目前國內(nèi)外企業(yè)都比較流行一種逆向軟件開發(fā)的項目，主要的目的除了對原型的仿制外，更多的是進行數(shù)據(jù)、曲面重建這些的處理，實現(xiàn)對原型的修改和再設(shè)計，下面小編簡單介紹一篇正逆向軟件產(chǎn)品創(chuàng)新。

　　摘要:以某小轎車門拉手為例，對掃描標定過程的關(guān)鍵技術(shù)進行了研究，基于Geomagic逆向軟件分析了點云數(shù)據(jù)的采集及處理技術(shù)，建構(gòu)了CAD模型，應(yīng)用GeomagicQualify軟件獲取了精度比對報告，最終應(yīng)用NX正向軟件進行了產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計，極大地縮短了產(chǎn)品改型與創(chuàng)新設(shè)計周期，提高了生產(chǎn)效率，降低了成本。

　　關(guān)鍵詞:逆向工程;數(shù)據(jù)處理;建構(gòu)CAD模型;創(chuàng)新設(shè)計

　　1掃描系統(tǒng)標定

　　掃描系統(tǒng)的基本原理是采用先進的電外差光柵相移測量技術(shù)，首先將光柵條紋投射到被掃描工件表面，光柵條紋的幅度和相位被調(diào)制，被調(diào)制后的條紋經(jīng)三維掃描系統(tǒng)采集到專用計算機，得到工件的三維坐標[4]。測量設(shè)備為Win3DD-L的三維掃描儀，掃描距離700mm，單幅掃描時間<3s，掃描點距為0.2～1.5mm，掃描球空間誤差為0.005+L/15000，球面度誤差為0.005+L/40000，平面度誤差為0.005+L/25000，L為單幅掃描對角線長度。啟動Win3DD掃描系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)，點擊“掃描標定切換”按鈕，進入軟件標定界面。通過“調(diào)整相機參數(shù)”中的曝光、增益與對比度來調(diào)整相機采集亮度，以便得到滿意的圖像質(zhì)量。通過調(diào)整硬件系統(tǒng)的高度以及俯仰角，使黑白色兩個十字叉盡可能重合，從而實現(xiàn)標定過程，如圖1所示。

　　2點云數(shù)據(jù)采集技術(shù)

　　2.1提高點云質(zhì)量解決方案如果被掃描工件反光強烈或沒有足夠的對比度，相機將無法有效記錄投射光柵條紋信息，從而導(dǎo)致無法掃描出點云數(shù)據(jù)或降低數(shù)據(jù)的質(zhì)量。該小轎車門拉手屬于反光物體(如圖2所示)，要噴顯像劑進行掃描(注:顯像劑要噴得均勻且薄)。另外，應(yīng)給被掃描工件準備一個黑色的背景，這樣可以增加有效掃描數(shù)據(jù)的比重。

　　2.2粘貼標志點標志點要盡量粘貼在工件的平面區(qū)域或曲率較小的曲面，且距離工件邊界稍遠一些;標志點不要貼在一條直線上，且盡量不對稱粘貼;標志點一般5～7個為宜，粘貼的標志點要保證掃描策略的順利實施，并使標志點在長度、寬度、高度方向均合理分布。該車門拉手標志點粘貼在轉(zhuǎn)臺表面上，這種粘貼方案可以有效減少工件表面的標志點數(shù)量，使掃描數(shù)據(jù)盡可能少地產(chǎn)生空洞，如圖3所示。當(dāng)一圈掃描完成之后則需要觀察是否有區(qū)域沒有掃到，是否有分層的現(xiàn)象，若無，則將點云數(shù)據(jù)保存為“asc”或“txt”格式。

　　2.3制定掃描策略對被掃描工件進行掃描時，需要經(jīng)過多角度、多范圍的多次掃描，才能完成對被掃描工件的完整掃描。掃描系統(tǒng)采用標志點來實現(xiàn)多次掃描數(shù)據(jù)坐標系的統(tǒng)一，從而完成點云的自動拼接。針對該車門拉手的掃描，應(yīng)先根據(jù)其大小、形狀、復(fù)雜程度判斷需要掃描的次數(shù)，以及掃描的次序，保證本次掃描與之前掃描提取出的標志點至少有3個公共點。

　　3點云數(shù)據(jù)處理技術(shù)

