孫 旋，柴民杰，邵 博

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基于Geomagic軟件的摩托車擋泥板逆向建模

孫 旋，柴民杰，邵 博

（邢臺(tái)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 邢臺(tái) 054035）

以摩托車擋泥板為例，詳細(xì)說明利用光柵三維掃描儀、點(diǎn)云數(shù)據(jù)優(yōu)化處理軟件Geomagic Studio和逆向建模軟件Geomagic Design X的逆向設(shè)計(jì)過程，為摩托車擋泥板后期的優(yōu)化設(shè)計(jì)、提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短生產(chǎn)周期奠定了基礎(chǔ)。

Geomagic Studio；Geomagic Design X；摩托車擋泥板；逆向建模

擋泥板作為摩托車的一個(gè)必備零件，在經(jīng)過泥濘區(qū)域可以擋住臟泥水，保護(hù)人們的衣物。摩托車擋泥板一般為塑料制件，曲面造型復(fù)雜。本文利用逆向工程軟硬件快速創(chuàng)建摩托車擋泥板三維模型，為后期再設(shè)計(jì)創(chuàng)新以及開模批量生產(chǎn)提高效率和產(chǎn)品質(zhì)量有很大幫助，最終實(shí)現(xiàn)CAD/CAE/CAM一體化。

產(chǎn)品的逆向設(shè)計(jì)是基于物理模型來獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過逆向軟件對原始設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)據(jù)還原，對還原的模型進(jìn)行評估，或?qū)ζ溥M(jìn)行模型再設(shè)計(jì)，通過導(dǎo)入這些模型，對其進(jìn)行質(zhì)量評價(jià)與精度驗(yàn)證。在反求復(fù)原與優(yōu)化設(shè)計(jì)之后可以通過CAM來進(jìn)行加工驗(yàn)證[1]。逆向工程設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

圖1 產(chǎn)品逆向設(shè)計(jì)工程流程圖

一、點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集與處理

1.掃描采集點(diǎn)云數(shù)據(jù)

摩托車擋泥板的數(shù)據(jù)采集采用的是西安交通大學(xué)系列三維光學(xué)攝影測量產(chǎn)品RMS-Ⅰ（標(biāo)準(zhǔn)型）三維光學(xué)掃描系統(tǒng)掃描儀，測量精度為0.02mm。通過RMS-Ⅰ型三維光學(xué)掃描系統(tǒng)掃描儀對摩托車擋泥板進(jìn)行各個(gè)角度的掃描，掃描過程如圖2所示。利用該系統(tǒng)自帶的掃描軟件獲得離散的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并根據(jù)摩托車擋泥板的掃描特征標(biāo)志自動(dòng)完成拼接。

圖2 掃描過程

圖3 初始點(diǎn)云數(shù)據(jù)

2.優(yōu)化處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)

將掃描摩托車擋泥板得到的初始點(diǎn)云數(shù)據(jù)（如圖3所示），利用數(shù)據(jù)處理軟件Geomagic Studio進(jìn)行去除體外孤點(diǎn)、減少噪音、采樣、聯(lián)合點(diǎn)對象、封裝、填充孔、去除特征、松弛、網(wǎng)格醫(yī)生、光滑曲面、簡化多邊形等優(yōu)化處理最終得到網(wǎng)格曲面模型[2]，輸出.stl文件如圖4所示。經(jīng)過點(diǎn)云處理后的文件可以減少人為誤差，為后續(xù)建模做好準(zhǔn)備工作。

圖4 優(yōu)化后點(diǎn)云數(shù)據(jù)

圖5 領(lǐng)域組分割面片

二、摩托車擋泥板的逆向建模

1.逆向建模思路

將處理好的.stl文件導(dǎo)入到逆向建模軟件Geomagic Design X中進(jìn)行逆向建模。Geomagic Design X 軟件是美國3D Systems公司研發(fā)的一款功能強(qiáng)大的逆向設(shè)計(jì)軟件，可實(shí)時(shí)將點(diǎn)云數(shù)據(jù)運(yùn)算出無接縫的多邊形曲面，是3D Scan后處理的最佳化接口[3]。能夠?qū)⒛Ｐ蛿?shù)據(jù)傳輸?shù)街髁鰿AD軟件中，如SolidWorks、Siemens NX和Creo等。

