基于Geomagic wrap和DesignX減速器箱體逆向設(shè)計(jì)

靳峰峰 屈科科 唐光胤 馬驪隆

摘?要：減速器箱體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不便測(cè)量，適合使用逆向設(shè)計(jì)獲取箱體三維模型。運(yùn)用三維掃描儀獲取箱體點(diǎn)云數(shù)據(jù)，運(yùn)用wrap對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行處理并封裝三角面片，運(yùn)用DesignX對(duì)三角面片進(jìn)行逆向建模，并與原始點(diǎn)云比對(duì)，獲取箱體三維模型。

關(guān)鍵詞：減速器箱體;逆向設(shè)計(jì);數(shù)據(jù)采集;DesignX

中圖分類號(hào)：TH132文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.06.008

Reducer Cylinders Reverse Design Based on Geomagic Wrap and DesignX

Jin Fengfeng，Qu Keke，Tang Guangyin，Ma Lilong

（Jiyuan Vocational and Technical College， Jiyuan 459000，China）

Abstract：The reducer cylinder structure was complex and measured inconveniently .?It was suitable to use the reverse design to obtain the three-dimensional model of the cylinder.?It was got 3D model by theprocess： Used a 3D scanner to obtain the point cloud data of the cylinder， used wrap to process the point cloud and encapsulate the triangle patch， used DesignX to reverse model the triangle triangle patch， and compared with the original point cloud to obtain the 3D model of the cylinder block.

Keywords：reducer cylinder; reverse design; data acquisition; DesignX

0?引言

逆向設(shè)計(jì)是指從實(shí)物上采集大量的三維坐標(biāo)點(diǎn)，并由此建立該物體的幾何模型，進(jìn)而開(kāi)發(fā)出同類產(chǎn)品的先進(jìn)技術(shù)。逆向設(shè)計(jì)與一般的設(shè)計(jì)制造過(guò)程相反，是先有實(shí)物后有模型。減速器在現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用極為廣泛，常用于原動(dòng)件與工作機(jī)之間減速傳動(dòng)，起到匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用。減速器箱體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，曲面較多，用普通測(cè)量工具測(cè)量難度比較大，適合用逆向設(shè)計(jì)的方法獲取三維模型。

1?點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取

1.1?噴顯像劑

掃描儀接受反射光比較敏感，因此對(duì)于表面反光太高、太低、透明、黑色等表面需要進(jìn)行噴涂顯影劑處理。減速器剛體表面為黃色油漆，光滑處可能會(huì)反射光線，影響正常的掃描效果，因此應(yīng)噴涂一層顯像劑。

1.2?粘貼標(biāo)志點(diǎn)

標(biāo)志點(diǎn)粘貼注意：

（1）標(biāo)志點(diǎn)盡量粘貼在平面區(qū)域或者曲率較小的曲面，避開(kāi)特征多的位置。

（2）標(biāo)志點(diǎn)不要粘貼在一條直線上，且不能對(duì)稱粘貼。公共標(biāo)志點(diǎn)至少為3個(gè)，標(biāo)志點(diǎn)應(yīng)使相機(jī)在盡可能多的角度識(shí)別。

（3）粘貼標(biāo)志點(diǎn)要保證掃描策略的順利實(shí)施，根據(jù)工件的長(zhǎng)、寬、高合理分布（如圖1）。

1.3?獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)

運(yùn)用掃描儀對(duì)處理好的箱體分塊掃描，獲取必要的特征，并對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，使點(diǎn)云數(shù)據(jù)成為一幅完整的點(diǎn)云。

2?點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理

無(wú)論使用何種三維激光測(cè)量方式，都不可避免產(chǎn)生大量的點(diǎn)云噪聲。點(diǎn)云噪聲是各種因素綜合作用的結(jié)果，根據(jù)點(diǎn)云噪聲產(chǎn)生，大體上可以分為四類：（1）被測(cè)目標(biāo)模型的自身屬性;（2）測(cè)量?jī)x器的系統(tǒng)誤差;（3）偶然因素或其他不可抗因素;（4）點(diǎn)云拼接產(chǎn)生的誤差。必須對(duì)掃描來(lái)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪濾波處理，去除掃描場(chǎng)景中的無(wú)關(guān)點(diǎn)云。

2.1?雜點(diǎn)刪除

Geomagic Wrap軟件導(dǎo)入箱體零件點(diǎn)云數(shù)據(jù)，手動(dòng)對(duì)其進(jìn)行去掉掃描過(guò)程中產(chǎn)生的雜點(diǎn)。運(yùn)用“選擇體外孤點(diǎn)”、選取非連接項(xiàng)、刪除噪音點(diǎn)、統(tǒng)一曲率等命令去除多余的點(diǎn)，降低計(jì)算量。模型點(diǎn)云處理后如圖2所示。

2.2?封裝

將點(diǎn)云數(shù)據(jù)三角面片化，便于直觀觀察數(shù)據(jù)模型，為后續(xù)逆向建模做好基礎(chǔ)，封裝后如圖3所示。對(duì)于要求不高的模型，可以通過(guò)對(duì)三角面片進(jìn)行編輯，獲取CAD模型。對(duì)于數(shù)據(jù)精度模型，在保留必要的特征后，進(jìn)行逆向建模獲取CAD模型。

3?逆向建模和數(shù)據(jù)比對(duì)

3.1?逆向建模

將三角面片導(dǎo)入軟件Geomagic DesignX逆向建模?；静襟E可以分為領(lǐng)域分割、對(duì)齊坐標(biāo)系、建立CAD模型。

3.2?數(shù)據(jù)對(duì)比

建模后的三維CAD模型與原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，觀察誤差范圍。根據(jù)需要設(shè)定誤差范圍，通過(guò)比對(duì)后，不同色譜表示不同的誤差范圍。因?yàn)榇四Ｐ偷谋砻鎳娖崽幚?，以及箱體內(nèi)部部分掃描不完整顏色呈藍(lán)色，誤差在0.1 mm外，其他尺寸滿足逆向設(shè)計(jì)要求，如圖4所示。

4?結(jié)論

運(yùn)用掃描儀獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，運(yùn)用Wrap對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行處理獲取模型的三角面片，運(yùn)用DesignX對(duì)三角面片進(jìn)行逆向建模，并進(jìn)行公差分析，符合逆向設(shè)計(jì)要求。為工業(yè)件的逆向設(shè)計(jì)提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 柯映林.反求工程CAD建模理論、方法和系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[2] 成思源，張湘?zhèn)?，張洪，??基于視覺(jué)的三維數(shù)字化測(cè)量技術(shù)與系統(tǒng)[J].機(jī)床與液壓，2006 （5）：125-127.

[3] 周鋒.基于Geomagic的玩具異形曲面快速數(shù)字建模技術(shù)研究[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2011，40（6）：148-150+202.

[4] 程寶軍，王婷.基于逆向工程的玩具鴨的三維建模及雕銑加工[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2016，29（1）：219-221+226.