檢測(cè)課件(第十一章,第6節(jié))2013319

1、第十一章工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)例第十一章工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)例鞋楦機(jī)的數(shù)字化逆向制造鞋楦機(jī)的數(shù)字化逆向制造 （參考福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院資料）（參考福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院資料）逆向制造或逆向工程逆向制造或逆向工程 (Reverse engineering,RE),是對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的一種描述。是對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的一種描述。正向工程就是先設(shè)計(jì)圖樣，然后按圖樣加工出正向工程就是先設(shè)計(jì)圖樣，然后按圖樣加工出產(chǎn)品實(shí)物，而逆向工程是按照現(xiàn)有實(shí)物模型，產(chǎn)品實(shí)物，而逆向工程是按照現(xiàn)有實(shí)物模型，通過三維掃描等方法，進(jìn)行逆向軟件處理和通過三維掃描等方法，進(jìn)行逆向軟件處理和CAD重新建模的過程。重新建模的過程。一、項(xiàng)目

2、綜述一、項(xiàng)目綜述近十年來，中國制鞋業(yè)在全球制鞋業(yè)中一躍升為全球近十年來，中國制鞋業(yè)在全球制鞋業(yè)中一躍升為全球最大的鞋類生產(chǎn)國和出口國，這就對(duì)制作鞋子的模型最大的鞋類生產(chǎn)國和出口國，這就對(duì)制作鞋子的模型鞋楦的制造提出了更高的要求。鞋楦的制造提出了更高的要求。傳統(tǒng)鞋楦機(jī)加工多采用機(jī)械靠模仿形加工的原理方法，傳統(tǒng)鞋楦機(jī)加工多采用機(jī)械靠模仿形加工的原理方法，效率較低，而且較難建立有關(guān)鞋楦形狀和尺寸等方面的效率較低，而且較難建立有關(guān)鞋楦形狀和尺寸等方面的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)，母楦實(shí)物的存放還要占用大量空間。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)，母楦實(shí)物的存放還要占用大量空間。目前已研制出各種數(shù)控鞋楦機(jī)，它首先采用數(shù)字化逆目前已研制出各種數(shù)

3、控鞋楦機(jī)，它首先采用數(shù)字化逆向制造技術(shù)，對(duì)母楦模型進(jìn)行三維掃描后，形成母楦數(shù)向制造技術(shù)，對(duì)母楦模型進(jìn)行三維掃描后，形成母楦數(shù)據(jù)文件，然后再經(jīng)過數(shù)據(jù)處理軟件，對(duì)母楦數(shù)據(jù)進(jìn)行旋據(jù)文件，然后再經(jīng)過數(shù)據(jù)處理軟件，對(duì)母楦數(shù)據(jù)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、縮放、樣條插值和表面光順等數(shù)學(xué)處理，就可以形轉(zhuǎn)、縮放、樣條插值和表面光順等數(shù)學(xué)處理，就可以形成各種尺碼的鞋楦加工數(shù)據(jù)文件，送到數(shù)控刻楦機(jī)中加成各種尺碼的鞋楦加工數(shù)據(jù)文件，送到數(shù)控刻楦機(jī)中加工。工。三維數(shù)據(jù)測(cè)量方法分類三維數(shù)據(jù)測(cè)量方法分類. .項(xiàng)目主要技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目主要技術(shù)指標(biāo)系統(tǒng)響應(yīng)速度：系統(tǒng)響應(yīng)速度：X軸仿形輪不丟點(diǎn)軸仿形輪不丟點(diǎn) 最高掃描速度最高掃描速度45r/minX軸