　　將獲取的點云數(shù)據(jù)導(dǎo)入到逆向軟件GeomagicStudio中，首先應(yīng)用“體外孤點”和“減少噪音”的方法，將有效點云數(shù)據(jù)周圍的雜點選中去除，提高點云質(zhì)量;其次通過“手動注冊”多點注冊模式，完成拼接，如圖4所示，接著點擊“全局注冊”，將分散的點云整合在一起，減小誤差。先后點擊“聯(lián)合點對象”、“封裝”，將點云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為三角面片。通過“刪除釘狀物”去除多邊形網(wǎng)格上的單點尖峰。因存在掃描誤差，難以避免銳邊變鈍、平滑曲線變粗糙，應(yīng)用“減少噪音”命令可對多邊形網(wǎng)格進行平滑處理。同時，由于該車門拉手背面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，掃描時出現(xiàn)結(jié)構(gòu)相互遮擋的現(xiàn)象，一些數(shù)據(jù)無法被采集到，導(dǎo)致轉(zhuǎn)成三角面片后出現(xiàn)數(shù)據(jù)缺陷，因此需建立拓撲關(guān)系來補全數(shù)據(jù)，以還原出原始真實表面信息。最終將數(shù)據(jù)保存為“stl”格式。4CAD三維模型重構(gòu)基于DesignX軟件進行三維數(shù)字化建模:1)將之前保存好的點云數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件。

　　2)通過領(lǐng)域組將點云分成多個領(lǐng)域。該車門拉手由結(jié)構(gòu)部分和自由曲面部分組成，主要分析其曲面的特點，找出具有代表性的曲線輪廓。3)通過面片草圖功能將輪廓線畫出，然后利用面片掃描功能將草圖轉(zhuǎn)化為面片，實現(xiàn)正面自由曲面部分的基礎(chǔ)輪廓面片;背面自由曲面曲率不等，通過放樣的方法，將草圖轉(zhuǎn)換為面片，延長其邊界，使面片覆蓋整個曲面部分，如圖5所示。4)通過面片草圖、拉伸、剪切等曲面編輯操作的應(yīng)用，構(gòu)建了該車門拉手背面的結(jié)構(gòu)特征，最后進行求和、倒圓角，得出完整的模型，如圖6所示。

　　5精度分析與驗證

　　對于該車門拉手的重構(gòu)，需保證自由曲面的精度要求，以達到車門拉手的美觀性和實用性。在本次研究中，主要以三維掃描儀掃描為主，精密儀器的測量為輔，共同完成車門拉手的三維模型重構(gòu)�；�于GeomagicQualify精度檢測軟件，將創(chuàng)建的自由曲面與標準三維模型各面數(shù)據(jù)進行比對，建模重構(gòu)精度控制在±0.05mm以內(nèi)，面與面的擬合度高，達到精度要求，即測量結(jié)果和逆向結(jié)果準確有效，如圖7所示。

　　6基于正向設(shè)計的車門拉手創(chuàng)新設(shè)計

　　該車門拉手由鍍鉻的拉手、底座、扭簧、鍍鉻的金屬扭簧銷、緩沖墊、車門鎖舌拉桿等組件構(gòu)成。使用時，用手拉動拉手，手的力量克服扭簧的彈性力，使拉手圍繞扭簧銷旋轉(zhuǎn)，從而使得鎖舌從鎖孔中拉出，扭簧、扭簧銷、緩沖墊與他們一同形成組件，易于安裝在車門上。本次創(chuàng)新設(shè)計主要解決了原車門拉手組件裝配復(fù)雜、加工工藝繁瑣等缺陷，并在保持組件基本功能不變的前提下，通過改變拉手和底座的局部結(jié)構(gòu)替代其余零件，從而節(jié)約了成本。創(chuàng)新裝配設(shè)計效果如圖8所示。

　　7結(jié)束語

　　目前逆向技術(shù)的精度檢測主要是從誤差的來源進行定性分析，定量分析還不夠深入。而本文利用GeomagicQualify軟件對重構(gòu)CAD模型與標準點云數(shù)據(jù)進行精度分析，結(jié)果表明達到了定量分析的目的，成功縮短了產(chǎn)品設(shè)計周期，提高了企業(yè)競爭力。

　　參考文獻:

　　[1]章云云.基于逆向工程的車燈自由曲面建模技術(shù)研究及應(yīng)用[D].上海:上海交通大學(xué)，2012.

　　[2]周小東.面向創(chuàng)新設(shè)計的逆向工程技術(shù)研究[J].機床與液壓，2015(10):25-28.

　　下面小編簡單介紹一篇設(shè)計期刊：《藝術(shù)與設(shè)計》

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