基于Geomagic DesignX基本體逆向建模

靳峰峰 屈科科

摘 要： 基本體由曲面和孔構成，測量比較困難，適合于逆向建模。運用DesignX對基本體領域劃分、對齊坐標系、逆向建模，并且模型進行誤差分析，得到CAD模型與原始數(shù)據(jù)誤差在正負0.1范圍內(nèi)，為逆向建摸提供參考。

關鍵詞： Design X;數(shù)據(jù)比對;逆向建模;對齊坐標系

中圖分類號： TP391.72? ? ? ? ?文獻標識碼： A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.10.024

0 引言

產(chǎn)品逆向建模是指從一個實物獲取相應的CAD模型的方式，包含物體離散測點的網(wǎng)格化、特征提取、表面分片和曲面生成等，是整個RE過程中最關鍵、最復雜的一環(huán)，也為后續(xù)的工程分析、創(chuàng)新設計和加工制造等應用提供數(shù)學模型支持。

Design X可以依據(jù)點云數(shù)據(jù)擬合出多邊形模型和樣條四邊形網(wǎng)格，可以自動獲得NURBS曲面，建模效率非常高。對于要求不高的產(chǎn)品對獲取NURBS曲面進行編輯即可生成數(shù)據(jù)模型，對于產(chǎn)品質(zhì)量要求較高的情況，需要對面片進行編輯。Design X逆向建模重建的一般步驟為：領域劃分、對齊坐標系、編輯曲面片實現(xiàn)模型的重建。

1 領域劃分

領域劃分是根據(jù)掃描數(shù)據(jù)的曲率和功能將面片歸類為不同的幾何形狀領域，經(jīng)過分類的特征領域具有幾何特征信息，可用于快速創(chuàng)建特征，所以領域劃分是逆向建模中很重要的一步。領域劃分方式有自動分割和手動分割兩種方式。自動分割是根據(jù)掃描數(shù)據(jù)的曲率和功能將面片自動歸類為不同的幾何形狀領域，而手動分割是根據(jù)用戶選擇將面片歸類為不同的形狀領域。自動分割操作簡單、快捷，手動分割自主性強，兩種分割方式選擇主要與模型的質(zhì)量有關，模型均勻、噪點少選擇自動，相反選擇自動分割。分割完后可以選擇根據(jù)后期建模需要對領域進行編輯，常用的編輯方式有分割、合并、分離、擴大、縮小、插入等。基本體模型如圖1a所示，經(jīng)領域分割、編輯后，模型的領域如圖1b所示。

2 對齊坐標系

對齊坐標系是將掃描數(shù)據(jù)的坐標系和建模的坐標系對齊。兩個坐標系是否完全對齊影響建造模型的精度。對齊方式有對齊向?qū)Ш褪謩訉R兩種方式。對齊向?qū)R無需手動選擇和定義坐標系幾何形狀便可將對象面片與世界坐標系對齊，即存在領域組的時候可以使用。手動對齊是通過選擇曲面點或從一個預定義坐標轉換為另一個坐標系，手動對齊方式有兩種：3—2—1對齊方式（點—線—面對齊）以及X—Y—Z對齊方式。兩種對齊方式都可以達到一樣的效果，但X—Y—Z對齊方式一般更適合平面類模型。采用X—Y—Z對齊方式效果如圖2所示，用于對齊坐標系的參考可以是平面、領域、軸等。基本體模型由底面為平面、側面為圓弧面、頂面為圓弧面、中間去除部分的底面也是圓弧，所以采用以底面基準、截取模型后繪制兩個參考面。采用X—Y—Z對齊坐標系如圖3所示。

3 模型重構

模型重構的方式有三種：自動曲面創(chuàng)建、繪制曲線生成實體（曲面）、曲面擬合并編輯。自動曲面創(chuàng)建簡單快捷，對表面質(zhì)量要求高，但不利于后期對CAD模型的編輯。曲面擬合是根據(jù)劃分出來的領域擬合運算創(chuàng)建曲面，曲面擬合技術是一項獨特技術，為利用領域創(chuàng)建3D自由曲面提供了簡單快捷的方法。通常情況選擇繪制曲線生成實體（曲面）與曲面擬合相結合的建摸方式繪制出相應的曲面如圖4所示，上下表面是通過曲面擬合出來的，側面是繪制曲線拉伸出來，通過編輯曲面得到基本體的整體實體模型如圖5所示。在整體模型基礎上進行拉伸、切除、曲面擬合、曲面裁剪縫合、圓角等一系列操作后得到完整的CAD模型如圖6所示。

4 誤差分析

建模完成后，需要對建模質(zhì)量進行評估。編輯誤差分析精度范圍，如圖7所示，通過色差分析可以看出，CAD模型與原始模型的誤差小，誤差精度控制在±0.1 mm，建模精度高。

5 結論

通過劃分領域、對齊坐標系、模型重構、誤差分析等步驟完成了基本體逆向建模，建模精度在±0.1 mm范圍內(nèi)，完全滿足精度要求。

參考文獻：

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