4、分辨力：軸分辨力：0.005mm，換算為，換算為 角編碼器的分辨力：角編碼器的分辨力：0.03C軸角分辨力：優(yōu)于軸角分辨力：優(yōu)于0.036鞋楦截面數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)鞋楦截面數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù):10002000點(diǎn)點(diǎn)/圈圈每雙鞋楦數(shù)據(jù)量：每雙鞋楦數(shù)據(jù)量：4MB (當(dāng)鞋楦長(zhǎng)當(dāng)鞋楦長(zhǎng)270mm,加工螺距加工螺距1.6mm時(shí)時(shí)) 測(cè)量加工測(cè)量加工極限：最大旋轉(zhuǎn)直徑極限：最大旋轉(zhuǎn)直徑 220mm，最大測(cè)量長(zhǎng)度，最大測(cè)量長(zhǎng)度450mm鞋楦簡(jiǎn)介鞋楦簡(jiǎn)介鞋楦是各種鞋設(shè)計(jì)和制造的依托，是鞋的母鞋楦是各種鞋設(shè)計(jì)和制造的依托，是鞋的母體，是制鞋過程中不可缺少的重要模具。鞋楦體，是制鞋過程中不可缺少的重要模具。鞋楦不僅決定鞋造型和式樣，更

5、決定著鞋是否合腳，不僅決定鞋造型和式樣，更決定著鞋是否合腳，能否起到保護(hù)腳的作用。由于能否起到保護(hù)腳的作用。由于鞋和服裝一樣是鞋和服裝一樣是一種時(shí)尚一種時(shí)尚 產(chǎn)品產(chǎn)品，更新快，花樣變化大，產(chǎn)量大，更新快，花樣變化大，產(chǎn)量大，導(dǎo)致鞋楦市場(chǎng)需求量也很大。導(dǎo)致鞋楦市場(chǎng)需求量也很大。鞋楦的特點(diǎn)鞋楦的特點(diǎn) 鞋楦的表面是由復(fù)雜的自鞋楦的表面是由復(fù)雜的自由曲線曲面組成的形體，由曲線曲面組成的形體，其外形輪廓不能由初等解其外形輪廓不能由初等解析曲面表達(dá)，也不能用一析曲面表達(dá)，也不能用一般的三視圖有效地加以描般的三視圖有效地加以描述。述。 鞋楦長(zhǎng)度方向斷面圖鞋楦長(zhǎng)度方向斷面圖鞋楦的兩個(gè)橫向截面圖鞋楦的兩個(gè)橫向截

6、面圖鞋楦的手工測(cè)繪鞋楦的手工測(cè)繪二、逆向設(shè)計(jì)步驟二、逆向設(shè)計(jì)步驟1.確定數(shù)控鞋楦機(jī)的數(shù)字逆向制造流程圖確定數(shù)控鞋楦機(jī)的數(shù)字逆向制造流程圖Z軸為鞋楦的長(zhǎng)度直線位移軸；軸為鞋楦的長(zhǎng)度直線位移軸；X軸為鞋楦的高度直線位移軸；軸為鞋楦的高度直線位移軸；C軸為鞋楦的橫截面角坐標(biāo)軸。軸為鞋楦的橫截面角坐標(biāo)軸?？傮w設(shè)計(jì)方案總體設(shè)計(jì)方案用鞋楦頂叉頂住鞋楦用鞋楦頂叉頂住鞋楦,在在C軸伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下軸伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下,以恒以恒定的轉(zhuǎn)速繞定的轉(zhuǎn)速繞Z軸（鞋楦的長(zhǎng)度方向）旋轉(zhuǎn)軸（鞋楦的長(zhǎng)度方向）旋轉(zhuǎn),可以由可以由C軸角軸角編碼器測(cè)得旋轉(zhuǎn)的角度編碼器測(cè)得旋轉(zhuǎn)的角度。仿形輪依靠外界彈簧壓力仿形輪依靠外界彈簧壓力,緊靠緊

7、靠在鞋楦表面在鞋楦表面,鞋楦的高度變化引起仿形輪中心和鞋楦旋轉(zhuǎn)鞋楦的高度變化引起仿形輪中心和鞋楦旋轉(zhuǎn)中心之間的相對(duì)位移（中心之間的相對(duì)位移（X軸位移）軸位移）,仿形輪和測(cè)臂帶動(dòng)光仿形輪和測(cè)臂帶動(dòng)光電編碼器來回振動(dòng)電編碼器來回振動(dòng),從而測(cè)得測(cè)臂的角位移從而測(cè)得測(cè)臂的角位移,然后再經(jīng)數(shù)然后再經(jīng)數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換獲得學(xué)轉(zhuǎn)換獲得X軸位移。鞋楦每轉(zhuǎn)過一圈軸位移。鞋楦每轉(zhuǎn)過一圈,與與C軸聯(lián)動(dòng)的軸聯(lián)動(dòng)的絲絲桿桿-螺母?jìng)鲃?dòng)系統(tǒng)就驅(qū)動(dòng)溜板沿螺母?jìng)鲃?dòng)系統(tǒng)就驅(qū)動(dòng)溜板沿Z方向移動(dòng)一個(gè)方向移動(dòng)一個(gè)“行距行距”，行距的大小可通過人機(jī)界面由操作人員設(shè)定。這樣就得行距的大小可通過人機(jī)界面由操作人員設(shè)定。這樣就得到到一個(gè)由一個(gè)由X、C、

