基于Geomagic的汽車內門把手逆向設計

許振珊++李陸星

摘 要 以技能大賽訓練零件——汽車內門把手為載體，借助三維掃描儀設備和專業逆向設計軟件Geomagic的兩個產品Studio和Design X對門把手的逆向設計進行系統介紹。過程包含獲取數據、處理數據和重建原型CAD模型等三大關鍵技術。結果表明，該設計得到的曲面質量較好，誤差比對精度合理。

關鍵詞 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）也稱作逆向設計或反求工程，是對產品設計過程的一種描述。它是將已有的產品模型（實物模型）轉化為工程設計模型和概念模型，并在此基礎上進行深化和再創造的一系列分析方法和應用技術的組合。傳統的產品設計理念與逆向工程相反，通常是從概念設計到圖樣，再創造出產品，其流程為構思—設計—產品，被稱為正向工程。逆向工程的產品設計是根據零件或者原型生成圖樣，再制造產品[1]。逆向設計過程如表1所示。逆向工程通過產品的技術再現，極大地縮短了產品的設計周期，是進行產品技術改進、增強產品競爭力和開發新產品的一種重要手段。

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

2 工作任務

應某汽車零部件廠要求，對某汽車內門把手進行逆向建模。現有汽車內門把手實物模型如圖1所示，完成門把手的數據采集與三維建模。要求得到的曲面質量較好，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

在進行逆向設計時，除去掃描設備自身的誤差之外，若要保證最后設計出的模型精度達到要求，必須要保證獲取數據、處理數據和重建原型CAD模型3個關鍵技術的誤差降到最低。結合濟寧職業技術學院實訓室現有設備和軟件，選取Win3DD-M三維掃描儀和Geomagic軟件對門把手進行逆向設計，主要過程包括獲取點云數據、處理數據和重建原型CAD模型，從而完成門把手的逆向設計。

獲取點云數據 對內門把手點云數據的提取借助Win3DD-M三維掃描裝置，掃描儀主要技術參數如表2所示。

掃描前需要在實物和轉盤上粘貼標志點，原則為：標志點要盡量貼在工件的平面區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，翻轉兩次轉盤，才能將整個實物掃描完整，如圖2所示。掃描出的點云數據如圖3所示。

處理點云數據 掃描出的點云數據包含有多余數據，并且數量龐大，進行逆向設計時會導致軟件運行困難，需要將點云導入軟件進行處理。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格修補工具在內的多邊形編輯工具、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據的情況下，依然可以創建出高質量的三角網格面模型。智能簡化工具在簡化數據后保證了高曲率區域的多邊形能夠創建更為有效的模型。軟件界面簡潔易懂，便于用戶操作，如圖4所示。

經過著色點、刪除體外孤點、減少噪音等操作可刪除多余數據，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，如圖5所示。

重建模型 逆向建模軟件選擇Geomagic Design X，這是一款逆向設計的專業軟件，在逆向設計的關鍵技術截線、構建曲面和誤差比對等方面具有非常明顯的優勢。使用過CAD的用戶很容易開始Design X的學習，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據中提取特征。用戶界面簡潔易懂，如圖6所示。

通過對內門把手的小平面特征進行截線、鋪面、創建實體等操作之后，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，即可將程序輸入數控機床進行快速加工。

4 結束語

逆向工程作為一種新型CAD/CAM技術，通過產品的技術再現，極大縮短了產品的設計周期，是進行產品技術改進、增強產品競爭力和開發新產品的一種重要手段。隨著現代制造業技術的發展，需要大量熟練運用CAD/CAM的技術技能型人才，這給職業院校的CAD/CAM教學帶來很大挑戰與機遇。結合技能大賽進行該課程的教學，對于實現職業院校課程與就業崗位“零距離”對接具有重要意義。■

參考文獻

[1]楊曉雪，閆學文.Geomagic Design X三維建模案例教程[M].北京：機械工業出版社，2016.