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    基于逆向工程技術(shù)的汽車模型復雜曲面設(shè)計與分析

    2019-10-21 10:22:07李宇金星唐靜波梁瀅龐善保
    汽車實用技術(shù) 2019年4期
    關(guān)鍵詞:點云數(shù)據(jù)逆向工程質(zhì)量分析

    李宇 金星 唐靜波 梁瀅 龐善保

    摘 要:采用逆向工程的方式可以極大的縮短零件的開發(fā)周期,因為逆向工程在沒有零件CAD文件的情況下,能夠迅速重新構(gòu)建現(xiàn)有經(jīng)典的設(shè)計并開發(fā)新設(shè)計。文章以汽車模型為例,完整的介紹汽車模型點云數(shù)據(jù)采集、點云數(shù)據(jù)的處理、逆向建模以及模型的質(zhì)量分析逆向過程。

    關(guān)鍵詞:逆向工程;點云數(shù)據(jù);質(zhì)量分析

    中圖分類號:U462? 文獻標識碼:A? 文章編號:1671-7988(2019)04-115-02

    引言

    與傳統(tǒng)的正向設(shè)計方法相比,逆向工程可以有效改進技術(shù),提高產(chǎn)品的開發(fā)效率,尤其是外形設(shè)計,逆向工程非常具備優(yōu)勢。本文以復雜曲面汽車模型為例,來闡述原始點云數(shù)據(jù)采集、處理,逆向建模以及產(chǎn)品模型的質(zhì)量分析逆向過程[1]。

    1 原始點云數(shù)據(jù)采集

    汽車模型表面為紅色鏡面漆材質(zhì),在其表面噴涂一層顯像劑,掃描出的點云效果較好,噴粉距離約為30cm左右,盡可能薄且均勻。為掃描整體點云,在模型表面粘貼標志點,以進行拼接掃描。準備好模型后即可開始掃描,在掃描完整的原則上盡量減少不必要的掃描步驟,減少累計誤差的產(chǎn)生。

    2 點云數(shù)據(jù)的編輯

    去掉掃描過程中產(chǎn)生的雜點、噪音點,將點云文件三角面片化(封裝)。將封裝后的三角面片數(shù)據(jù)處理光順、完整,保持數(shù)據(jù)的原始特征,保存為STL文件格式。掃描采集工作完成。

    3 逆向建模

    本文采用軟件Geomagic Design X進行逆向建模,逆向建模的一般流程是:坐標系的建立-領(lǐng)域劃分-根據(jù)領(lǐng)域特征合理建模。

    3.1 坐標系的建立

    將處理好的點云數(shù)據(jù)導入Geomagic Design X中,默認的坐標系位置不合理,如果用默認坐標系建??赡軐е履P统霈F(xiàn)偏差,同時不利于后期零件的加工。因此重新設(shè)置坐標系,以汽車模型的底面建立一個基準面,然后利用“鏡像”的方式建立點云對稱的基準面,最后,采用“手動對齊”功能建立正確的坐標系。

    3.2 汽車模型逆向過程

    掃描后的點云質(zhì)量不夠理想,特征線不明顯,本實例沒有采用劃分領(lǐng)域曲面擬合的方式創(chuàng)建模型。對齊點云后,以汽車模型底面提取的平面為基準面,采用“草圖-面填補”創(chuàng)建汽車模型底面。然后利用“3D草圖”命令畫出與特征線吻合的樣條曲線,使用曲面放樣、面填補等方式創(chuàng)建模型曲面,通過“與面相切、向?qū)€”使各個曲面之間無縫連接。

    在使用“3D草圖”畫樣條曲線時,擅用“平滑”、“投影”命令,讓放樣出的曲面達到理想光順度,最大程度上避免“褶皺面”的出現(xiàn)。修剪曲面時,使用“延長曲面”、“剪切曲面”的方式來保證面與面之間不會出現(xiàn)縫隙。最后如圖1所示,生成逆向?qū)嶓w文件。

    4 汽車逆向?qū)嶓w模型的質(zhì)量分析

    汽車逆向?qū)嶓w模型的質(zhì)量分析的實質(zhì)就是將生成的實體

    模型與掃描實物的點云數(shù)據(jù)作比較分析,結(jié)果如圖2所示,可以明顯的發(fā)現(xiàn)模型的上表面和底面的對比分析顏色大部分接近綠色,小部分存在偏差的原因一方面是掃描時出現(xiàn)的誤差,另一方面是汽車模型表面由許多的小曲面構(gòu)成,增加了掃描難度,導致有的位置掃描不到,有的位置掃描出來的特征不準確,所以出現(xiàn)了灰色、黃色或藍色部分的偏差,其模型真實特征與零件外形是相符的。

    5 小結(jié)

    基于逆向工程技術(shù)對汽車模型復雜表面進行構(gòu)建,經(jīng)過點云處理后,針對于汽車模型的復雜表面運用畫線擬合放樣的方式完成模型創(chuàng)建,能獲得較高的精準度。故此方法可應用在使用傳統(tǒng)方法無法保證復雜曲面的精度和光順度的情況中[2]。在當今時代的大趨勢下,零件外形復雜程度不斷增加,擴大了逆向工程技術(shù)的發(fā)展前景,因此,該方法在未來的工業(yè)發(fā)展中具有較大的應用價值。

    參考文獻

    [1] 楊曉雪. Geomagic Design X三維建模案例教程[M].機械工業(yè)出版社,2016.

    [2] 李丹.基于逆向工程的汽車覆蓋件曲面重構(gòu)技術(shù)研究[J].機械設(shè)計, 2016(8) :114-116.

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