基于Geomagic的某軸類零件逆向工程設(shè)計(jì)摘要：隨著生活水平的不斷提高，僅僅重視功能要求的產(chǎn)品已經(jīng)無法滿足消費(fèi)者了。為了順應(yīng)時(shí)代的變化，產(chǎn)品的創(chuàng)造性和經(jīng)濟(jì)性，利用逆向工程技術(shù)手段成了必然趨勢(shì)。逆向工程的主要內(nèi)容為：對(duì)已有的實(shí)物進(jìn)行處理并用三維掃描設(shè)備完成點(diǎn)云數(shù)據(jù)的測(cè)量和采集，將采集得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)通過相應(yīng)的逆向軟件進(jìn)行曲面重構(gòu)，獲得實(shí)物模型的數(shù)字模型，直到得到偏差在允許范圍內(nèi)的產(chǎn)品數(shù)字模型，用于后續(xù)的零件制造、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)分析等。本文的主要內(nèi)容為使用FARO掃描儀對(duì)某軸類零件進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集后，使用GeomagicStudio軟件對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，通過點(diǎn)處理、多邊形處理、形狀處理三個(gè)階段采用精準(zhǔn)曲面的方式完成曲面重構(gòu)，并與原點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比。然后使用CAD軟件對(duì)三維數(shù)據(jù)模型進(jìn)行分析處理，得到實(shí)物零件的三視圖。關(guān)鍵詞：逆向工程；點(diǎn)云獲取；曲面重構(gòu)；數(shù)模獲取目錄1緒論 21.1前言 21.2逆向工程的概述 21.3逆向工程的應(yīng)用領(lǐng)域與作用 31.4國內(nèi)外逆向工程的發(fā)展現(xiàn)狀 41.5軸類零件概述 41.6軸類零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 52實(shí)物模型數(shù)據(jù)的獲取 72.1數(shù)據(jù)采集設(shè)備介紹 72.2測(cè)量方法原理 83逆向建模分析 103.1Geomagic系統(tǒng)簡介 103.2基于GeomagicStudio的模型分析 113.2.1點(diǎn)階段處理過程 113.2.2多邊形階段處理過程 123.2.3形狀階段處理過程 163.2.4體積偏差的檢測(cè) 194三維軟件處理過程 204.1導(dǎo)入前準(zhǔn)備工作 204.2特征分析 244結(jié)論與展望 274.1結(jié)論 274.2展望 27[參考文獻(xiàn)] 28附錄 30

1緒論1.1前言在國家發(fā)表的行動(dòng)綱領(lǐng)《中國制造2025》的計(jì)劃下，我國制造業(yè)工業(yè)正在積極蓬勃的發(fā)展，而在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域，我國總體技術(shù)水平還處于中低端水平。為了追趕發(fā)達(dá)國家先進(jìn)制造業(yè)的腳步，也為了完成中國制造2025的目標(biāo)，制造業(yè)與機(jī)械類企業(yè)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，這時(shí)能夠方便、快捷地完成產(chǎn)品制造、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)分析的逆向工程技術(shù)順其自然的進(jìn)入了企業(yè)的視線當(dāng)中。在工業(yè)生產(chǎn)中，機(jī)械零件的生產(chǎn)制造是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)，而軸類零件就是在工業(yè)生產(chǎn)里經(jīng)常遇到的典型零件之一，它主要用來支承傳動(dòng)零部件，傳遞扭矩和承受載荷，這也使得軸類磨損問題成為軸使用過程中最常見的設(shè)備問題，國內(nèi)解決軸零件磨損問題的辦法多為更換新軸，因此軸類零件的質(zhì)量在生產(chǎn)制造以及加工中極為重要，軸類零件的更換、制造極其頻繁，要想解決這一困境，需要對(duì)軸類零件進(jìn)行反復(fù)的設(shè)計(jì)計(jì)算，不斷調(diào)整軸類零件的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，而逆向工程能夠完美處理這一步驟，采用逆向設(shè)計(jì)對(duì)軸類零件進(jìn)行生產(chǎn)制造也自然而然地變得流行起來，而本論文就是對(duì)某軸類零件進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)。