8、Z組成的螺旋柱面極坐標(biāo)系鞋楦三維立組成的螺旋柱面極坐標(biāo)系鞋楦三維立體數(shù)據(jù)體數(shù)據(jù),為為CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）提供了加工數(shù)據(jù)（計(jì)算機(jī)輔助制造）提供了加工數(shù)據(jù).鞋楦數(shù)控成套設(shè)備由：鞋楦數(shù)控成套設(shè)備由：鞋楦數(shù)字化掃描測(cè)量機(jī)、鞋楦數(shù)字化掃描測(cè)量機(jī)、CAD/CAM軟件、軟件、和數(shù)字化加工機(jī)三大部分組成。和數(shù)字化加工機(jī)三大部分組成。 鞋楦測(cè)量機(jī)（測(cè)量楦面三位數(shù)據(jù)和前翹、后跟高等楦型數(shù)據(jù)）CAD軟件包CAM軟件包管理軟件包數(shù)控刻楦機(jī)鞋楦數(shù)字化成套設(shè)備框圖鞋楦數(shù)字化成套設(shè)備框圖由逆時(shí)針彈簧使測(cè)量測(cè)輪壓住鞋楦。由逆時(shí)針彈簧使測(cè)量測(cè)輪壓住鞋楦。光電編碼掃描機(jī)的結(jié)構(gòu)光電編碼掃描機(jī)的結(jié)構(gòu)1Z向絲杠向絲杠 2傳動(dòng)螺母?jìng)?/p>

9、動(dòng)螺母 3溜板溜板 4鞋楦鞋楦 5仿形輪仿形輪 6絲桿軸承支撐絲桿軸承支撐 7鞋楦頂叉（由鞋楦頂叉（由C軸伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)）軸伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)） 8測(cè)臂測(cè)臂 9X軸角編碼器軸角編碼器2. 位移傳感器的選型位移傳感器的選型 X軸和軸和Z軸位移傳感器可以采用數(shù)字式傳感器。由于軸位移傳感器可以采用數(shù)字式傳感器。由于C軸角位移和軸角位移和Z軸直線位移的關(guān)系是由伺服電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)軸直線位移的關(guān)系是由伺服電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的，由計(jì)算機(jī)主動(dòng)給出步進(jìn)脈沖，也可以不設(shè)置測(cè)量生的，由計(jì)算機(jī)主動(dòng)給出步進(jìn)脈沖，也可以不設(shè)置測(cè)量C軸的角位移傳感器。只測(cè)量軸的角位移傳感器。只測(cè)量Z軸的位移量。軸的位移量。光柵讀數(shù)頭和磁柵磁頭的密封

10、圈摩擦阻力均較大光柵讀數(shù)頭和磁柵磁頭的密封圈摩擦阻力均較大，所以所以只能適應(yīng)較慢的掃描速度只能適應(yīng)較慢的掃描速度。光電角編碼器軸承的摩擦力較小，所以適合較高的光電角編碼器軸承的摩擦力較小，所以適合較高的測(cè)量速度測(cè)量速度，但，但角位移轉(zhuǎn)換成直線位移時(shí)存在一定誤差角位移轉(zhuǎn)換成直線位移時(shí)存在一定誤差，等效后的直線分辨率不高。此外還可使用等效后的直線分辨率不高。此外還可使用摩擦力小的反摩擦力小的反射式鋼帶光柵射式鋼帶光柵，能兼顧速度與準(zhǔn)確度，能兼顧速度與準(zhǔn)確度的要求。的要求?？梢允褂脙蓚€(gè)光電角編碼器，分別測(cè)量可以使用兩個(gè)光電角編碼器，分別測(cè)量Z軸和軸和X軸的軸的位移位移。X軸角編碼器的殼體與溜板支架固

