基于Geomagic软件的摩托车挡泥板逆向建模

孙 旋，柴民杰，邵 博



基于Geomagic软件的摩托车挡泥板逆向建模

孙 旋，柴民杰，邵 博

（邢台职业技术学院，河北 邢台 054035）

以摩托车挡泥板为例，详细说明利用光栅三维扫描仪、点云数据优化处理软件Geomagic Studio和逆向建模软件Geomagic Design X的逆向设计过程，为摩托车挡泥板后期的优化设计、提高产品质量、缩短生产周期奠定了基础。

Geomagic Studio；Geomagic Design X；摩托车挡泥板；逆向建模

挡泥板作为摩托车的一个必备零件，在经过泥泞区域可以挡住脏泥水，保护人们的衣物。摩托车挡泥板一般为塑料制件，曲面造型复杂。本文利用逆向工程软硬件快速创建摩托车挡泥板三维模型，为后期再设计创新以及开模批量生产提高效率和产品质量有很大帮助，最终实现CAD/CAE/CAM一体化。

产品的逆向设计是基于物理模型来获取点云数据，通过逆向软件对原始设计参数进行产品数据还原，对还原的模型进行评估，或对其进行模型再设计，通过导入这些模型，对其进行质量评价与精度验证。在反求复原与优化设计之后可以通过CAM来进行加工验证[1]。逆向工程设计流程如图1所示。

图1 产品逆向设计工程流程图

一、点云数据采集与处理

1.扫描采集点云数据

摩托车挡泥板的数据采集采用的是西安交通大学系列三维光学摄影测量产品RMS-Ⅰ（标准型）三维光学扫描系统扫描仪，测量精度为0.02mm。通过RMS-Ⅰ型三维光学扫描系统扫描仪对摩托车挡泥板进行各个角度的扫描，扫描过程如图2所示。利用该系统自带的扫描软件获得离散的点云数据，并根据摩托车挡泥板的扫描特征标志自动完成拼接。

图2 扫描过程

图3 初始点云数据

2.优化处理点云数据

将扫描摩托车挡泥板得到的初始点云数据（如图3所示），利用数据处理软件Geomagic Studio进行去除体外孤点、减少噪音、采样、联合点对象、封装、填充孔、去除特征、松弛、网格医生、光滑曲面、简化多边形等优化处理最终得到网格曲面模型[2]，输出.stl文件如图4所示。经过点云处理后的文件可以减少人为误差，为后续建模做好准备工作。

图4 优化后点云数据

图5 领域组分割面片

二、摩托车挡泥板的逆向建模

1.逆向建模思路

将处理好的.stl文件导入到逆向建模软件Geomagic Design X中进行逆向建模。Geomagic Design X 软件是美国3D Systems公司研发的一款功能强大的逆向设计软件，可实时将点云数据运算出无接缝的多边形曲面，是3D Scan后处理的最佳化接口[3]。能够将模型数据传输到主流CAD软件中，如SolidWorks、Siemens NX和Creo等。

摩托车挡泥板是一个均匀对称的结构，所以在对其进行逆向建模时只需重建出一半合格精确的实体，然后使用镜像命令即可得到整体。最后对生成的模型进行点云云图偏差测量，检测是否符合要求精度。

2.逆向建模过程

首先，通过领域组，设置敏感度和面片粗糙度自动分类特征区域，分割出不同特征的曲面，如图5所示，用于快速创建特征，根据需要可进行手动分割或重新分割。建立基准平面，利用手动对齐坐标系命令创建模型坐标系，如图6所示。

其次，选取点云数据相对完整的一半曲面进行逆向建模，通过面片拟合，拟合出一半模型的曲面，并延长相应曲面、剪切曲面、缝合成完整的曲面。通过面片草图功能，绘制模型上的截面轮廓，拉伸、实体化创建出模型的一半，镜像得到模型的全部，如图7所示。再经过顶面的面片拟合与先前模型进行切割，倒圆角得到基本模型，如图8所示。

图6 创建模型坐标系

图7 模型的一半和全部

图8 重建的基本模型

图9 重建的完整模型

图10 模型失真

最后，利用曲面偏移、延长曲面和壳体命令把实体抽壳生成曲面体，再通过草图面片和拉伸命令创建单侧的孔特征，镜像得到另外一侧，经过布尔运算和倒圆角命令得到完整的摩托车挡泥板模型，如图9所示。

3.模型偏差分析

通过软件Geomagic Design X上“Accuracy Analyzer”面板中的“偏差”功能，将上、下限分别设为0.1—-0.1，软件自动计算出拟合曲面和原始数据之间的偏差云图，在许可公差范围内显示绿色[4]。从图10中可以看出模型上之所以出现除绿色之外的颜色是因为扫描数据时该侧数据不完整或者有缺失，总体来说重建模型符合设计要求，因此采用上述方法重建的模型精度较高。

三、结语

逆向工程在制造业有着越来越多的应用，本文以摩托车挡泥板为例，通过三维扫描仪、点云数据处理软件Geomagic Studio和逆向建模软件Geomagic Design X，详细阐述了建模的思路和过程，该方法建模速度快、误差小、质量好，对产品开发缩短周期、提高设计质量有着较强的应用价值。同时，还可以将重建得模型导入到后续的CAD软件中进行再创新设计，可以实现更好的产品体验，为开模进行大批量生产有指导意义。

[1]刘勇，赖啸，郭晟等.基于Geomagic的叶轮逆向建模与再设计研究[J].机械工程与自动化，2017（6）： 51-52.

[2][3]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.

[4]孔艳艳.基于Geomagic Design X的轴流式风机叶片逆向建模[J].黑龙江工业学院学报，2017，7（17）： 44-47.

Reverse Modeling of the Motorcycle Fender Based on Geomagic

SUN Xuan，CHAI Min-jie，SHAO Bo

（Xingtai Polytechnic College, Xingtai, Hebei 054035, China）

Taking the motorcycle fender as an example, the raster 3D scanner, point cloud data optimization software Geomagic Studio and reverse modeling software Geomagic Design X were used to describe the reverse design process in detail. The paper provides the base for the optimized design of the motorcycle fender in the later period to improve the product quality and shorten the production cycle.

geomagic studio; geomagic design x; motorcycle fenders; reverse modeling

2018—08—19

孙旋（1987—），女，河北昌黎人，邢台职业技术学院机电工程系，讲师。

TP391.7

A

1008—6129（2018）05—0061—03