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基于Geomagic和ProE的逆向工程技术应用
2017-06-12 16:41:02  作者:詹春毅 鄢春艳   来源:互联网
  •   0 引言   逆向工程是指在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有CAD模型的情况下,按照现有零件的实物模型(或称为零件原形),利用各种数字化技术及CAD技术重新构造零件CAD模型的过程。为保证逆向工程的 ...

  0 引言

  逆向工程是指在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有CAD模型的情况下,按照现有零件的实物模型(或称为零件原形),利用各种数字化技术及CAD技术重新构造零件CAD模型的过程。为保证逆向工程的速度和精度,必须选用合适的逆向建模软件并设计合理的建模方案。Geomagic Studio软件以先进的数学模型、曲面构建理论为基础,能快速整理曲面点云数据,自动产生网格,可构建任意复杂的精确曲面模型,但不能构建实体模型。对于复杂不规则曲面且曲面质量和模型精度要求不高的模型,可以直接在Geomagic studio中拟合NURBS曲面,再通过IGES导入Pro/E中生成实体。下面以一招财猫为对象,使用Geomagic Studio和Pro/E进行逆向建模。该建模过程分为3个阶段:点云阶段、曲面阶段和实体建模阶段。

  1 点云数据处理

  1.1 填充孔

  由于被测模型本身的几何拓扑原因或因光学遮挡效应、破损等原因,如零件测量面有孔洞或内部有尖角等,会使测量得到的零件部分数据缺失,必须将这部分数据复原。如图1所示,在缺失数据边界上,有个别碎三角片,先将其删除。另外,缺失部分数据边界不规则,需要将此部分去除。使用【选择】→【边界】,进行一次【扩展】,选中该部分边界并将其删除,可得到该部分比较规整的边界。

  利用【填充孔】功能将缺失的点云数据补上,因眼睛部分与其他部分曲率有差别,注意在该部分使用桥填充方式,其余使用全部填充和部分填充。注意填充时均选择“基于曲率的填充”选项,可保证模型中缺失的数据能按照周围的曲率被重新补上,填充后完成结果如图1所示。

  

图1 填充孔前后的点云数据图

  图1 填充孔前后的点云数据图

  1.2 去除特征

  在模型的耳朵一侧有一凹坑,不利于后期曲面构建,选择该部分数据并将其删除,然后用“基于曲率的填充”将其填补。删除凹坑后的点云数据如图2所示。

  

图2 去除凹坑前后的点云数据图

  图2 去除凹坑前后的点云数据图

  在模型的眼睛突起部分同样不利于后期曲面构建,可将其先删除并在后面CAD软件中完成造型。如图3所示,选中此部分并将其删除,使用桥填充方式进行填充,注意保证与眼眶之间过渡光滑。

  

图3 去除特征前后的点云数据图

  图3 去除特征前后的点云数据图

  模型脸部胡须处存在一些凹坑,它们同样会影响到后期的曲面构建,必须将其去除。【去除特征】命令可完成这一功能。可用于删除模型中不规则的三角形区域,并根据周围曲率的情况对不规则的区域进行修复。注意操作前要适当选取需要去除特征的区域,选取范围不可过大,因为可能存在非常不理想的三角形,导致操作无法正常进行。此处需采用多次选取、多次去除的方法。

  1.3 边界处理

  使用【画笔】工具选中如图3所示的不属于头部的边界,将其删除,以保证头部曲面质量。然后点击【边界】→【编辑】,定义【控制点】数为100,【张力】为0.2,通过重建多边形网格使不规则的自然边界平滑化。注意平滑化后的边界还会出现“褶皱”,可用【砂纸】工具对其进行“打磨”,将表面更加平滑。

