基于Geomagic的汽車內(nèi)門把手逆向設(shè)計

許振珊++李陸星

摘 要 以技能大賽訓(xùn)練零件——汽車內(nèi)門把手為載體，借助三維掃描儀設(shè)備和專業(yè)逆向設(shè)計軟件Geomagic的兩個產(chǎn)品Studio和Design X對門把手的逆向設(shè)計進行系統(tǒng)介紹。過程包含獲取數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)和重建原型CAD模型等三大關(guān)鍵技術(shù)。結(jié)果表明，該設(shè)計得到的曲面質(zhì)量較好，誤差比對精度合理。

關(guān)鍵詞 Geomagic；技能大賽；三維掃描；點云；逆向工程

中圖分類號：G712 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）02-0039-03

Reverse Design of Automobile Door Handle based on Geomagic//

XU Zhenshan， LI Luxing

Abstract This paper took the Skills Competition parts automobile door handle as the carrier， using 3D scanner equipment and Studio &

Design X of reverse engineering Geomagic software， the reverse de-sign of automobile handle was introduced. The process consists of three key technologies， including data acquisition， data processing and CAD model reconstruction. The result shows that the surface has

a better quality and a rational error.

Key words Geomagic； skills competition； 3-d scanning； point cloud；

reverse engineering

1 引言

逆向工程（Reverse Engineering）也稱作逆向設(shè)計或反求工程，是對產(chǎn)品設(shè)計過程的一種描述。它是將已有的產(chǎn)品模型（實物模型）轉(zhuǎn)化為工程設(shè)計模型和概念模型，并在此基礎(chǔ)上進行深化和再創(chuàng)造的一系列分析方法和應(yīng)用技術(shù)的組合。傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計理念與逆向工程相反，通常是從概念設(shè)計到圖樣，再創(chuàng)造出產(chǎn)品，其流程為構(gòu)思—設(shè)計—產(chǎn)品，被稱為正向工程。逆向工程的產(chǎn)品設(shè)計是根據(jù)零件或者原型生成圖樣，再制造產(chǎn)品[1]。逆向設(shè)計過程如表1所示。逆向工程通過產(chǎn)品的技術(shù)再現(xiàn)，極大地縮短了產(chǎn)品的設(shè)計周期，是進行產(chǎn)品技術(shù)改進、增強產(chǎn)品競爭力和開發(fā)新產(chǎn)品的一種重要手段。

本文選取山東省職業(yè)院校技能大賽訓(xùn)練零件——汽車門把手為載體，介紹利用Geomagic軟件對門把手進行逆向設(shè)計的過程，主要包括獲取數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)和重建原型CAD模型等三大關(guān)鍵技術(shù)。

2 工作任務(wù)

應(yīng)某汽車零部件廠要求，對某汽車內(nèi)門把手進行逆向建模?，F(xiàn)有汽車內(nèi)門把手實物模型如圖1所示，完成門把手的數(shù)據(jù)采集與三維建模。要求得到的曲面質(zhì)量較好，誤差比對合理，生成的實體利用自動編程軟件處理后即可進行快速加工。

3 工作流程

在進行逆向設(shè)計時，除去掃描設(shè)備自身的誤差之外，若要保證最后設(shè)計出的模型精度達到要求，必須要保證獲取數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)和重建原型CAD模型3個關(guān)鍵技術(shù)的誤差降到最低。結(jié)合濟寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院實訓(xùn)室現(xiàn)有設(shè)備和軟件，選取Win3DD-M三維掃描儀和Geomagic軟件對門把手進行逆向設(shè)計，主要過程包括獲取點云數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)和重建原型CAD模型，從而完成門把手的逆向設(shè)計。

獲取點云數(shù)據(jù) 對內(nèi)門把手點云數(shù)據(jù)的提取借助Win3DD-M三維掃描裝置，掃描儀主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。

掃描前需要在實物和轉(zhuǎn)盤上粘貼標志點，原則為：標志點要盡量貼在工件的平面區(qū)域或曲率較小的曲面，且距離工件邊界較遠一些；標志點不要貼在一條直線上，且一定避免對稱粘貼；公共標志點至少選取4個，由于拍攝角度及圖像質(zhì)量等原因，有些標志點不能正確識別，因此建議多選取幾個標志點（一般選取5～7個）；粘貼的標志點要確保能順利實施掃描策略，并在長、寬、高方向合理分布。

內(nèi)門把手實物較小，曲面較多，掃描措施采取在兩個面上粘貼標志點進行過渡。掃描需要借助3個不同的角度，翻轉(zhuǎn)兩次轉(zhuǎn)盤，才能將整個實物掃描完整，如圖2所示。掃描出的點云數(shù)據(jù)如圖3所示。

處理點云數(shù)據(jù) 掃描出的點云數(shù)據(jù)包含有多余數(shù)據(jù)，并且數(shù)量龐大，進行逆向設(shè)計時會導(dǎo)致軟件運行困難，需要將點云導(dǎo)入軟件進行處理。選擇Geomagic Studio軟件進行點云處理，這款軟件擁有一套包括一鍵式自動網(wǎng)格修補工具在內(nèi)的多邊形編輯工具、交互式砂紙、曲率敏感光順和孔洞填補，即便是在沒有完美掃描數(shù)據(jù)的情況下，依然可以創(chuàng)建出高質(zhì)量的三角網(wǎng)格面模型。智能簡化工具在簡化數(shù)據(jù)后保證了高曲率區(qū)域的多邊形能夠創(chuàng)建更為有效的模型。軟件界面簡潔易懂，便于用戶操作，如圖4所示。

經(jīng)過著色點、刪除體外孤點、減少噪音等操作可刪除多余數(shù)據(jù)，最后進行封裝得到小平面特征。得到的小平面特征通過刪除釘狀物、減少噪音、填充孔等操作進行修復(fù)，如圖5所示。

重建模型 逆向建模軟件選擇Geomagic Design X，這是一款逆向設(shè)計的專業(yè)軟件，在逆向設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)截線、構(gòu)建曲面和誤差比對等方面具有非常明顯的優(yōu)勢。使用過CAD的用戶很容易開始Design X的學(xué)習(xí)，XOR的實體建模工具是基于CAD的建模工具，它使用主流CAD軟件基于歷史樹的建模工具組并可自動從掃描數(shù)據(jù)中提取特征。用戶界面簡潔易懂，如圖6所示。

通過對內(nèi)門把手的小平面特征進行截線、鋪面、創(chuàng)建實體等操作之后，得到它的三維模型，如圖7所示。

模型誤差分析如圖8所示，可看出大部分區(qū)域精度很高，滿足誤差要求。將生成的實體利用自動編程軟件處理后，即可將程序輸入數(shù)控機床進行快速加工。

4 結(jié)束語

逆向工程作為一種新型CAD/CAM技術(shù)，通過產(chǎn)品的技術(shù)再現(xiàn)，極大縮短了產(chǎn)品的設(shè)計周期，是進行產(chǎn)品技術(shù)改進、增強產(chǎn)品競爭力和開發(fā)新產(chǎn)品的一種重要手段。隨著現(xiàn)代制造業(yè)技術(shù)的發(fā)展，需要大量熟練運用CAD/CAM的技術(shù)技能型人才，這給職業(yè)院校的CAD/CAM教學(xué)帶來很大挑戰(zhàn)與機遇。結(jié)合技能大賽進行該課程的教學(xué)，對于實現(xiàn)職業(yè)院校課程與就業(yè)崗位“零距離”對接具有重要意義。■

參考文獻

[1]楊曉雪，閆學(xué)文.Geomagic Design X三維建模案例教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2016.