11、定在一起，仿軸角編碼器的殼體與溜板支架固定在一起，仿形輪的角位移通過測(cè)臂帶動(dòng)角編碼器的轉(zhuǎn)軸形輪的角位移通過測(cè)臂帶動(dòng)角編碼器的轉(zhuǎn)軸.角編碼器的選取角編碼器的選取角編碼器有絕對(duì)式和增量式之分。當(dāng)鞋楦的高角編碼器有絕對(duì)式和增量式之分。當(dāng)鞋楦的高度突變時(shí)，增量式角編碼器易產(chǎn)生度突變時(shí)，增量式角編碼器易產(chǎn)生“失碼失碼”現(xiàn)象，現(xiàn)象，而且較難避免產(chǎn)生累計(jì)誤差。本項(xiàng)目選用絕對(duì)式而且較難避免產(chǎn)生累計(jì)誤差。本項(xiàng)目選用絕對(duì)式角編碼器，它的碼道數(shù)必須大于或等于角編碼器，它的碼道數(shù)必須大于或等于14位，才位，才能達(dá)到能達(dá)到0.03的分辨力（的分辨力（360/212）的項(xiàng)目指標(biāo)。）的項(xiàng)目指標(biāo)。選用的選用的角編碼角編碼器的

12、特器的特性參數(shù)性參數(shù)型號(hào)型號(hào)E1050-14位數(shù)位數(shù)14分辨力分辨力80最大誤差最大誤差100外尺寸外尺寸/mm 5040輸出軸尺寸輸出軸尺寸/mm 612重量重量/g250允許轉(zhuǎn)速允許轉(zhuǎn)速/rmin_1200電源電壓電源電壓/VDC12(5%)，5(5%)光源光源紅外紅外LED輸出信號(hào)輸出信號(hào)格雷碼，格雷碼，TTL電平電平使用溫度使用溫度40+55工作環(huán)境工作環(huán)境相對(duì)濕度相對(duì)濕度/（%）相對(duì)濕度相對(duì)濕度95（35時(shí)時(shí)）振動(dòng)振動(dòng)/g6沖擊沖擊/g50 如果系統(tǒng)的測(cè)量速度較慢，如果系統(tǒng)的測(cè)量速度較慢，X軸的位移也可以軸的位移也可以用直線磁柵傳感器來測(cè)量，可避免運(yùn)算誤差。直用直線磁柵傳感器來測(cè)量，

13、可避免運(yùn)算誤差。直線磁柵傳感器安裝在仿形輪支架的側(cè)面。線磁柵傳感器安裝在仿形輪支架的側(cè)面。1鞋楦鞋楦 2鞋楦頂叉鞋楦頂叉 3靠輪靠輪 4-仿形輪支架仿形輪支架導(dǎo)軌導(dǎo)軌 5仿形輪支架仿形輪支架 6磁柵傳感器磁柵傳感器讀數(shù)頭讀數(shù)頭 7磁柵尺磁柵尺 8鞋楦頂尖鞋楦頂尖角編碼器、直線磁柵傳感器及變送器的外形角編碼器、直線磁柵傳感器及變送器的外形a）角編碼器及變送器的外形）角編碼器及變送器的外形 b）直線磁柵傳感器及變送器的外形）直線磁柵傳感器及變送器的外形用直線光柵作傳感器用直線光柵作傳感器，分辨力，分辨力10m測(cè)量導(dǎo)軌測(cè)量導(dǎo)軌氣缸頂住測(cè)量輪氣缸頂住測(cè)量輪選用磁柵傳感器的特性參數(shù)選用磁柵傳感器的特性參

