基于Geomagic的汽車內(nèi)門把手逆向設(shè)計(jì)

許振珊++李陸星

摘 要 以技能大賽訓(xùn)練零件——汽車內(nèi)門把手為載體，借助三維掃描儀設(shè)備和專業(yè)逆向設(shè)計(jì)軟件Geomagic的兩個(gè)產(chǎn)品Studio和Design X對(duì)門把手的逆向設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)介紹。過程包含獲取數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)和重建原型CAD模型等三大關(guān)鍵技術(shù)。結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)得到的曲面質(zhì)量較好，誤差比對(duì)精度合理。

關(guān)鍵詞 Geomagic；技能大賽；三維掃描；點(diǎn)云；逆向工程

中圖分類號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2017）02-0039-03

Reverse Design of Automobile Door Handle based on Geomagic//

XU Zhenshan， LI Luxing

Abstract This paper took the Skills Competition parts automobile door handle as the carrier， using 3D scanner equipment and Studio &

Design X of reverse engineering Geomagic software， the reverse de-sign of automobile handle was introduced. The process consists of three key technologies， including data acquisition， data processing and CAD model reconstruction. The result shows that the surface has

a better quality and a rational error.

Key words Geomagic； skills competition； 3-d scanning； point cloud；

reverse engineering

1 引言

逆向工程（Reverse Engineering）也稱作逆向設(shè)計(jì)或反求工程，是對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的一種描述。它是將已有的產(chǎn)品模型（實(shí)物模型）轉(zhuǎn)化為工程設(shè)計(jì)模型和概念模型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行深化和再創(chuàng)造的一系列分析方法和應(yīng)用技術(shù)的組合。傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念與逆向工程相反，通常是從概念設(shè)計(jì)到圖樣，再創(chuàng)造出產(chǎn)品，其流程為構(gòu)思—設(shè)計(jì)—產(chǎn)品，被稱為正向工程。逆向工程的產(chǎn)品設(shè)計(jì)是根據(jù)零件或者原型生成圖樣，再制造產(chǎn)品[1]。逆向設(shè)計(jì)過程如表1所示。逆向工程通過產(chǎn)品的技術(shù)再現(xiàn)，極大地縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，是進(jìn)行產(chǎn)品技術(shù)改進(jìn)、增強(qiáng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力和開發(fā)新產(chǎn)品的一種重要手段。

本文選取山東省職業(yè)院校技能大賽訓(xùn)練零件——汽車門把手為載體，介紹利用Geomagic軟件對(duì)門把手進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)的過程，主要包括獲取數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)和重建原型CAD模型等三大關(guān)鍵技術(shù)。

2 工作任務(wù)

應(yīng)某汽車零部件廠要求，對(duì)某汽車內(nèi)門把手進(jìn)行逆向建?！，F(xiàn)有汽車內(nèi)門把手實(shí)物模型如圖1所示，完成門把手的數(shù)據(jù)采集與三維建模。要求得到的曲面質(zhì)量較好，誤差比對(duì)合理，生成的實(shí)體利用自動(dòng)編程軟件處理后即可進(jìn)行快速加工。

3 工作流程

在進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)時(shí)，除去掃描設(shè)備自身的誤差之外，若要保證最后設(shè)計(jì)出的模型精度達(dá)到要求，必須要保證獲取數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)和重建原型CAD模型3個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的誤差降到最低。結(jié)合濟(jì)寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院實(shí)訓(xùn)室現(xiàn)有設(shè)備和軟件，選取Win3DD-M三維掃描儀和Geomagic軟件對(duì)門把手進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)，主要過程包括獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)和重建原型CAD模型，從而完成門把手的逆向設(shè)計(jì)。

獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù) 對(duì)內(nèi)門把手點(diǎn)云數(shù)據(jù)的提取借助Win3DD-M三維掃描裝置，掃描儀主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。