1.2逆向工程的概述逆向工程，是將現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)再現(xiàn)的一種過程，即對(duì)一項(xiàng)現(xiàn)有的產(chǎn)品進(jìn)行逆向建模及數(shù)據(jù)處理，從而推演出該產(chǎn)品的制造流程、結(jié)構(gòu)組織、功能特性及技術(shù)規(guī)格等設(shè)計(jì)要素，以制作出功能相近，但又不完全一樣的產(chǎn)品。逆向工程源于商業(yè)及軍事領(lǐng)域中的硬件分析。其主要目的是在不能輕易獲得產(chǎn)品必要的生產(chǎn)信息的情況下，直接從成品出發(fā)，通過逆向軟件掃描出產(chǎn)品的外觀數(shù)據(jù)，從而推導(dǎo)出產(chǎn)品的設(shè)計(jì)理念。然后通過其他三維軟件繪制出產(chǎn)品圖紙，建立產(chǎn)品的三維數(shù)據(jù)模型，最終將得到的零件圖紙運(yùn)用到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造中，從無到有的建立一個(gè)新的產(chǎn)品生產(chǎn)線，這就是對(duì)一個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行逆向工程的整個(gè)設(shè)計(jì)制造流程。簡而言之，逆向工程產(chǎn)品設(shè)計(jì)就是根據(jù)已經(jīng)存在的產(chǎn)品模型，通過逆向軟件反向得到產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)（包括設(shè)計(jì)圖紙或數(shù)字模型）的過程?，F(xiàn)代逆向工程的定義為通過使用數(shù)字掃描設(shè)備獲取零件產(chǎn)品表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)放進(jìn)逆向軟件進(jìn)行一系列的處理，得到一個(gè)較為準(zhǔn)確的實(shí)物模型后，將其導(dǎo)入到其他三維設(shè)計(jì)軟件中轉(zhuǎn)變成二維的設(shè)計(jì)圖紙，最終完成產(chǎn)品的制造。逆向工程技術(shù)原理流程圖如下：圖1.1原理流程圖從流程圖中可以看到，在零件產(chǎn)品的點(diǎn)云數(shù)據(jù)到物理模型的三維數(shù)字化圖檔這個(gè)過程中，逆向工程和正向軟件處理都起到了極為關(guān)鍵的作用。使用逆向軟件進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)，才能夠完整地設(shè)計(jì)出一套生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)品的流水線設(shè)備。1.3逆向工程的應(yīng)用領(lǐng)域與作用逆向工程被廣泛地應(yīng)用到新產(chǎn)品開發(fā)和產(chǎn)品改型設(shè)計(jì)、產(chǎn)品仿制、質(zhì)量分析檢測(cè)等領(lǐng)域，它的作用是：1、減少產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開發(fā)周期，加快產(chǎn)品的迭代速度；2、降低企業(yè)生產(chǎn)研究新產(chǎn)品所需的風(fēng)險(xiǎn)與成本；3、加快產(chǎn)品的造型和系列化的設(shè)計(jì)；4、適合單件、小批量的零件制造，特別是模具的制造。逆向工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)制造技術(shù)的數(shù)字化，同時(shí)也為現(xiàn)代制造企業(yè)充分利用己有設(shè)計(jì)創(chuàng)新帶來了便利[1]。它能夠縮短產(chǎn)品的設(shè)開發(fā)周期、加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度，降低了企業(yè)開發(fā)新產(chǎn)品的成本與風(fēng)險(xiǎn)，加快了產(chǎn)品的造型和系列化的設(shè)計(jì)。