14、數(shù)型號(hào)型號(hào)XCCB刻線數(shù)刻線數(shù)/線線mm_ _120分辨力分辨力/m0.5最大誤差最大誤差/m (5+5L/1000)全長(zhǎng)全長(zhǎng)/mmL+143有效長(zhǎng)度有效長(zhǎng)度L/mm100900最大行程最大行程/mmL+22mm最大響應(yīng)速度最大響應(yīng)速度/mmin_ _160激勵(lì)源激勵(lì)源10kHz脈沖脈沖/mm20（TTL電平）電平）移動(dòng)壽命移動(dòng)壽命/km9000電纜最大長(zhǎng)度電纜最大長(zhǎng)度/m30數(shù)控鞋楦機(jī)的系統(tǒng)框圖數(shù)控鞋楦機(jī)的系統(tǒng)框圖1Z軸平移工作臺(tái)軸平移工作臺(tái) 2滾珠螺母滾珠螺母 3滾珠絲杠滾珠絲杠采取臥式和輕量化結(jié)構(gòu)采取臥式和輕量化結(jié)構(gòu)+CX+Z仿形輪伺服電機(jī)高速鞋楦掃描機(jī)結(jié)構(gòu)高速鞋楦掃描機(jī)結(jié)構(gòu)鞋楦高速掃描

15、機(jī)對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的要求鞋楦高速掃描機(jī)對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的要求不丟點(diǎn)掃描速度須達(dá)：不丟點(diǎn)掃描速度須達(dá)：35 45 r/min以以30r/min速度掃描一雙速度掃描一雙100mm高筒鞋楦為例，高筒鞋楦為例，仿形輪的周邊瞬時(shí)速度須達(dá)到仿形輪的周邊瞬時(shí)速度須達(dá)到70 m/min，采樣周，采樣周期為期為0.2ms，X軸傳感器分辨力為軸傳感器分辨力為5m時(shí)，信號(hào)脈時(shí)，信號(hào)脈沖頻率達(dá)到?jīng)_頻率達(dá)到2MHz。如采用如采用WINDOWS NT等軟實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，配等軟實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，配以光柵以光柵/編碼器采集卡，容易造成編碼器采集卡，容易造成“丟點(diǎn)丟點(diǎn)”。 鞋楦數(shù)控加工機(jī)對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的要求（續(xù)）鞋楦數(shù)控加工機(jī)對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的要求（續(xù)）

16、（1）高速大數(shù)據(jù)量處理和傳輸能力：）高速大數(shù)據(jù)量處理和傳輸能力：傳統(tǒng)數(shù)控的插補(bǔ)周期均在傳統(tǒng)數(shù)控的插補(bǔ)周期均在10ms左右，每段輪左右，每段輪廓由已知數(shù)學(xué)曲線表達(dá)，程序中含起點(diǎn)、終點(diǎn)、廓由已知數(shù)學(xué)曲線表達(dá)，程序中含起點(diǎn)、終點(diǎn)、圓心坐標(biāo)等信息，圓心坐標(biāo)等信息，由系統(tǒng)根據(jù)數(shù)學(xué)方程自動(dòng)進(jìn)行由系統(tǒng)根據(jù)數(shù)學(xué)方程自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)“密化密化”，即插補(bǔ)，即插補(bǔ)。由于鞋楦是自由曲線曲。由于鞋楦是自由曲線曲面，無法用數(shù)學(xué)公式表達(dá)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)量很大。以面，無法用數(shù)學(xué)公式表達(dá)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)量很大。以鞋楦截面一圈取鞋楦截面一圈取1000點(diǎn)表達(dá)截面輪廓曲線為例，點(diǎn)表達(dá)截面輪廓曲線為例，若轉(zhuǎn)速為若轉(zhuǎn)速為60r/min，每點(diǎn)的三維數(shù)

17、據(jù)處理時(shí)間只有，每點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)處理時(shí)間只有1ms。若為若為270mm的長(zhǎng)鞋楦，加工螺距為的長(zhǎng)鞋楦，加工螺距為1.6mm時(shí)，總時(shí)，總數(shù)據(jù)量達(dá)到數(shù)據(jù)量達(dá)到4MB。2）要求高速三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)能力）要求高速三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)能力:在三軸聯(lián)動(dòng)在三軸聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)時(shí)插補(bǔ)時(shí),合成進(jìn)給速度矢量達(dá)到合成進(jìn)給速度矢量達(dá)到40萬脈沖萬脈沖/秒秒以上以上. 鞋楦數(shù)字化成套設(shè)備的開放式數(shù)控系統(tǒng)鞋楦數(shù)字化成套設(shè)備的開放式數(shù)控系統(tǒng)鞋楦測(cè)量原理和坐標(biāo)系的設(shè)定鞋楦測(cè)量原理和坐標(biāo)系的設(shè)定 在測(cè)量中，鞋楦在測(cè)量中，鞋楦繞著繞著Z軸旋轉(zhuǎn)，仿軸旋轉(zhuǎn)，仿形輪測(cè)量頭靠彈簧形輪測(cè)量頭靠彈簧壓力緊靠在鞋楦表壓力緊靠在鞋楦表面，并沿著面，并沿著Z軸正軸正

