基于Geomagic DesignX基本体逆向建模

靳峰峰 屈科科

摘 要： 基本体由曲面和孔构成，测量比较困难，适合于逆向建模。运用DesignX对基本体领域划分、对齐坐标系、逆向建模，并且模型进行误差分析，得到CAD模型与原始数据误差在正负0.1范围内，为逆向建摸提供参考。

关键词： Design X;数据比对;逆向建模;对齐坐标系

中图分类号： TP391.72         文献标识码： A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.10.024

0 引言

产品逆向建模是指从一个实物获取相应的CAD模型的方式，包含物体离散测点的网格化、特征提取、表面分片和曲面生成等，是整个RE过程中最关键、最复杂的一环，也为后续的工程分析、创新设计和加工制造等应用提供数学模型支持。

Design X可以依据点云数据拟合出多边形模型和样条四边形网格，可以自动获得NURBS曲面，建模效率非常高。对于要求不高的产品对获取NURBS曲面进行编辑即可生成数据模型，对于产品质量要求较高的情况，需要对面片进行编辑。Design X逆向建模重建的一般步骤为：领域划分、对齐坐标系、编辑曲面片实现模型的重建。

1 领域划分

领域划分是根据扫描数据的曲率和功能将面片归类为不同的几何形状领域，经过分类的特征领域具有几何特征信息，可用于快速创建特征，所以领域划分是逆向建模中很重要的一步。领域划分方式有自动分割和手动分割两种方式。自动分割是根据扫描数据的曲率和功能将面片自动归类为不同的几何形状领域，而手动分割是根据用户选择将面片归类为不同的形状领域。自动分割操作简单、快捷，手动分割自主性强，两种分割方式选择主要与模型的质量有关，模型均匀、噪点少选择自动，相反选择自动分割。分割完后可以选择根据后期建模需要对领域进行编辑，常用的编辑方式有分割、合并、分离、扩大、缩小、插入等。基本体模型如图1a所示，经领域分割、编辑后，模型的领域如图1b所示。

2 对齐坐标系

对齐坐标系是将扫描数据的坐标系和建模的坐标系对齐。两个坐标系是否完全对齐影响建造模型的精度。对齐方式有对齐向导和手动对齐两种方式。对齐向导对齐无需手动选择和定义坐标系几何形状便可将对象面片与世界坐标系对齐，即存在领域组的时候可以使用。手动对齐是通过选择曲面点或从一个预定义坐标转换为另一个坐标系，手动对齐方式有两种：3—2—1对齐方式（点—线—面对齐）以及X—Y—Z对齐方式。两种对齐方式都可以达到一样的效果，但X—Y—Z对齐方式一般更适合平面类模型。采用X—Y—Z对齐方式效果如图2所示，用于对齐坐标系的参考可以是平面、领域、轴等。基本体模型由底面为平面、侧面为圆弧面、顶面为圆弧面、中间去除部分的底面也是圆弧，所以采用以底面基准、截取模型后绘制两个参考面。采用X—Y—Z对齐坐标系如图3所示。

3 模型重构

模型重构的方式有三种：自动曲面创建、绘制曲线生成实体（曲面）、曲面拟合并编辑。自动曲面创建简单快捷，对表面质量要求高，但不利于后期对CAD模型的编辑。曲面拟合是根据划分出来的领域拟合运算创建曲面，曲面拟合技术是一项独特技术，为利用领域创建3D自由曲面提供了简单快捷的方法。通常情况选择绘制曲线生成实体（曲面）与曲面拟合相结合的建摸方式绘制出相应的曲面如图4所示，上下表面是通过曲面拟合出来的，侧面是绘制曲线拉伸出来，通过编辑曲面得到基本体的整体实体模型如图5所示。在整体模型基础上进行拉伸、切除、曲面拟合、曲面裁剪缝合、圆角等一系列操作后得到完整的CAD模型如图6所示。

4 誤差分析

建模完成后，需要对建模质量进行评估。编辑误差分析精度范围，如图7所示，通过色差分析可以看出，CAD模型与原始模型的误差小，误差精度控制在±0.1 mm，建模精度高。

5 结论

通过划分领域、对齐坐标系、模型重构、误差分析等步骤完成了基本体逆向建模，建模精度在±0.1 mm范围内，完全满足精度要求。

参考文献：

[1]  成思源.逆向工程技术综合实践[M].北京：电子工业出版社，2010.

[2] 成思源， 杨雪荣.Geomagic Design Direct逆向设计技术及应用[M].北京：清华大学出版社，2015.

[3] 董三锋，吴小晴，冯兰芳，等.基于反求工程的汽车内饰件逆向设计[J].机械设计与制造，2009（9）：30-31.

[4] 成思源，杨雪荣.逆向工程及技术[M].北京：机械工业出版社，2017.