掃描前需要在實(shí)物和轉(zhuǎn)盤上粘貼標(biāo)志點(diǎn)，原則為：標(biāo)志點(diǎn)要盡量貼在工件的平面區(qū)域或曲率較小的曲面，且距離工件邊界較遠(yuǎn)一些；標(biāo)志點(diǎn)不要貼在一條直線上，且一定避免對(duì)稱粘貼；公共標(biāo)志點(diǎn)至少選取4個(gè)，由于拍攝角度及圖像質(zhì)量等原因，有些標(biāo)志點(diǎn)不能正確識(shí)別，因此建議多選取幾個(gè)標(biāo)志點(diǎn)（一般選取5～7個(gè)）；粘貼的標(biāo)志點(diǎn)要確保能順利實(shí)施掃描策略，并在長(zhǎng)、寬、高方向合理分布。

內(nèi)門把手實(shí)物較小，曲面較多，掃描措施采取在兩個(gè)面上粘貼標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行過渡。掃描需要借助3個(gè)不同的角度，翻轉(zhuǎn)兩次轉(zhuǎn)盤，才能將整個(gè)實(shí)物掃描完整，如圖2所示。掃描出的點(diǎn)云數(shù)據(jù)如圖3所示。

處理點(diǎn)云數(shù)據(jù) 掃描出的點(diǎn)云數(shù)據(jù)包含有多余數(shù)據(jù)，并且數(shù)量龐大，進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)導(dǎo)致軟件運(yùn)行困難，需要將點(diǎn)云導(dǎo)入軟件進(jìn)行處理。選擇Geomagic Studio軟件進(jìn)行點(diǎn)云處理，這款軟件擁有一套包括一鍵式自動(dòng)網(wǎng)格修補(bǔ)工具在內(nèi)的多邊形編輯工具、交互式砂紙、曲率敏感光順和孔洞填補(bǔ)，即便是在沒有完美掃描數(shù)據(jù)的情況下，依然可以創(chuàng)建出高質(zhì)量的三角網(wǎng)格面模型。智能簡(jiǎn)化工具在簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)后保證了高曲率區(qū)域的多邊形能夠創(chuàng)建更為有效的模型。軟件界面簡(jiǎn)潔易懂，便于用戶操作，如圖4所示。

經(jīng)過著色點(diǎn)、刪除體外孤點(diǎn)、減少噪音等操作可刪除多余數(shù)據(jù)，最后進(jìn)行封裝得到小平面特征。得到的小平面特征通過刪除釘狀物、減少噪音、填充孔等操作進(jìn)行修復(fù)，如圖5所示。

重建模型 逆向建模軟件選擇Geomagic Design X，這是一款逆向設(shè)計(jì)的專業(yè)軟件，在逆向設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)截線、構(gòu)建曲面和誤差比對(duì)等方面具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。使用過CAD的用戶很容易開始Design X的學(xué)習(xí)，XOR的實(shí)體建模工具是基于CAD的建模工具，它使用主流CAD軟件基于歷史樹的建模工具組并可自動(dòng)從掃描數(shù)據(jù)中提取特征。用戶界面簡(jiǎn)潔易懂，如圖6所示。

通過對(duì)內(nèi)門把手的小平面特征進(jìn)行截線、鋪面、創(chuàng)建實(shí)體等操作之后，得到它的三維模型，如圖7所示。

模型誤差分析如圖8所示，可看出大部分區(qū)域精度很高，滿足誤差要求。將生成的實(shí)體利用自動(dòng)編程軟件處理后，即可將程序輸入數(shù)控機(jī)床進(jìn)行快速加工。

4 結(jié)束語

逆向工程作為一種新型CAD/CAM技術(shù)，通過產(chǎn)品的技術(shù)再現(xiàn)，極大縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，是進(jìn)行產(chǎn)品技術(shù)改進(jìn)、增強(qiáng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力和開發(fā)新產(chǎn)品的一種重要手段。隨著現(xiàn)代制造業(yè)技術(shù)的發(fā)展，需要大量熟練運(yùn)用CAD/CAM的技術(shù)技能型人才，這給職業(yè)院校的CAD/CAM教學(xué)帶來很大挑戰(zhàn)與機(jī)遇。結(jié)合技能大賽進(jìn)行該課程的教學(xué)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)職業(yè)院校課程與就業(yè)崗位“零距離”對(duì)接具有重要意義?！?/p>

參考文獻(xiàn)

[1]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.