18、方移動(dòng)，移動(dòng)的距方移動(dòng)，移動(dòng)的距離與鞋楦的轉(zhuǎn)數(shù)成離與鞋楦的轉(zhuǎn)數(shù)成嚴(yán)格的比例關(guān)系。嚴(yán)格的比例關(guān)系。CXZ測(cè)輪中心點(diǎn)力運(yùn)動(dòng)方向0鞋楦高速數(shù)據(jù)掃描示意圖鞋楦高速數(shù)據(jù)掃描示意圖 即：鞋楦每轉(zhuǎn)過一圈。測(cè)量頭沿即：鞋楦每轉(zhuǎn)過一圈。測(cè)量頭沿Z向的移動(dòng)一定的向的移動(dòng)一定的距離。這樣就形成了一個(gè)螺旋柱面極坐標(biāo)系，距離。這樣就形成了一個(gè)螺旋柱面極坐標(biāo)系，按數(shù)控系按數(shù)控系統(tǒng)確立坐標(biāo)系。統(tǒng)確立坐標(biāo)系。 利用測(cè)控軟件，實(shí)時(shí)記錄下該螺旋柱面上鞋楦每轉(zhuǎn)過利用測(cè)控軟件，實(shí)時(shí)記錄下該螺旋柱面上鞋楦每轉(zhuǎn)過一個(gè)極角時(shí)對(duì)應(yīng)的極徑（以一個(gè)極角時(shí)對(duì)應(yīng)的極徑（以Z為中心為中心,以以+Z到測(cè)量輪中到測(cè)量輪中心的距離為極半徑坐標(biāo)值）心的距離為

19、極半徑坐標(biāo)值）,從而形成加工數(shù)據(jù)文件。從而形成加工數(shù)據(jù)文件。1 1）實(shí)際測(cè)得的）實(shí)際測(cè)得的極徑并不是鞋楦極徑并不是鞋楦表面的點(diǎn)至回轉(zhuǎn)表面的點(diǎn)至回轉(zhuǎn)軸中心的距離，軸中心的距離，而是測(cè)輪中心至而是測(cè)輪中心至鞋楦回轉(zhuǎn)軸中心鞋楦回轉(zhuǎn)軸中心的距離。的距離。 2）測(cè)量時(shí)的螺旋柱面極坐標(biāo)的螺距是可以在操作界）測(cè)量時(shí)的螺旋柱面極坐標(biāo)的螺距是可以在操作界面上任意設(shè)定的。加工時(shí)刀輪運(yùn)動(dòng)軌跡的螺距也是可以面上任意設(shè)定的。加工時(shí)刀輪運(yùn)動(dòng)軌跡的螺距也是可以任意設(shè)定，以適應(yīng)粗、精加工的不同需要。任意設(shè)定，以適應(yīng)粗、精加工的不同需要?？刂撇糠郑焊鶕?jù)面板設(shè)定螺距，控制控制部分：根據(jù)面板設(shè)定螺距，控制C-X軸轉(zhuǎn)動(dòng)，軸轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)量