得益于此，逆向工程被廣泛應(yīng)用在產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)品迭代更新和產(chǎn)品質(zhì)量分析檢測(cè)等領(lǐng)域，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也能提供對(duì)應(yīng)的輔助服務(wù)。1.4國內(nèi)外逆向工程的發(fā)展現(xiàn)狀在經(jīng)過數(shù)次世界經(jīng)融危機(jī)后，我國的制造業(yè)經(jīng)受了數(shù)次巨大沖擊，尤其沿海諸多企業(yè)都是為外國大企代理生產(chǎn)，沒有自己的核心產(chǎn)品。因此國家提出技術(shù)創(chuàng)新，要有自己設(shè)計(jì)、創(chuàng)新的產(chǎn)品。在國家的號(hào)召下，制造類企業(yè)為了減小自己產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)周期，降低自己產(chǎn)品的瑕疵程度，同時(shí)更快的搶占市場先機(jī)，伴隨產(chǎn)品研發(fā)的一系列開發(fā)技術(shù)開始不斷被采納，諸如：逆向工程技術(shù)、快速成型技術(shù)、虛擬制造技術(shù)以及并行工程等。目前我國內(nèi)逆向工程的應(yīng)用大多集中在模具樣品開發(fā)方面，許多制造類企業(yè)經(jīng)常根據(jù)客戶提供的產(chǎn)品樣件制造出仿制模具或直接加工出新的產(chǎn)品。而由于我國在這一領(lǐng)域起步較晚，在逆向工程軟件的開發(fā)上，我國的逆向工程技術(shù)的發(fā)展還較為緩慢。國內(nèi)在逆向工程軟件方面的研究主要集中在幾所高校，如浙江大學(xué)CAD實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的R-Soft系統(tǒng)和西安交通大學(xué)CAD研究所開發(fā)的JRe系統(tǒng)，臺(tái)灣地區(qū)也有諸如NEWPOWER企業(yè)啟動(dòng)了逆向工程軟件的研究，但后續(xù)并沒有落實(shí)到業(yè)界應(yīng)用，這項(xiàng)研究的成果也后繼無人，殊為可惜。目前來看，國內(nèi)的逆向工程軟件還沒有完全具備與國外商業(yè)化軟件競爭的條件。而在硬件方面，常見的測(cè)量設(shè)備主要包括三坐標(biāo)測(cè)量儀、結(jié)構(gòu)光柵掃描儀、激光掃描儀以及ICT掃描儀等，在這些設(shè)備中最為突出的是Hexagon公司的GLOBAL系列三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、英國雷尼紹公司的CYCLON2掃描儀系列等，國內(nèi)的測(cè)量系統(tǒng)雖然起步較晚，但也有一些十分精良的設(shè)備，如航空精密研究所、前哨柯發(fā)測(cè)量公司出品的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，海信技術(shù)中心退出的新型層析數(shù)字化掃描機(jī)，智泰集團(tuán)推出的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等。1.5軸類零件概述在工業(yè)生產(chǎn)制造中，軸類零件是數(shù)控加工機(jī)床經(jīng)常需要進(jìn)行維護(hù)的一類零件，原因主要是它們?cè)跈C(jī)械的傳動(dòng)控制中用來傳遞轉(zhuǎn)矩或運(yùn)動(dòng)，機(jī)床一旦開始運(yùn)轉(zhuǎn)，軸類零件便開始承受來自機(jī)械的源源不斷的壓力。軸類零件為旋轉(zhuǎn)體零件，一般由同心軸的外圓柱面、圓錐面、內(nèi)孔和螺紋及對(duì)應(yīng)端面組成。常見的軸類零件根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)形狀可分為直軸、曲軸、實(shí)心軸、空心軸等，直軸又可以進(jìn)行細(xì)分：一是工作時(shí)即承受彎矩又承受扭矩的轉(zhuǎn)軸，它是機(jī)械結(jié)構(gòu)中最常見的軸；二是用來支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件的心軸，它只承受彎矩而不傳遞扭矩，心軸自身還分轉(zhuǎn)動(dòng)心軸和非轉(zhuǎn)動(dòng)心軸；三是傳動(dòng)軸，主要用來傳遞扭矩而不承受彎矩。