基于Geomagic的汽车内门把手逆向设计

许振珊++李陆星

摘 要 以技能大赛训练零件——汽车内门把手为载体，借助三维扫描仪设备和专业逆向设计软件Geomagic的两个产品Studio和Design X对门把手的逆向设计进行系统介绍。过程包含获取数据、处理数据和重建原型CAD模型等三大关键技术。结果表明，该设计得到的曲面质量较好，误差比对精度合理。

关键词 Geomagic；技能大赛；三维扫描；点云；逆向工程

中图分类号：G712 文献标识码：B

文章编号：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）也称作逆向设计或反求工程，是对产品设计过程的一种描述。它是将已有的产品模型（实物模型）转化为工程设计模型和概念模型，并在此基础上进行深化和再创造的一系列分析方法和应用技术的组合。传统的产品设计理念与逆向工程相反，通常是从概念设计到图样，再创造出产品，其流程为构思—设计—产品，被称为正向工程。逆向工程的产品设计是根據零件或者原型生成图样，再制造产品[1]。逆向设计过程如表1所示。逆向工程通过产品的技术再现，极大地缩短了产品的设计周期，是进行产品技术改进、增强产品竞争力和开发新产品的一种重要手段。

本文选取山东省职业院校技能大赛训练零件——汽车门把手为载体，介绍利用Geomagic软件对门把手进行逆向设计的过程，主要包括获取数据、处理数据和重建原型CAD模型等三大关键技术。

2 工作任务

应某汽车零部件厂要求，对某汽车内门把手进行逆向建模。现有汽车内门把手实物模型如图1所示，完成门把手的数据采集与三维建模。要求得到的曲面质量较好，误差比对合理，生成的实体利用自动编程软件处理后即可进行快速加工。

3 工作流程

在进行逆向设计时，除去扫描设备自身的误差之外，若要保证最后设计出的模型精度达到要求，必须要保证获取数据、处理数据和重建原型CAD模型3个关键技术的误差降到最低。结合济宁职业技术学院实训室现有设备和软件，选取Win3DD-M三维扫描仪和Geomagic软件对门把手进行逆向设计，主要过程包括获取点云数据、处理数据和重建原型CAD模型，从而完成门把手的逆向设计。

获取点云数据 对内门把手点云数据的提取借助Win3DD-M三维扫描装置，扫描仪主要技术参数如表2所示。

扫描前需要在实物和转盘上粘贴标志点，原则为：标志点要尽量贴在工件的平面区域或曲率较小的曲面，且距离工件边界较远一些；标志点不要贴在一条直线上，且一定避免对称粘贴；公共标志点至少选取4个，由于拍摄角度及图像质量等原因，有些标志点不能正确识别，因此建议多选取几个标志点（一般选取5～7个）；粘贴的标志点要确保能顺利实施扫描策略，并在长、宽、高方向合理分布。

内门把手实物较小，曲面较多，扫描措施采取在两个面上粘贴标志点进行过渡。扫描需要借助3个不同的角度，翻转两次转盘，才能将整个实物扫描完整，如图2所示。扫描出的点云数据如图3所示。

处理点云数据 扫描出的点云数据包含有多余数据，并且数量庞大，进行逆向设计时会导致软件运行困难，需要将点云导入软件进行处理。选择Geomagic Studio软件进行点云处理，这款软件拥有一套包括一键式自动网格修补工具在内的多边形编辑工具、交互式砂纸、曲率敏感光顺和孔洞填补，即便是在没有完美扫描数据的情况下，依然可以创建出高质量的三角网格面模型。智能简化工具在简化数据后保证了高曲率区域的多边形能够创建更为有效的模型。软件界面简洁易懂，便于用户操作，如图4所示。

经过着色点、删除体外孤点、减少噪音等操作可删除多余数据，最后进行封装得到小平面特征。得到的小平面特征通过删除钉状物、减少噪音、填充孔等操作进行修复，如图5所示。

重建模型 逆向建模软件选择Geomagic Design X，这是一款逆向设计的专业软件，在逆向设计的关键技术截线、构建曲面和误差比对等方面具有非常明显的优势。使用过CAD的用户很容易开始Design X的学习，XOR的实体建模工具是基于CAD的建模工具，它使用主流CAD软件基于历史树的建模工具组并可自动从扫描数据中提取特征。用户界面简洁易懂，如图6所示。

通过对内门把手的小平面特征进行截线、铺面、创建实体等操作之后，得到它的三维模型，如图7所示。

模型误差分析如图8所示，可看出大部分区域精度很高，满足误差要求。将生成的实体利用自动编程软件处理后，即可将程序输入数控机床进行快速加工。

4 结束语

逆向工程作为一种新型CAD/CAM技术，通过产品的技术再现，极大缩短了产品的设计周期，是进行产品技术改进、增强产品竞争力和开发新产品的一种重要手段。随着现代制造业技术的发展，需要大量熟练运用CAD/CAM的技术技能型人才，这给职业院校的CAD/CAM教学带来很大挑战与机遇。结合技能大赛进行该课程的教学，对于实现职业院校课程与就业岗位“零距离”对接具有重要意义。■

参考文献

[1]杨晓雪，闫学文.Geomagic Design X三维建模案例教程[M].北京：机械工业出版社，2016.