20、部分：測(cè)出測(cè)量部分：測(cè)出C軸和軸和X軸的位置脈沖軸的位置脈沖,并傳送到并傳送到PC機(jī)。機(jī)。雙端口RAM緩沖區(qū)控制單元編碼脈沖計(jì)數(shù)ISA/PCI 轉(zhuǎn)換接口6PCI總線伺服電機(jī)、處理單元6運(yùn)動(dòng)控制器伺服驅(qū)動(dòng)X軸正交脈沖C軸正交脈沖測(cè)量控制系統(tǒng)硬件框圖測(cè)量控制系統(tǒng)硬件框圖3.數(shù)控鞋楦機(jī)的數(shù)據(jù)處理數(shù)控鞋楦機(jī)的數(shù)據(jù)處理數(shù)控鞋楦機(jī)可采用數(shù)控鞋楦機(jī)可采用PC作為上位機(jī)，完成數(shù)據(jù)作為上位機(jī)，完成數(shù)據(jù)分析、處理以及對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制等任務(wù)。可利分析、處理以及對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制等任務(wù)?？衫糜肰C+進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)、開發(fā)，通過運(yùn)動(dòng)控制卡進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)、開發(fā)，通過運(yùn)動(dòng)控制卡驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，同時(shí)采集三軸數(shù)據(jù)，得到掃描數(shù)據(jù)文驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，

21、同時(shí)采集三軸數(shù)據(jù)，得到掃描數(shù)據(jù)文件 ， 用 于件 ， 用 于 C A M 加 工 （加 工 （ C o m p u t e r a i d e d manufacturing，計(jì)算機(jī)輔助制造，計(jì)算機(jī)輔助制造)）。運(yùn)動(dòng)控制）。運(yùn)動(dòng)控制卡作為控制核心，完成發(fā)送及接收脈沖，各步進(jìn)卡作為控制核心，完成發(fā)送及接收脈沖，各步進(jìn)電動(dòng)機(jī)接受伺服系統(tǒng)發(fā)送的脈沖，驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)軸運(yùn)電動(dòng)機(jī)接受伺服系統(tǒng)發(fā)送的脈沖，驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)軸運(yùn)動(dòng)。動(dòng)。 高速鞋楦掃描機(jī)操作界面高速鞋楦掃描機(jī)操作界面計(jì)算機(jī)逆向工程軟件計(jì)算機(jī)逆向工程軟件由于鞋楦是自由曲面，每段輪廓可利用數(shù)學(xué)曲由于鞋楦是自由曲面，每段輪廓可利用數(shù)學(xué)曲線表達(dá)，程序中含有起點(diǎn)、終點(diǎn)、

22、圓心坐標(biāo)等信線表達(dá)，程序中含有起點(diǎn)、終點(diǎn)、圓心坐標(biāo)等信息。采樣點(diǎn)越密集，數(shù)據(jù)量就越大，加工出來的息。采樣點(diǎn)越密集，數(shù)據(jù)量就越大，加工出來的產(chǎn)品就越光滑。因此多由數(shù)字化逆向工程系統(tǒng)軟產(chǎn)品就越光滑。因此多由數(shù)字化逆向工程系統(tǒng)軟件根據(jù)數(shù)學(xué)方程自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)件根據(jù)數(shù)學(xué)方程自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)“密化密化”（插補(bǔ)）。（插補(bǔ)）。目前已有專用的計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量、處理軟件，目前已有專用的計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量、處理軟件，常用的逆向工程軟件有：常用的逆向工程軟件有：EDS公司的公司的Imageware、Raindrop公司的公司的Geomagic Studio、DELCAM公公司的司的CopyCAD、INUS公司的公司的RapidF

23、orm、上海、上海的的DELPHI等。如果要生成實(shí)體模型，可導(dǎo)入等。如果要生成實(shí)體模型，可導(dǎo)入U(xiǎn)G、PRO/E等軟件進(jìn)行進(jìn)一步的處理。等軟件進(jìn)行進(jìn)一步的處理。鞋楦三維造型圖鞋楦三維造型圖鞋楦三維造型圖鞋楦三維造型圖CNC數(shù)控鞋楦讀數(shù)機(jī)性能參數(shù)數(shù)控鞋楦讀數(shù)機(jī)性能參數(shù)(HD-CNC-DSJ)CNC數(shù)控?cái)?shù)控鞋楦機(jī)外鞋楦機(jī)外形形WCLJ230性能參數(shù)性能參數(shù)項(xiàng)項(xiàng) 目目性性 能能 參參 數(shù)數(shù)最高掃描速度最高掃描速度/r/min大于大于45 r/min仿形輪直徑仿形輪直徑/mm 84線性分辨率線性分辨率/mm0.010.001 角度分辨率角度分辨率/ 0.0360.001 整機(jī)尺寸整機(jī)尺寸/mm 1200

