基于Geomagic和NX的逆向建模技術(shù)研究與應(yīng)用

摘要：針對傳統(tǒng)逆向建模技術(shù)創(chuàng)建的模型精度質(zhì)量不高，不易后期編輯的問題，提出一種采用Geomagic和NX相結(jié)合的參數(shù)化逆向建模方法。本文闡述了新方法的具體逆向流程及建模質(zhì)量評價(jià)，最后進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證應(yīng)用，為產(chǎn)品逆向建模再設(shè)計(jì)提供思路和方法，減少產(chǎn)品研發(fā)周期。

關(guān)鍵詞：逆向建模 參數(shù)化 Geomagic Studio UG NX

中圖分類號：TH12 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）08-0087-02

Abstract：Special traditional reverse modeling technology creating poor accuracy model，not easy to post editing，Reverse modeling methods of parameterization based on Geomagic and NX is proposed to solve this problem.State reversing design process of new method and evaluate quality of model.at last，an example of a program application was done，which can provide ideas and methods for reverse modeling and redesign，To shorten the developing cycle of products.

Key Words： Reverse modeling；parameterization；Geomagic studio；UG NX

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)或者再設(shè)計(jì)的過程中，逆向工程技術(shù)用的越來越多，目前市場上有很多成熟的正向設(shè)計(jì)和逆向設(shè)計(jì)軟件，比如典型的三維設(shè)計(jì)軟件有NX，Pro/E，CATIA，Solidworks等，專業(yè)的逆向設(shè)計(jì)軟件有Geomagic，Imageware等，但這類軟件往往各有側(cè)重，解決問題比較單一，逆向工程的目的在于產(chǎn)品的創(chuàng)新，而不是簡單的三維復(fù)制，其設(shè)計(jì)優(yōu)勢在于復(fù)雜自由曲面的設(shè)計(jì)和點(diǎn)云的強(qiáng)大處理功能[1]，基于此在逆向處理過程中采用任何單一的正向設(shè)計(jì)軟件或者單一的逆向設(shè)計(jì)軟件均不能滿足其現(xiàn)代復(fù)雜產(chǎn)品快速、準(zhǔn)確的開發(fā)要求，必須尋求一種新的逆向設(shè)計(jì)建模方案。

1 傳統(tǒng)逆向建模技術(shù)

傳統(tǒng)逆向建模技術(shù)分為兩大類，一類是采用商業(yè)化的CAD/CAM系統(tǒng)中集成的逆向功能模塊[2]，比如NX中的“點(diǎn)云”功能，遵循由點(diǎn)構(gòu)線，線構(gòu)面，面構(gòu)體的一般原則，在NX軟件中導(dǎo)入大量點(diǎn)云數(shù)據(jù)時(shí)讀取速度慢且操作復(fù)雜，前期處理非常不便，優(yōu)勢在于后期曲面重構(gòu)時(shí)可以使用參數(shù)化建模，使得構(gòu)建的曲面在后處理或者CAM中具有良好的可編輯性，逆向功能較弱；另一類是采用專業(yè)的逆向工程軟件Geomagic等，遵循點(diǎn)處理到多邊形面片處理，再到曲面重構(gòu)的原則，其優(yōu)點(diǎn)在于支持多種測量設(shè)備的文件格式的讀取和轉(zhuǎn)換、海量“點(diǎn)云”數(shù)據(jù)的預(yù)處理、智能化NURBS曲面構(gòu)建等，但通過曲率探測、輪廓線探測以及手繪等方式創(chuàng)建基本的曲面片等操作，最后得到理想的 NURBS曲面在后期處理中不易修改編輯，沒有實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模，因此這兩種傳統(tǒng)的單一的逆向建模方法均不可取。

Geomagic中的逆向建模流程和NX中的逆向建模流程如圖1所示[3]。

2 新逆向建模方案

針對傳統(tǒng)逆向建模技術(shù)弊端，提出采用Geomagic和NX相結(jié)合使用的逆向建模方案，即先利用Geomagic對海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行前期處理，包括點(diǎn)階段和多面片布局，構(gòu)建出構(gòu)造模型曲面的網(wǎng)格骨架曲線，再將其導(dǎo)入NX中，利用NX中強(qiáng)大的曲面構(gòu)建命令Though curve mesh、Though curves、Rule、Swept等重構(gòu)曲面?；贜X和Geomagic的快速參數(shù)化逆向建模流程如圖2所示[4]。

3 實(shí)例應(yīng)用

3.1 曲面模型構(gòu)建

以人體模型曲面重構(gòu)為例，以手持式人像掃描儀采集的點(diǎn)云為基礎(chǔ)，根據(jù)李小明在基于Geomagic Studio的人體建模研究與3D打印成型一文實(shí)踐中得出的人體模型曲面重構(gòu)時(shí)的曲面片布局圖，如圖3所示[5]。將在Geomagic形狀階段中通過手繪方式獲取的精確曲面格柵網(wǎng)格曲線保存為能被NX識別的IGES格式。柵格網(wǎng)格曲線也可以通過探測曲率和探測輪廓線兩種方法獲得。

將網(wǎng)格骨架線導(dǎo)入U(xiǎn)GNX中進(jìn)行正向建模，通過“曲線網(wǎng)格命令”在每個(gè)布局區(qū)選取“主曲線”和“交叉曲線”將其編織成曲面，并保證曲面邊界曲率的連續(xù)性，再利用“裁剪”、“延伸”、“縫合”、等功能完成整個(gè)曲面的重構(gòu)。NX曲面參數(shù)化建模過程如圖4所示。

3.2 建模質(zhì)量評價(jià)

通過原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)與重構(gòu)后的曲面模型間的重合程度進(jìn)行精度評價(jià)，將重構(gòu)后的曲面模型導(dǎo)入Geomagic Qualify中與原始點(diǎn)云進(jìn)行偏差對比，如圖5所示，結(jié)果表明最大誤差值在0.6mm范圍內(nèi)，說明重構(gòu)模型的精度較高。因此采用該逆向建模方案是可行的。

4 結(jié)語

通過將Geomagic和NX聯(lián)合使用，發(fā)揮軟件各自的長處，消除傳統(tǒng)使用單一軟件進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)的弊端，采用新逆向建模方案不僅可以獲得高精度的模型，還原原始設(shè)計(jì)參數(shù)，還為新產(chǎn)品的研發(fā)節(jié)約大量時(shí)間和成本。

參考文獻(xiàn)

[1]袁鋒.UG逆向工程范例教程（第2版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016：1-247.

[2]代菊英，涂群章，趙建勛.基于Geomagic、Imageware和Pro/E的機(jī)械零件逆向建模方法[J].工具技術(shù)，2012（5）：55-58.

[3]蔡敏，成思源，楊雪榮，等.基于逆向工程的混合建模技術(shù)研究[J].制造業(yè)自動化，2014（5）：120-149.

[4]丁恩偉，蔡勇，梁晉，等.基于Geomagic和UG的快速參數(shù)化逆向建模方法[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2012（3）：173-175.

[5]李小明.基于Geomagic Studio的人體建模研究與3D打印成型[J].時(shí)代農(nóng)機(jī)，2015（5）：39-42.