基于逆向工程技術(shù)的汽車模型復(fù)雜曲面設(shè)計(jì)與分析

李宇 金星 唐靜波 梁瀅 龐善保

摘 要：采用逆向工程的方式可以極大的縮短零件的開發(fā)周期，因?yàn)槟嫦蚬こ淘跊]有零件CAD文件的情況下，能夠迅速重新構(gòu)建現(xiàn)有經(jīng)典的設(shè)計(jì)并開發(fā)新設(shè)計(jì)。文章以汽車模型為例，完整的介紹汽車模型點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集、點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理、逆向建模以及模型的質(zhì)量分析逆向過程。

關(guān)鍵詞：逆向工程;點(diǎn)云數(shù)據(jù);質(zhì)量分析

中圖分類號(hào)：U462? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2019）04-115-02

引言

與傳統(tǒng)的正向設(shè)計(jì)方法相比，逆向工程可以有效改進(jìn)技術(shù)，提高產(chǎn)品的開發(fā)效率，尤其是外形設(shè)計(jì)，逆向工程非常具備優(yōu)勢(shì)。本文以復(fù)雜曲面汽車模型為例，來闡述原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集、處理，逆向建模以及產(chǎn)品模型的質(zhì)量分析逆向過程[1]。

1 原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集

汽車模型表面為紅色鏡面漆材質(zhì)，在其表面噴涂一層顯像劑，掃描出的點(diǎn)云效果較好，噴粉距離約為30cm左右，盡可能薄且均勻。為掃描整體點(diǎn)云，在模型表面粘貼標(biāo)志點(diǎn)，以進(jìn)行拼接掃描。準(zhǔn)備好模型后即可開始掃描，在掃描完整的原則上盡量減少不必要的掃描步驟，減少累計(jì)誤差的產(chǎn)生。

2 點(diǎn)云數(shù)據(jù)的編輯

去掉掃描過程中產(chǎn)生的雜點(diǎn)、噪音點(diǎn)，將點(diǎn)云文件三角面片化（封裝）。將封裝后的三角面片數(shù)據(jù)處理光順、完整，保持?jǐn)?shù)據(jù)的原始特征，保存為STL文件格式。掃描采集工作完成。

3 逆向建模

本文采用軟件Geomagic Design X進(jìn)行逆向建模，逆向建模的一般流程是：坐標(biāo)系的建立-領(lǐng)域劃分-根據(jù)領(lǐng)域特征合理建模。

3.1 坐標(biāo)系的建立

將處理好的點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入Geomagic Design X中，默認(rèn)的坐標(biāo)系位置不合理，如果用默認(rèn)坐標(biāo)系建模可能導(dǎo)致模型出現(xiàn)偏差，同時(shí)不利于后期零件的加工。因此重新設(shè)置坐標(biāo)系，以汽車模型的底面建立一個(gè)基準(zhǔn)面，然后利用“鏡像”的方式建立點(diǎn)云對(duì)稱的基準(zhǔn)面，最后，采用“手動(dòng)對(duì)齊”功能建立正確的坐標(biāo)系。

3.2 汽車模型逆向過程

掃描后的點(diǎn)云質(zhì)量不夠理想，特征線不明顯，本實(shí)例沒有采用劃分領(lǐng)域曲面擬合的方式創(chuàng)建模型。對(duì)齊點(diǎn)云后，以汽車模型底面提取的平面為基準(zhǔn)面，采用“草圖-面填補(bǔ)”創(chuàng)建汽車模型底面。然后利用“3D草圖”命令畫出與特征線吻合的樣條曲線，使用曲面放樣、面填補(bǔ)等方式創(chuàng)建模型曲面，通過“與面相切、向?qū)€”使各個(gè)曲面之間無縫連接。

在使用“3D草圖”畫樣條曲線時(shí)，擅用“平滑”、“投影”命令，讓放樣出的曲面達(dá)到理想光順度，最大程度上避免“褶皺面”的出現(xiàn)。修剪曲面時(shí)，使用“延長(zhǎng)曲面”、“剪切曲面”的方式來保證面與面之間不會(huì)出現(xiàn)縫隙。最后如圖1所示，生成逆向?qū)嶓w文件。

4 汽車逆向?qū)嶓w模型的質(zhì)量分析

汽車逆向?qū)嶓w模型的質(zhì)量分析的實(shí)質(zhì)就是將生成的實(shí)體

模型與掃描實(shí)物的點(diǎn)云數(shù)據(jù)作比較分析，結(jié)果如圖2所示，可以明顯的發(fā)現(xiàn)模型的上表面和底面的對(duì)比分析顏色大部分接近綠色，小部分存在偏差的原因一方面是掃描時(shí)出現(xiàn)的誤差，另一方面是汽車模型表面由許多的小曲面構(gòu)成，增加了掃描難度，導(dǎo)致有的位置掃描不到，有的位置掃描出來的特征不準(zhǔn)確，所以出現(xiàn)了灰色、黃色或藍(lán)色部分的偏差，其模型真實(shí)特征與零件外形是相符的。

5 小結(jié)

基于逆向工程技術(shù)對(duì)汽車模型復(fù)雜表面進(jìn)行構(gòu)建，經(jīng)過點(diǎn)云處理后，針對(duì)于汽車模型的復(fù)雜表面運(yùn)用畫線擬合放樣的方式完成模型創(chuàng)建，能獲得較高的精準(zhǔn)度。故此方法可應(yīng)用在使用傳統(tǒng)方法無法保證復(fù)雜曲面的精度和光順度的情況中[2]。在當(dāng)今時(shí)代的大趨勢(shì)下，零件外形復(fù)雜程度不斷增加，擴(kuò)大了逆向工程技術(shù)的發(fā)展前景，因此，該方法在未來的工業(yè)發(fā)展中具有較大的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊曉雪. Geomagic Design X三維建模案例教程[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2016.

[2] 李丹.基于逆向工程的汽車覆蓋件曲面重構(gòu)技術(shù)研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)， 2016（8） ：114-116.