軸的工作能力一般取決于州的強(qiáng)度和剛度，轉(zhuǎn)速高時(shí)還取決于振動(dòng)穩(wěn)定性。本文所研究的軸類零件從分類上屬于空心軸，如圖1.1所示?？招妮S的特點(diǎn)是由于軸中間有鏜孔，導(dǎo)致空心軸占用的空間體積較大，但也因此降低了軸的重量。圖1.1轉(zhuǎn)軸1.6軸類零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠確定軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸，而軸的結(jié)構(gòu)決定于受載情況、軸上零件的安裝位置和固定方式、軸承的尺寸與類型、軸的毛坯等條件，軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)該盡量減小應(yīng)力集中，要受力合理，有良好的工藝性，并使軸上零件定位可靠、裝卸方便，對(duì)于剛度要求較大的軸，還應(yīng)該在結(jié)構(gòu)上考慮軸的變形。綜上所述，影響軸的結(jié)構(gòu)因素有很多，不能給出固定的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)樣式，必須根據(jù)具體情況具體分析，但在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，一般有以下幾個(gè)設(shè)計(jì)原則：1、節(jié)約材料，減輕重量，盡量采用等強(qiáng)度外形尺寸或大的界面系數(shù)的截面形狀。2、安裝在軸上的零件要能精準(zhǔn)配合、穩(wěn)固、拆卸和調(diào)整。3、盡量采用能夠減少應(yīng)力集中和提高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)措施。4、盡量保證軸易于加工制造。

2實(shí)物模型數(shù)據(jù)的獲取2.1數(shù)據(jù)采集設(shè)備介紹在本次設(shè)計(jì)中我們使用到的是FARO掃描儀，對(duì)某軸類零件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，在采集的過程中，未了避免零件在掃描時(shí)反光，以及避免零件的黑色部分吸光，我們需要對(duì)零件表面噴涂顯影液。如圖2.1所示，F(xiàn)ARO掃描儀是用于將掃描對(duì)象實(shí)體模型轉(zhuǎn)化為數(shù)字化點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型的設(shè)備，F(xiàn)ARO掃描儀屬于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，擁有高精度、耐久性、高科技和低成本效益等諸多優(yōu)點(diǎn)，與同型號(hào)采用點(diǎn)接觸的FARO鈦金測(cè)量臂相比，選擇使用激光掃描的FARO三坐標(biāo)測(cè)量臂精度更高、成本更低，是集經(jīng)濟(jì)型、一體化于一體的便攜工具。它的缺點(diǎn)則在于定位困難，由于本體為三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，因此要想得到準(zhǔn)確無誤的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，必須在每次移動(dòng)位置后重新進(jìn)行定位，否則由于自身基準(zhǔn)的位置移動(dòng)，點(diǎn)云數(shù)據(jù)的精確程度無法得到保證。圖2.1FARO測(cè)量臂2.2測(cè)量方法原理對(duì)于最常見的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)而言，逆向工程常用的測(cè)量技術(shù)為接觸式測(cè)量。其傳感器的主要形式為各種不同直徑和形狀的探針即接觸測(cè)頭，如圖2.2所示。圖片來源于網(wǎng)絡(luò)它的工作原理是使用探針物理性的沿物體表面接觸運(yùn)動(dòng)，被測(cè)物體表面的反作用力使探針發(fā)生形變，這種形變觸發(fā)測(cè)量傳感器再將測(cè)出的信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)反饋給控制系統(tǒng)，最后經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理得到最終所測(cè)點(diǎn)位的二維坐標(biāo)。