基于逆向工程技術的汽車模型復雜曲面設計與分析

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，能夠迅速重新構建現有經典的設計并開發新設計。文章以汽車模型為例，完整的介紹汽車模型點云數據采集、點云數據的處理、逆向建模以及模型的質量分析逆向過程。

關鍵詞：逆向工程;點云數據;質量分析

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

引言

與傳統的正向設計方法相比，逆向工程可以有效改進技術，提高產品的開發效率，尤其是外形設計，逆向工程非常具備優勢。本文以復雜曲面汽車模型為例，來闡述原始點云數據采集、處理，逆向建模以及產品模型的質量分析逆向過程[1]。

1 原始點云數據采集

汽車模型表面為紅色鏡面漆材質，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，減少累計誤差的產生。

2 點云數據的編輯

去掉掃描過程中產生的雜點、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據處理光順、完整，保持數據的原始特征，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-領域劃分-根據領域特征合理建模。

3.1 坐標系的建立

將處理好的點云數據導入Geomagic Design X中，默認的坐標系位置不合理，如果用默認坐標系建模可能導致模型出現偏差，同時不利于后期零件的加工。因此重新設置坐標系，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

掃描后的點云質量不夠理想，特征線不明顯，本實例沒有采用劃分領域曲面擬合的方式創建模型。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、面填補等方式創建模型曲面，通過“與面相切、向導曲線”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。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縫隙。最后如圖1所示，生成逆向實體文件。

4 汽車逆向實體模型的質量分析

汽車逆向實體模型的質量分析的實質就是將生成的實體

模型與掃描實物的點云數據作比較分析，結果如圖2所示，可以明顯的發現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的誤差，另一方面是汽車模型表面由許多的小曲面構成，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

基于逆向工程技術對汽車模型復雜表面進行構建，經過點云處理后，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建，能獲得較高的精準度。故此方法可應用在使用傳統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的發展前景，因此，該方法在未來的工業發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].機械工業出版社，2016.

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