摘 要：以移動(dòng)電話底座為例，詳細(xì)介紹了基于逆向工程技術(shù)的產(chǎn)品研發(fā)工藝流程，達(dá)到了產(chǎn)品的預(yù)期外觀和功能效果，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)電話底座的工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作。

關(guān)鍵詞：逆向工程技術(shù);數(shù)據(jù)采集;點(diǎn)云處理;模型重構(gòu)

中圖分類號(hào)：TB472文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.02.006Open Science Identity（OSID）

基金項(xiàng)目：河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目（182102210038）

作者簡(jiǎn)介：李偉（1984-），男，河南商丘人，本科，講師，研究方向：智能制造，E-mail：404378623@qq.com。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息化、新工藝的飛速發(fā)展，逆向工程技術(shù)在工業(yè)產(chǎn)品研發(fā)領(lǐng)域占據(jù)了非常重要的地位。逆向工程技術(shù)也稱為抄數(shù)工程或者反求工程技術(shù)，是在只有產(chǎn)品概念圖或者效果圖的條件下，按照比例制作產(chǎn)品的模型，借助于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和三維掃描設(shè)備，通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件和模型重構(gòu)軟件，最終獲得產(chǎn)品CAD模型的一種工程技術(shù)方法。逆向工程技術(shù)的工藝流程主要分為數(shù)據(jù)采集、點(diǎn)云處理和模型重構(gòu)三個(gè)階段，它的成功應(yīng)用，克服了CAD復(fù)雜模型直接建模難的問(wèn)題，有效縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期;并且在成型工藝要求的條件下設(shè)計(jì)相應(yīng)的功能結(jié)構(gòu)，分割產(chǎn)品，降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

1 移動(dòng)電話底座的數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集就是借助于三維掃描儀和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集軟件，獲取移動(dòng)電話底座點(diǎn)云數(shù)據(jù)的工作過(guò)程，本文采用的是某公司的單目結(jié)構(gòu)光三維掃描儀及其配套的掃描系統(tǒng)。

1.1 單目結(jié)構(gòu)光三維掃描儀

本文采用的單目結(jié)構(gòu)光三維掃描儀是一種單相機(jī)、單投影的結(jié)構(gòu)光三維掃描設(shè)備，采用時(shí)域編碼結(jié)構(gòu)光技術(shù)，根據(jù)相位法和三角法解析條紋曲率變化，精確計(jì)算出每個(gè)像素在物體表面上對(duì)應(yīng)的空間坐標(biāo)點(diǎn)信息，實(shí)現(xiàn)了便攜性、快速度和高精度的特點(diǎn)。

1.2 移動(dòng)電話底座模型的處理

使用非接觸式光學(xué)三維掃描儀采集數(shù)據(jù)，模型表面對(duì)光線的敏感度、環(huán)境的明暗程度以及掃描過(guò)程的振動(dòng)情況，都會(huì)影響到點(diǎn)云數(shù)據(jù)的精度，而且要想獲取模型表面完整的點(diǎn)云，需要經(jīng)過(guò)多方位的多次數(shù)據(jù)掃描，故需要對(duì)模型進(jìn)行掃描前處理，主要包括表面處理、粘貼標(biāo)識(shí)點(diǎn)。

（1）模型的表面處理。模型對(duì)光線的敏感度主要分為三種情況：反光、透光和吸光，這三類模型必須對(duì)其表面進(jìn)行噴灑白色顯像劑處理，顯像劑不能太厚，要薄薄的、均勻的噴灑一層，以求保證點(diǎn)云采集的數(shù)量和精度，移動(dòng)電話底座模型的噴粉效果如圖1。

（2）粘貼標(biāo)識(shí)點(diǎn)。對(duì)于一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜或者外形較大的模型，需要多次掃描，要根據(jù)掃描的視角和模型表面的特征，粘貼一些標(biāo)識(shí)點(diǎn)，標(biāo)識(shí)點(diǎn)的主要作用是保證前后兩次掃描點(diǎn)云自動(dòng)拼接的質(zhì)量，是多視角注冊(cè)拼合的特征點(diǎn)。標(biāo)識(shí)點(diǎn)一般是外黑內(nèi)白的專用標(biāo)記點(diǎn)，按照白色的直徑大小有規(guī)格之分。移動(dòng)電話底座模型的粘帖標(biāo)識(shí)點(diǎn)狀況如圖2。

1.3 數(shù)據(jù)采集掃描方案的制訂

為保證掃描工作有序、高效、高質(zhì)量的完成，根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，要制訂必要的掃描規(guī)劃，包括模型的放置角度、掃描的大致次數(shù)、是否采用轉(zhuǎn)盤、粘帖標(biāo)識(shí)點(diǎn)的位置和數(shù)量。移動(dòng)電話底座模型的掃描放置位置如圖2。

經(jīng)過(guò)以上三個(gè)工作步驟的實(shí)施，移動(dòng)電話底座的點(diǎn)云文件如圖3。

2 點(diǎn)云處理

在掃描的過(guò)程中，不可避免地產(chǎn)生了一些不必要的點(diǎn)、精度不高的點(diǎn)和較多數(shù)量重復(fù)的點(diǎn)，需要去除或者精簡(jiǎn);同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一些掃描不完整和標(biāo)識(shí)點(diǎn)遮擋的缺失部分，需要針對(duì)性的彌補(bǔ)。Geomagic Wrap 軟件擁有點(diǎn)云和多邊形編輯功能的綜合工具箱，通過(guò)相應(yīng)指令的操作可以以較容易、低成本、快速而精確的方式編輯多邊形和曲面模型。

對(duì)移動(dòng)電話底座的點(diǎn)云文件分別進(jìn)行減少噪聲點(diǎn)、刪除釘狀物、補(bǔ)洞、邊界修補(bǔ)等操作處理，最后封裝得到的小三角形面片結(jié)構(gòu)的文件如圖4。

3 模型重構(gòu)

將封裝后“.stl”格式的移動(dòng)電話底座文件導(dǎo)入到Geomagic DesignX軟件中，對(duì)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行了劃分領(lǐng)域和對(duì)齊操作，見圖5。

根據(jù)數(shù)據(jù)模型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將建模思路分成底座前面凸臺(tái)、底座后面支撐和底座中間電話放置三個(gè)部分，中、前部分的建模方法按照實(shí)體、曲面、曲面修剪實(shí)體的思路進(jìn)行實(shí)施，見圖6;后部支撐部分曲面比較復(fù)雜，按照曲面拼接、縫合成實(shí)體的思路完成建模，見圖7。最后應(yīng)用特征編輯模塊的曲面縫合、實(shí)體倒圓角等相關(guān)命令，對(duì)局部的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行處理，得到最終的產(chǎn)品CAD模型，見圖8。

4 精度分析

使用Geomagic DesignX中的 “Accuracy analysis” 模塊，打開體偏差按鈕，精度分析色差圖顯示見圖9，產(chǎn)品造型的主要功能結(jié)構(gòu)部分精度都處于即±0.1 mm之內(nèi)，基本實(shí)現(xiàn)了模型重構(gòu)的目標(biāo)。

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