基于逆向工程技术的汽车模型复杂曲面设计与分析

李宇 金星 唐静波 梁滢 庞善保

摘 要：采用逆向工程的方式可以极大的缩短零件的开发周期，因为逆向工程在没有零件CAD文件的情况下，能够迅速重新构建现有经典的设计并开发新设计。文章以汽车模型为例，完整的介绍汽车模型点云数据采集、点云数据的处理、逆向建模以及模型的质量分析逆向过程。

关键词：逆向工程;点云数据;质量分析

中图分类号：U462  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2019）04-115-02

引言

与传统的正向设计方法相比，逆向工程可以有效改进技术，提高产品的开发效率，尤其是外形设计，逆向工程非常具备优势。本文以复杂曲面汽车模型为例，来阐述原始点云数据采集、处理，逆向建模以及产品模型的质量分析逆向过程[1]。

1 原始点云数据采集

汽车模型表面为红色镜面漆材质，在其表面喷涂一层显像剂，扫描出的点云效果较好，喷粉距离约为30cm左右，尽可能薄且均匀。为扫描整体点云，在模型表面粘贴标志点，以进行拼接扫描。准备好模型后即可开始扫描，在扫描完整的原则上尽量减少不必要的扫描步骤，减少累计误差的产生。

2 点云数据的编辑

去掉扫描过程中产生的杂点、噪音点，将点云文件三角面片化（封装）。将封装后的三角面片数据处理光顺、完整，保持数据的原始特征，保存为STL文件格式。扫描采集工作完成。

3 逆向建模

本文采用软件Geomagic Design X进行逆向建模，逆向建模的一般流程是：坐标系的建立-领域划分-根据领域特征合理建模。

3.1 坐标系的建立

将处理好的点云数据导入Geomagic Design X中，默认的坐标系位置不合理，如果用默认坐标系建模可能导致模型出现偏差，同时不利于后期零件的加工。因此重新设置坐标系，以汽车模型的底面建立一个基准面，然后利用“镜像”的方式建立点云对称的基准面，最后，采用“手动对齐”功能建立正确的坐标系。

3.2 汽车模型逆向过程

扫描后的点云质量不够理想，特征线不明显，本实例没有采用划分领域曲面拟合的方式创建模型。对齐点云后，以汽车模型底面提取的平面为基准面，采用“草图-面填补”创建汽车模型底面。然后利用“3D草图”命令画出与特征线吻合的样条曲线，使用曲面放样、面填补等方式创建模型曲面，通过“与面相切、向导曲线”使各个曲面之间无缝连接。

在使用“3D草图”画样条曲线时，擅用“平滑”、“投影”命令，让放样出的曲面达到理想光顺度，最大程度上避免“褶皺面”的出现。修剪曲面时，使用“延长曲面”、“剪切曲面”的方式来保证面与面之间不会出现缝隙。最后如图1所示，生成逆向实体文件。

4 汽车逆向实体模型的质量分析

汽车逆向实体模型的质量分析的实质就是将生成的实体

模型与扫描实物的点云数据作比较分析，结果如图2所示，可以明显的发现模型的上表面和底面的对比分析颜色大部分接近绿色，小部分存在偏差的原因一方面是扫描时出现的误差，另一方面是汽车模型表面由许多的小曲面构成，增加了扫描难度，导致有的位置扫描不到，有的位置扫描出来的特征不准确，所以出现了灰色、黄色或蓝色部分的偏差，其模型真实特征与零件外形是相符的。

5 小结

基于逆向工程技术对汽车模型复杂表面进行构建，经过点云处理后，针对于汽车模型的复杂表面运用画线拟合放样的方式完成模型创建，能获得较高的精准度。故此方法可应用在使用传统方法无法保证复杂曲面的精度和光顺度的情况中[2]。在当今时代的大趋势下，零件外形复杂程度不断增加，扩大了逆向工程技术的发展前景，因此，该方法在未来的工业发展中具有较大的应用价值。

参考文献

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

[2] 李丹.基于逆向工程的汽车覆盖件曲面重构技术研究[J].机械设计， 2016（8） ：114-116.