24、7001300整機(jī)重量整機(jī)重量/kg 200 整機(jī)功率整機(jī)功率/ kW1價(jià)格優(yōu)勢(shì)價(jià)格優(yōu)勢(shì)約為進(jìn)口的約為進(jìn)口的40鞋楦鞋楦CAD/CAM軟件軟件-數(shù)學(xué)建模、加工數(shù)據(jù)生成數(shù)學(xué)建模、加工數(shù)據(jù)生成獲得極坐標(biāo)數(shù)據(jù)：極徑傳感器如果采用直線光柵，獲得極坐標(biāo)數(shù)據(jù)：極徑傳感器如果采用直線光柵，鞋楦旋轉(zhuǎn)軸（鞋楦旋轉(zhuǎn)軸（C軸）傳感器采用光電編碼器，如右圖，軸）傳感器采用光電編碼器，如右圖，可以直接獲得極角和極徑增量數(shù)據(jù)，但光柵的阻力較可以直接獲得極角和極徑增量數(shù)據(jù)，但光柵的阻力較大，影響掃描速度，所以可改用高分辨力的光電編碼大，影響掃描速度，所以可改用高分辨力的光電編碼器器 。 可以看出，可以看出，X軸光電編碼器獲

25、得的是轉(zhuǎn)角增量軸光電編碼器獲得的是轉(zhuǎn)角增量a ，而不是極徑增量而不是極徑增量r，此時(shí)，此時(shí)C軸傳感器得到的也不是極角軸傳感器得到的也不是極角增量數(shù)據(jù)增量數(shù)據(jù)光柵仿形輪b極徑極角光柵測(cè)量的截面俯視圖 左圖用藍(lán)左圖用藍(lán)線和紅線分線和紅線分別表示鞋楦別表示鞋楦轉(zhuǎn)過一個(gè)角轉(zhuǎn)過一個(gè)角度的前后不度的前后不同位置。同位置。生成文件后的數(shù)控加工生成文件后的數(shù)控加工三、逆向設(shè)計(jì)的誤差分析三、逆向設(shè)計(jì)的誤差分析1）按項(xiàng)目的技術(shù)指標(biāo)，鞋楦旋轉(zhuǎn)一圈共采集）按項(xiàng)目的技術(shù)指標(biāo)，鞋楦旋轉(zhuǎn)一圈共采集10002000點(diǎn)數(shù)據(jù)，每點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)處理時(shí)間小于點(diǎn)數(shù)據(jù)，每點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)處理時(shí)間小于1ms。在進(jìn)。在進(jìn)行高速數(shù)據(jù)掃描時(shí)，在鞋楦截

26、面半徑變化大的位置極易行高速數(shù)據(jù)掃描時(shí)，在鞋楦截面半徑變化大的位置極易因因“丟點(diǎn)丟點(diǎn)”產(chǎn)生誤差產(chǎn)生誤差。2）采用仿形輪所獲得的數(shù)據(jù)實(shí)際上是在螺旋極坐標(biāo)）采用仿形輪所獲得的數(shù)據(jù)實(shí)際上是在螺旋極坐標(biāo)系中仿形輪中心點(diǎn)系中仿形輪中心點(diǎn)O的軌跡數(shù)據(jù)，其軌跡是一條空間螺的軌跡數(shù)據(jù)，其軌跡是一條空間螺旋極坐標(biāo)系下的復(fù)雜空間曲線，旋極坐標(biāo)系下的復(fù)雜空間曲線，并非鞋楦實(shí)際表面點(diǎn)的并非鞋楦實(shí)際表面點(diǎn)的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)。由于仿形輪與鞋楦的接觸點(diǎn)（即切點(diǎn)）也不總是。由于仿形輪與鞋楦的接觸點(diǎn)（即切點(diǎn)）也不總是落在仿形輪的最大圓截面上，所以必須經(jīng)過專門的數(shù)學(xué)落在仿形輪的最大圓截面上，所以必須經(jīng)過專門的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換，由仿形輪中心點(diǎn)數(shù)據(jù)反求仿形輪與鞋楦自由曲面由仿形輪中心點(diǎn)數(shù)據(jù)反求仿