圖2.2接觸式探頭接觸式測(cè)量方法的優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)被測(cè)物體邊界精確測(cè)量，同時(shí)不受被測(cè)物體表面的顏色和光照限制[1]，測(cè)量精度較高。但這種測(cè)量方式的缺點(diǎn)也同樣明顯：首先測(cè)量探頭需要與被測(cè)物體表面產(chǎn)生接觸，對(duì)于軟質(zhì)材料或超薄材料而言，存在接觸力導(dǎo)致測(cè)量精度不高；其次由于是接觸式逐點(diǎn)方式進(jìn)行測(cè)量，所以速度慢，效率低；最后由于接觸式測(cè)量是利用的探頭感應(yīng)，測(cè)得的數(shù)據(jù)是測(cè)頭的球心位置，故需要進(jìn)行測(cè)頭半徑補(bǔ)償。正是因?yàn)榇嬖谏鲜龇N種原因，接觸式測(cè)量方法滿足不了大眾的需求，許多企業(yè)開始尋找新的測(cè)量方法，非接觸式測(cè)量方法因運(yùn)而生。如FARO企業(yè)就在三坐標(biāo)測(cè)量臂的基礎(chǔ)上改進(jìn)了測(cè)量方法，推出了上述的一款新的產(chǎn)品：FARO掃描儀，該產(chǎn)品所運(yùn)用的就是非接觸式測(cè)量方法。非接觸式測(cè)量方法是在使用光學(xué)、聲學(xué)、磁學(xué)等領(lǐng)域的相關(guān)測(cè)量技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過激光技術(shù)、聲波傳感技術(shù)、電磁感應(yīng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，將測(cè)量收集得到的產(chǎn)品零件的表面三維數(shù)據(jù)在經(jīng)過適當(dāng)?shù)乃惴ㄞD(zhuǎn)化為軟件三維空間里的點(diǎn)數(shù)據(jù)，這種方法相比于接觸式測(cè)量方法，測(cè)量效率要高很多，但得到的數(shù)據(jù)要大得多，增加了預(yù)處理和曲面重構(gòu)的難度[1]。常見的光學(xué)測(cè)量方法的工作原理有激光三角法、結(jié)構(gòu)光測(cè)距法等。結(jié)構(gòu)光法是把一定形式的光源投影到被測(cè)物體表面，因?yàn)楸粶y(cè)物體表面高度的限制，光柵影線發(fā)生變形，利用兩個(gè)鏡頭獲得不同角度的圖像，再通過解調(diào)變形光柵影線，就可以得到被測(cè)物體表面的整體三維坐標(biāo)[1]。非接觸式測(cè)量探頭與物體模型不發(fā)生接觸，如圖2.3所示。所以無須進(jìn)行測(cè)頭半徑補(bǔ)償，也可直接測(cè)量橡膠紙制品、工藝品等材質(zhì)較軟的物體。它測(cè)量速度快，面積大，數(shù)據(jù)也相對(duì)較完整。但非接觸測(cè)量方法對(duì)物體表面的反光程度、顏色等有較高要求，對(duì)于一些邊界、有縫隙的曲面容易丟失數(shù)據(jù)，也易受環(huán)境、光線影響，從而增大數(shù)據(jù)處理的難度[1]。圖2.3非接觸式探頭

3逆向建模分析3.1Geomagic系統(tǒng)簡介Geomagic軟件能夠用來進(jìn)行逆向技術(shù)處理的有兩款，分別為GeomagicStudio和GeomagicDesign。GeomagicStudio是專業(yè)的逆向軟件，可以將掃描得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)快速整理，創(chuàng)建出完美的多邊形和網(wǎng)格來構(gòu)建任何復(fù)雜模型的精確曲面，并自動(dòng)的轉(zhuǎn)化為曲面。GeomagicStudio的優(yōu)點(diǎn)是在對(duì)復(fù)雜形狀或自由曲面形狀的多邊形和模型數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)能夠完美執(zhí)行，相比于傳統(tǒng)的CAD軟件，它的生產(chǎn)效率有了極大的提高，同時(shí)軟件高度自動(dòng)化的程序以及完善地工作流程能夠極大的減少員工培訓(xùn)時(shí)間，他還可以與主流的三維掃描設(shè)備和CAD軟件進(jìn)行聯(lián)動(dòng)采集處理，軟件本身也能作為一個(gè)獨(dú)立軟件用于制造生產(chǎn)。種種優(yōu)點(diǎn)確保了GeomagicStudio的首要逆向工程軟件的地位。GeomagicStudio軟件逆向設(shè)計(jì)的原理是用許多細(xì)小的三角片來模擬逼近掃描的數(shù)據(jù)從而完成對(duì)實(shí)體模型的還原。