摩托車擋泥板是一個(gè)均勻?qū)ΨQ的結(jié)構(gòu)，所以在對其進(jìn)行逆向建模時(shí)只需重建出一半合格精確的實(shí)體，然后使用鏡像命令即可得到整體。最后對生成的模型進(jìn)行點(diǎn)云云圖偏差測量，檢測是否符合要求精度。

2.逆向建模過程

首先，通過領(lǐng)域組，設(shè)置敏感度和面片粗糙度自動(dòng)分類特征區(qū)域，分割出不同特征的曲面，如圖5所示，用于快速創(chuàng)建特征，根據(jù)需要可進(jìn)行手動(dòng)分割或重新分割。建立基準(zhǔn)平面，利用手動(dòng)對齊坐標(biāo)系命令創(chuàng)建模型坐標(biāo)系，如圖6所示。

其次，選取點(diǎn)云數(shù)據(jù)相對完整的一半曲面進(jìn)行逆向建模，通過面片擬合，擬合出一半模型的曲面，并延長相應(yīng)曲面、剪切曲面、縫合成完整的曲面。通過面片草圖功能，繪制模型上的截面輪廓，拉伸、實(shí)體化創(chuàng)建出模型的一半，鏡像得到模型的全部，如圖7所示。再經(jīng)過頂面的面片擬合與先前模型進(jìn)行切割，倒圓角得到基本模型，如圖8所示。

圖6 創(chuàng)建模型坐標(biāo)系

圖7 模型的一半和全部

圖8 重建的基本模型

圖9 重建的完整模型

圖10 模型失真

最后，利用曲面偏移、延長曲面和殼體命令把實(shí)體抽殼生成曲面體，再通過草圖面片和拉伸命令創(chuàng)建單側(cè)的孔特征，鏡像得到另外一側(cè)，經(jīng)過布爾運(yùn)算和倒圓角命令得到完整的摩托車擋泥板模型，如圖9所示。

3.模型偏差分析

通過軟件Geomagic Design X上“Accuracy Analyzer”面板中的“偏差”功能，將上、下限分別設(shè)為0.1—-0.1，軟件自動(dòng)計(jì)算出擬合曲面和原始數(shù)據(jù)之間的偏差云圖，在許可公差范圍內(nèi)顯示綠色[4]。從圖10中可以看出模型上之所以出現(xiàn)除綠色之外的顏色是因?yàn)閽呙钄?shù)據(jù)時(shí)該側(cè)數(shù)據(jù)不完整或者有缺失，總體來說重建模型符合設(shè)計(jì)要求，因此采用上述方法重建的模型精度較高。

三、結(jié)語

逆向工程在制造業(yè)有著越來越多的應(yīng)用，本文以摩托車擋泥板為例，通過三維掃描儀、點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理軟件Geomagic Studio和逆向建模軟件Geomagic Design X，詳細(xì)闡述了建模的思路和過程，該方法建模速度快、誤差小、質(zhì)量好，對產(chǎn)品開發(fā)縮短周期、提高設(shè)計(jì)質(zhì)量有著較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)，還可以將重建得模型導(dǎo)入到后續(xù)的CAD軟件中進(jìn)行再創(chuàng)新設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)更好的產(chǎn)品體驗(yàn)，為開模進(jìn)行大批量生產(chǎn)有指導(dǎo)意義。

[1]劉勇，賴嘯，郭晟等.基于Geomagic的葉輪逆向建模與再設(shè)計(jì)研究[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2017（6）： 51-52.

[2][3]楊曉雪，閆學(xué)文.Geomagic Design X三維建模案例教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2016.

[4]孔艷艷.基于Geomagic Design X的軸流式風(fēng)機(jī)葉片逆向建模[J].黑龍江工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2017，7（17）： 44-47.

Reverse Modeling of the Motorcycle Fender Based on Geomagic

SUN Xuan，CHAI Min-jie，SHAO Bo

（Xingtai Polytechnic College, Xingtai, Hebei 054035, China）

Taking the motorcycle fender as an example, the raster 3D scanner, point cloud data optimization software Geomagic Studio and reverse modeling software Geomagic Design X were used to describe the reverse design process in detail. The paper provides the base for the optimized design of the motorcycle fender in the later period to improve the product quality and shorten the production cycle.

geomagic studio; geomagic design x; motorcycle fenders; reverse modeling

2018—08—19

孫旋（1987—），女，河北昌黎人，邢臺(tái)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，講師。

TP391.7

A

1008—6129（2018）05—0061—03