基于RapidForm逆向工程軟件的汽車外拉手產品設計和數控加工

2018-08-14 11:08:30劉玲玲王雪夢

汽車零部件 2018年7期

劉玲玲,王雪夢

(1.河南工學院，河南新鄉 453000；2.河南新飛電器有限公司，河南新鄉 453000)

0 引言

隨著國民生產總值和人們生活水平的日益提高，人們對產品的外觀設計要求越來越多,特別是在飛機、汽車、工藝美術品和模具等的設計和制造中，很多零部件都是由復雜的自由曲面拼接而成，因此在概念設計階段難以用嚴密、統一的數學語言來描述。近年來，產品造型設計逐漸走向成熟，出現逆向設計法。由于產品造型的逆向設計有起點高、成本低、周期短、易改型、易創新的特性，自出現以來便受到了企業設計師們的關注。逆向工程是對已有的具有先進技術的產品，對它進行仿照或者在仿照的基礎上進行改進，是對已有設計的一個再設計[1]。早期逆向設計主要應用的軟件為Geomagic Studio的點云處理，然后使用Pro/E來逆向建模。隨著科技的發展，現在逆向設計主要應用的軟件還是Geomagic Studio的點云處理，但是已經使用RapidFrom來逆向建模以實現逆向設計了。RapidForm是韓國INUS公司出品的全球四大逆向工程軟件之一，RapidForm提供了新一代運算模式，可實時將點云數據運算出無接縫的多邊形曲面，使它成為 3D Scan 后處理的最佳接口[1]。RapidForm將工作效率提升很多，使 3D 掃描設備的運用范圍擴大，同時也改善了掃描的品質。在逆向設計應用中，RapidForm較以前使用的軟件有以下優點[1]：(1)提供記憶管理技術，縮短處理數據的時間；(2)迅速處理龐大的點云數據，不論是稀疏的點云還是跳點，都可以輕易地轉換成非常好的點云；(3)提供過濾點云工具以及分析表面偏差的技術來消除3D掃描儀所產生的不良點云；(4)提供一個特別的計算技術，針對3D及2D處理是同類型計算，提供了一個最快最可靠的計算方法，可以將點云快速計算出多邊形曲面；(5)能處理無順序排列的點數據以及有順序排列的點數據；(6)提供上色功能，通過實時上色編輯工具，可以直接對模型編輯自己喜歡的顏色；(7)使用者可以方便地對點云數據進行各種各樣的合并。

1 汽車外拉手逆向設計總體思路

首先，利用三維立體掃描儀采集汽車外拉手外殼的曲面數據，生成點云數據；其次，導入Geomagic Studio軟件，將點云數據處理成線框模型；最后，利用線框模型在RapidForm中生成汽車拉手的外殼曲面，通過UG NX10.0軟件對汽車拉手進行數控加工。

1.1 曲面數據的采集與處理

曲面數據的采集需要用到三維掃描儀。目前某校擁有的三維掃描儀是北京三維天下的win3DD-M單目掃描儀。該掃描儀的工作過程如下：首先，在汽車外拉手上噴上顯像劑，然后開始貼標志點，這種標志點為標準大小，掃描軟件可以默認識別。貼點的位置和多少視工件結構和大小而定。對汽車外拉手采用正反面貼點的方式：正面貼5個，如圖1所示；背面貼5個，如圖2所示；把貼過標志點的汽車外拉手放置在三維掃描儀的二維轉盤上，如圖3所示。放置的位置需要掃描者在底盤上前后、左右、上下來調試，最終找到一個最合適的位置。如果在掃描過程中發現無法將工件數據完整地采集，不可以讓工件和轉盤發生相對位移，只要一動位置，就需要重新掃描，所以第一步操作放置汽車外拉手很關鍵，需要具有一定的操作經驗和掃描思路。三維掃描儀通過掃描這些標志點進行面與面的自動拼接,依次掃描,直到將工件完整掃描得到全部數據，如圖4所示。

圖1 汽車外拉手正面標志點

圖2 汽車外拉手背面標志點

圖3 放置在掃描儀二維轉盤上的汽車外拉手

圖4 掃描生成的汽車外拉手點云數據

1.2 汽車外拉手的曲面造型生成

利用RapidForm來生成汽車外拉手的曲面造型過程如下：(1)導入模型。打開RapidForm，用插入→共享數據→子文件的命令來插入之前處理的汽車外拉手面片模型。(2)劃分領域組。(3)創建基準平面。(4)對齊坐標系。(5)利用面片擬合命令創建汽車外拉手的主要大曲面,調整參數,使擬合的曲面精度滿足要求。(6)利用曲面剪切、曲面合并、曲面拉伸、曲面放樣等功能對擬合面片進行處理，得到汽車外拉手的主體模型重建。(7)通過實體拉伸、剪切等命令進行模型的非自由曲面特征的創建。(8)對建立的各部特征進行最終擬合,得到最后的實體，如圖5所示。