在建模方面，是用曲面片擬合直接創(chuàng)建曲面模型，曲面流程被劃分為點(diǎn)階段-多邊形階段-曲面階段，這三大階段緊密聯(lián)系在一起。點(diǎn)階段到多邊形階段實(shí)現(xiàn)了組合點(diǎn)云、光滑數(shù)據(jù)；多邊形階段到曲面階段實(shí)現(xiàn)了光滑和編輯多邊形模型；曲面階段到分析階段實(shí)現(xiàn)了規(guī)則化、形狀的調(diào)整[1]。另一款逆向技術(shù)軟件GeomagicDesign即原GeomagicSpark，相比于側(cè)重點(diǎn)數(shù)據(jù)處理的Studio，Design更側(cè)重于二位規(guī)則實(shí)體建模，也更注重與其它相關(guān)軟件的聯(lián)動(dòng)。Design的優(yōu)點(diǎn)在于它結(jié)合了實(shí)時(shí)物體零件掃描、三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)和多邊形網(wǎng)格編輯功能以及全面CAD造型設(shè)計(jì)、裝配建模、二維出圖等功能的三維設(shè)計(jì)軟件。基于以上的描述，Design主要使用在需要對(duì)現(xiàn)成實(shí)物零件對(duì)象進(jìn)行三維模型再設(shè)計(jì)的場合，同樣也適合用于修改被掃描得到數(shù)據(jù)的零件。簡單地說，兩者各有優(yōu)略：Studio強(qiáng)于處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)，即使面對(duì)復(fù)雜形狀或曲面形狀也能進(jìn)行十分完美的處理；而Design則強(qiáng)在與CAD/CAE軟件的配合，Design能夠快速、方便地將處理后的三維模型數(shù)據(jù)輸入到CAD中，能夠較于簡便的得到二維圖紙、標(biāo)注、尺寸等重要數(shù)據(jù)。3.2基于GeomagicStudio的模型分析對(duì)使用FARO掃描儀掃描得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)開始進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，用于后續(xù)將曲面文件導(dǎo)入到三維軟件中進(jìn)行參數(shù)化修改，并重新生成整體模型。3.2.1點(diǎn)階段處理過程啟動(dòng)GeomagicStudio軟件，打開掃描得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。首先合并點(diǎn)對(duì)象，將點(diǎn)云合并成一個(gè)整體，將其命名為“zhuanzhou”，得到一個(gè)完整的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，如圖3.1所示。圖3.1點(diǎn)云數(shù)據(jù)為了更好地了解模型的外部特征，同時(shí)得到零件法線，選擇點(diǎn)功能里的著色功能，通過修復(fù)法線選項(xiàng)得到零件著色后視圖如圖3.2所示。圖3.2著色后模型得到零件的大致點(diǎn)云數(shù)據(jù)后，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修整，需要?jiǎng)h除一些在掃描中偏離主點(diǎn)云的點(diǎn)，將其低級(jí)分割后，刪去這些點(diǎn)云里的非連接項(xiàng)。最后保存文件，對(duì)文件進(jìn)行封裝，將初步處理好的點(diǎn)云數(shù)據(jù)保存從而進(jìn)行下一步對(duì)多邊形處理的任務(wù)。3.2.2多邊形階段處理過程得到預(yù)處理好的點(diǎn)云數(shù)據(jù)后，進(jìn)行下一步的多邊形處理階段，為之后的曲面擬合做準(zhǔn)備。首先對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行填充處理，選擇填充命令-填充單個(gè)孔-曲率-內(nèi)部孔，將轉(zhuǎn)軸螺旋面上的缺失小孔進(jìn)行填充。填充效果如圖3.3所示。圖3.3填充螺旋面然后進(jìn)行轉(zhuǎn)軸內(nèi)部孔的填充，選擇填充單個(gè)孔-曲率-搭橋命令，將軸內(nèi)大孔細(xì)分為小孔進(jìn)行填充，如圖3.4所示。再用填充單個(gè)孔-曲率-內(nèi)部孔命令，將小孔填充完整。重復(fù)操作，將轉(zhuǎn)軸內(nèi)孔填充完整，如圖3.5所示。