  经过处理后的边界会较原来曲面边界缩小,点击【边界】→【延伸】,将边界延伸10mm。同样利用【砂纸】工具将延伸后边界出现的“褶皱”去除。

  2 创建NURBS曲面

  本模型表面较复杂,细节特征多,如直接使用【构造曲面片】功能,自动创建的曲面片不能很好地表达细节,必须手动绘制曲面片。它是零件创建曲面的关键环节,应以曲面分析为基础进行合理划分。曲面片不应划分过小,划分过小得到的曲面会太碎,这给后续的处理造成困难;曲面片也不应划分的过大,划分过大难以很好地捕捉点云形状,得到的曲面质量也较差。绘制曲面片的基本原则是:按照模型的结构特点进行曲面片的绘制,使每块曲面片的曲率变化尽量均匀,以提高曲面质量;尽可能地使每块曲面片的形状与模型各部分的轮廓形状一致。

  2.1 构造曲面片

  进入曲面阶段,点击【曲面片】→【绘制曲面片布局图】,最后创建曲面片如图4所示。注意在眼睛、嘴巴等细节较多处,绘制曲面片应适当密一些,尽量保持其细节特征。完成后再对曲面片进行松弛处理,可使各曲面片褶皱较多的区域变得比较光滑。

  

图4 手动绘制曲面片前后的点云数据图

  图4 手动绘制曲面片前后的点云数据图

  2.2 构造格栅并拟合曲面

  点击【构造格栅】和【拟合曲面】命令,完成曲面的创建。拟合曲面时为了后期修改的方便,在“拟合方法”中选择“常数”。再点击【松弛曲面】命令,构造格栅和松弛后的曲面如图5所示。

  

图5 构造格栅和拟合曲面的图

  图5 构造格栅和拟合曲面的图

  2.3 输出外表面曲面

  创建曲面模型后,点击【转向CAD阶段】,将该曲面数据输入到Pro/E系统中方便后期处理,另存为IGES格式。注意勾选“保留NURBS模型”选项,如果输出效果不理想可重新回曲面阶段进行修改。

  2.4 构造并输出内表面曲面

  本模型具有一定厚度,而曲面形状较复杂,采用一般在CAD系统中由曲面偏移指定厚度生成薄壁实体的方法不可行。必须采用直接偏移点云数据的方法。

  打开之前创建好的模型外表面曲面布局,点击【曲面片模板】→【转换为】,生成一个曲面片模板。再导入之前的外表面曲面点云数据,选中点云,点击【偏移】,向内偏移一个厚度,得到偏移后的内表面点云。进入曲面“塑形阶段”,点击【曲面片模板】→【应用】,选择全部点云,并勾选“固定边界”,即可完成对内表面曲面的布局。同样,点击【构造格栅】、【拟合曲面】和【松弛曲面】命令,完成内表面曲面的创建。再点击【转向CAD阶段】,另存为可用Pro/E打开的IGES格式。

  3 生成薄壁实体

  在Geomagic软件中处理得到的是内外表面的曲面,必须在CAD系统中才能得到实体。在Pro/E中分两步完成。首先点击【拉伸】,得到一个将模型底部完全封闭的曲面;并使用【合并】将其与外表面曲面合并。然后将合并后的曲面实体化,得到一个完全封闭的实体;最后点击【实体化】,使用内表面曲面切割得到薄壁实体。注意如内表面曲面不能完全切割实体,还必须将其进行延伸,延伸方法选择“逼近”。最终得到的实体如图6所示。

  

图6 实体化前后的剖面图

  图6 实体化前后的剖面图

  4 结语

  本文以一招财猫模型为例,对基于Geomagic Studio与Pro/E软件的逆向设计工作平台进行了分析。整个建模过程分为3个阶段:点云阶段、曲面阶段和实体建模阶段。在曲面阶段采用了手动绘制曲面片功能,构造曲面片时尽量保持模型的细节,可得到较理想的曲面;并将该曲面片布局保存为模板,对偏移后的内表面应用该模板,可快速得到内表面;再在Pro/E中完成薄壁实体建模。利用该工作平台,可直接获得零件原型的数字曲面,加快复杂零件逆向工程的数字建模进程,大大提高产品设计和制造的效率和质量。



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