靳峰峰 屈科科

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

關(guān)鍵詞： Design X;數(shù)據(jù)比對;逆向建模;對齊坐標(biāo)系

中圖分類號(hào)： TP391.72? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(gè)實(shí)物獲取相應(yīng)的CAD模型的方式，包含物體離散測點(diǎn)的網(wǎng)格化、特征提取、表面分片和曲面生成等，是整個(gè)RE過程中最關(guān)鍵、最復(fù)雜的一環(huán)，也為后續(xù)的工程分析、創(chuàng)新設(shè)計(jì)和加工制造等應(yīng)用提供數(shù)學(xué)模型支持。

Design X可以依據(jù)點(diǎn)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(dòng)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(jìn)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(jìn)行編輯。Design X逆向建模重建的一般步驟為：領(lǐng)域劃分、對齊坐標(biāo)系、編輯曲面片實(shí)現(xiàn)模型的重建。

1 領(lǐng)域劃分

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

2 對齊坐標(biāo)系

對齊坐標(biāo)系是將掃描數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系和建模的坐標(biāo)系對齊。兩個(gè)坐標(biāo)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?dòng)對齊兩種方式。對齊向?qū)R無需手動(dòng)選擇和定義坐標(biāo)系幾何形狀便可將對象面片與世界坐標(biāo)系對齊，即存在領(lǐng)域組的時(shí)候可以使用。手動(dòng)對齊是通過選擇曲面點(diǎn)或從一個(gè)預(yù)定義坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為另一個(gè)坐標(biāo)系，手動(dòng)對齊方式有兩種：3—2—1對齊方式（點(diǎn)—線—面對齊）以及X—Y—Z對齊方式。兩種對齊方式都可以達(dá)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(biāo)系的參考可以是平面、領(lǐng)域、軸等?；倔w模型由底面為平面、側(cè)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(zhǔn)、截取模型后繪制兩個(gè)參考面。采用X—Y—Z對齊坐標(biāo)系如圖3所示。

3 模型重構(gòu)

模型重構(gòu)的方式有三種：自動(dòng)曲面創(chuàng)建、繪制曲線生成實(shí)體（曲面）、曲面擬合并編輯。自動(dòng)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(lǐng)域擬合運(yùn)算創(chuàng)建曲面，曲面擬合技術(shù)是一項(xiàng)獨(dú)特技術(shù)，為利用領(lǐng)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(shí)體（曲面）與曲面擬合相結(jié)合的建摸方式繪制出相應(yīng)的曲面如圖4所示，上下表面是通過曲面擬合出來的，側(cè)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(shí)體模型如圖5所示。在整體模型基礎(chǔ)上進(jìn)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(jìn)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(jié)論

通過劃分領(lǐng)域、對齊坐標(biāo)系、模型重構(gòu)、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(xiàn)：

[1]? 成思源.逆向工程技術(shù)綜合實(shí)踐[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[2] 成思源， 楊雪榮.Geomagic Design Direct逆向設(shè)計(jì)技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2015.

[3] 董三鋒，吳小晴，馮蘭芳，等.基于反求工程的汽車內(nèi)飾件逆向設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2009（9）：30-31.

[4] 成思源，楊雪榮.逆向工程及技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2017.