儀是因為它的掃描分辨率符合后面機構設計要求 且外觀形狀 適合于再設計新的自動進紙器 有u s b 2 0 接口 與計算機之間的數(shù)據(jù)交換更加方便快 捷 陜西科技大學碩士學位論文 4 掃描儀自動進紙器總體方案設計 4 1 掃描儀自動進紙器整機總體方案設計 整機的總體方案設計是保證產品布局合理 性能全局最優(yōu)和成本合理的主要環(huán)節(jié) 總體方案設計包含功能設計 結構設計兩部分 功能設計 即在調研分析 確定所設計自動進紙器的工作參數(shù) 運動 動力 尺寸 之后 通過功能分解 設計出可以實現(xiàn)加工要求的各種總體布局方案 結構設計 又分為總體結構設計和細部結構設計 總體結構設計對整機結構進行規(guī) 劃 細部結構設計是對機械結構件進行主要形狀和尺寸的設計 主要通過對基礎模塊 板 梁 筋 孔 凸緣 法蘭等 的實體進行拼裝 重迭等操作來實現(xiàn) 關于結構設計祥見 第五章 該自動迸紙器依托于平板式掃描儀 采用饋紙式進紙方式 以減少整個機構占用的 空間 達到美觀和實用的目的 1 經過實際調查及研究 先確定該掃描儀應該具有的基本功能 需要檢測上蓋是否蓋好 如果沒有蓋好 則其他的一切動作將停止 要有相應的裝置來調整文檔在托紙盤上的位置 保證文檔整齊堆放 以便于進紙 在紙張運動過程中 需要有適當?shù)臋C構或裝置減少摩擦 保證紙張平穩(wěn)運動 i 需要有檢測裝置 來確定是否開始掃描 檢測裝置的位置是影響掃描圖象質量的 重要因素 需要很精確的位置尺寸 2 自動進紙器規(guī)格設定 自動進紙器輸紙和出紙的頁數(shù)應該由托紙盤的高度來決定 同時參考紙張的各種參 數(shù) 該自動進紙器的托紙盤容量高度設定為5 m m 大約可以容納5 0 頁的紙張 相應的 根據(jù)托紙盤的容量 那么出紙堆放也應該至少有5 0 頁紙的空間 表4 1 自動進紙器規(guī)格設定 t a b 4 1s p e c i f i c a t i o no f a d f 1 2 掃描儀自動進紙器的研究與設計 自動進紙器的光學分辨率和平板掃描儀的分辨率相同 為1 2 0 0 d p i 1 2 0 0d p im 垂直分辨率1 2 0 0 d p i 對于后面齒輪傳動系統(tǒng)有很重要的作用 因為垂直分辨率與掃描儀 的傳動系統(tǒng)有直接的關系 特別是步進電機的有關參數(shù) 3 自動進紙器工作流程 在確定掃描儀的基本機構之前 我們先要確定該自動進紙器所要完成什么樣的任務 和動作 各個動作之間的順序 然后根據(jù)最基本的主要部件 來規(guī)劃各個方面的細節(jié)結 構 4 2 分紙與進紙機構 圖4 1 自動進紙器工作流程圖 f i g 4 1w o r kf l o wc h a l to f a d f 4 2 1 確定紙張運動軌跡 掃描儀的紙張運動軌跡是所有結構中首先要確定的 所有其他結構的設計形式 位 置方案都是參照紙張的運動形式確定的 經過在市場上以及其他結構上的研究和調查 初步設計了三種基本方案 根據(jù)每種方案的特點 形象的稱其為 s c c t l 方案 如圖4 2 所示 先將三種方案進行比較如下 通過研究 s 形式雖然有精確度高的優(yōu)點 但是其結構復雜 滾輪數(shù)量多 導致整 個機構效率降低 而且所占空間是三者中間最多的 l 形式相比較 兩者的精確 1 3 陜西科技大學碩士學位論文 度和機構效率相當 但是在占有空間上面 c 形式就有了明顯的優(yōu)勢 故經過比較 該設計中采用 c 形式的紙張運動軌跡 采用上進紙和下出紙法方式 進紙滾輪 出紙滾輪 銜接單元 s 形式 c 形式 圖4 2 紙張運動軌跡設計 l 形式 f i g 4 2p a p e rp a t hd e s i g n 4 2 2 分紙與進紙機構研究現(xiàn)狀 在打印機 掃描儀機構的研究中大多在探討走紙機構的部分 在這些文獻中以打印 機走紙機構為模型的研究 則由s o o n g 和l i 1 9 8 0 1 9 8 1 所提出 他們使用應力函數(shù) 計算走紙滾輪與紙張的速度比 他們發(fā)現(xiàn)當摩擦系數(shù)大于0 8 時 紙張與滾輪之間并不 會有明顯的滑動現(xiàn)象m 莊閔杰對滾輪慣性及橡膠材料本身彈性所產生的振蕩現(xiàn)象做一 理論分析 并對走紙機構滾輪在正向力 馬達速度 加速度等的振動現(xiàn)象對紙張定位精 度的影響做了探討 1 6 1 呂學建 盧文奇分別針對走紙機構的滾輪材料 正向力及馬達速 度與走紙速度及定位精度 偏擺之關系做數(shù)值仿真與實驗驗證 1 7 1 l 陳伯榮針對走紙機 構的滾輪材料 導槽 馬達轉速 滾輪與紙張的接觸力 走紙速度等要素 從事動態(tài)仿 真與分析 但并未針對導軌角度的不同所產生的變化詳細分析0 9 1 高弘毅編譯書中詳細 1 4 掃描儀自動進紙器的研究與設計 介紹走紙時滾筒的重要性嗍 許天河分析走紙機構中紙張與滾輪問的作用力來推導運動 方程式鯽 分紙進紙機構的形式和精度與紙張本身的性質是分不開的 在紙張相關研究 方面 b e n s o n 1 9 7 1 作了溫度 濕度對于紙張性質影響的研究瞄 紀偉祥對紙張做彈性穩(wěn) 定度分析和挫曲實驗刪 董必正針對走紙機構進行研究 揭示紙張與滾輪間 紙張與紙 張間的摩擦特性洲 s t a c k 探討了以摩擦力來取紙的方法 研究紙張相關參數(shù)對分離的影 響閉 s c o t t 1 9 9 5 書中詳細的介紹紙張的各種性質及相關信息 z 6 1 羅煥倫以簡化的數(shù)學模 型來分析復印機走紙機構在走紙時紙張的力學行為 z r l 分紙與進紙機構形式按照原理 總結起來有以下五種分紙方式 摩擦分離式 輸送 帶分離 彎曲紙張型式 滾輪分離式 真空泵式 具體的形式如圖4 3 所示 1 5 陜西科技大學碩士學位論文 紙張分離位置 圖4 3 其他分