圖3.4塔橋填充圖3.5完成填充使用網(wǎng)格醫(yī)生功能，如圖3.6所示，網(wǎng)格醫(yī)生功能能夠讓軟件自動(dòng)識(shí)別模型數(shù)據(jù)在網(wǎng)格上的錯(cuò)誤并能快捷地進(jìn)行修復(fù)。可以看到完成填充后的模型存在非常多的釘狀物，使用網(wǎng)格醫(yī)生的刪除釘狀物功能，刪除后效果如圖3.7所示，然后再次進(jìn)行填充。圖3.6網(wǎng)格醫(yī)生診斷圖圖3.7刪除釘狀物填充完成后，使用簡化網(wǎng)格功能，簡化網(wǎng)格功能能夠在不損失轉(zhuǎn)軸表面外觀細(xì)節(jié)的情況下，將模型的三角形數(shù)量降低到想要的數(shù)量，將百分比設(shè)置為10%，即將多邊形網(wǎng)格減少到之前數(shù)量的十分之一，處理結(jié)果如圖3.8所示。圖3.8簡化網(wǎng)格再次使用網(wǎng)格醫(yī)生功能，對(duì)轉(zhuǎn)軸零件進(jìn)行診斷，診斷完后選擇自動(dòng)修復(fù)功能，修復(fù)零件表面的高度折射邊和釘狀物，如圖3.9所示。圖3.9網(wǎng)格醫(yī)生診斷在多邊形階段處理的過程中，要想使多邊形網(wǎng)格變得光滑完整，可以對(duì)零件模型使用松弛功能，它能夠有效的減小多邊形與多邊形之間的角度，如圖3.10所示。圖3.10模型松弛選擇重劃網(wǎng)格命令，將修改后的零件模型的三角形劃分成一個(gè)更加統(tǒng)一的整體。再選擇去除特征，對(duì)粗糙區(qū)域打磨光滑，重復(fù)進(jìn)行上述流程，最終完成零件模型的多邊形處理，準(zhǔn)備進(jìn)行下一步的處理形狀階段。3.2.3形狀階段處理過程在經(jīng)過了點(diǎn)階段、多邊形階段兩次圖形處理后，開始對(duì)零件模型進(jìn)行下一步的形狀處理。形狀處理即為擬合曲面過程，在Studio中，擬合多邊形曲面有兩種方法：參數(shù)曲面和精準(zhǔn)曲面。參數(shù)曲面是產(chǎn)生符合零件設(shè)計(jì)意圖的曲面，并能以參數(shù)的形式說明；精準(zhǔn)曲面則可以產(chǎn)生與創(chuàng)建的對(duì)象完全匹配的曲面。在考慮到零件外觀形狀的前提下，零件外表面有無法用參數(shù)進(jìn)行確切表達(dá)的曲面，如圖3.18所示。這種情況下選擇用精確曲面對(duì)多邊形進(jìn)行處理能夠得到更好的曲面擬合效果。選擇精確曲面-探測(cè)輪廓線命令，進(jìn)行輪廓線的計(jì)算，對(duì)分隔符區(qū)域進(jìn)行修正。修正后抽取輪廓線。然后對(duì)輪廓線進(jìn)行編輯，修改輪廓線準(zhǔn)備進(jìn)行后續(xù)操作，修改后零件如圖3.11所示。圖3.11修改輪廓線下一步進(jìn)行曲面片的構(gòu)建與修理。選擇構(gòu)造曲面片命令，等待自動(dòng)構(gòu)造曲面片完成后，選擇GeomagicStudio特有的一種修理曲面片方式：移動(dòng)面板，即通過在面板內(nèi)重新排列曲面片來達(dá)到修理曲面片的效果，這種處理曲面片的方式能夠有效的簡化處理步驟，節(jié)省用戶處理時(shí)間，減少用戶的工作量，移動(dòng)完成前后零件曲面對(duì)比效果如圖3.12所示。圖3.12移動(dòng)效果對(duì)比圖在修理曲面塊過程中，經(jīng)常會(huì)遇到這種情況：選擇一個(gè)區(qū)塊進(jìn)行曲面塊的移動(dòng)時(shí)，兩邊的柵格點(diǎn)數(shù)為奇偶互異。遇到這種情況時(shí)，選擇添加/刪除2條路徑命令，可以修改兩邊柵格點(diǎn)數(shù)到一致，如圖3.13所示。圖3.13前后對(duì)比曲面修整完成后進(jìn)行格柵的構(gòu)建，對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行診斷，使用修補(bǔ)命令修復(fù)不好的網(wǎng)格。隨后擬合曲面、合并曲面，完成形狀階段處理，最終零件效果如圖3.14所示。圖3.14擬合曲面完成3.2.4體積偏差的檢測(cè)對(duì)擬合完后的零件進(jìn)行體積的偏差分析，體積偏差的檢測(cè)可以讓我們最直觀的感受到擬合結(jié)果的準(zhǔn)確程度，通過結(jié)果可以看出，如圖3.15所示，雖然在零件模型中存在體積偏差大小不一的情況，但是平均偏差小于0.03，這便是合格的曲面。圖3.15體積偏差結(jié)果

4三維軟件處理過程4.1導(dǎo)入前準(zhǔn)備工作將完成曲面擬合的模型先轉(zhuǎn)化為多邊形狀態(tài)，進(jìn)行導(dǎo)入三維軟件前的準(zhǔn)備工作，準(zhǔn)備工作能夠輔助更快捷的完成在三維軟件里的處理工作。使用特征命令，將轉(zhuǎn)軸上十二個(gè)小孔進(jìn)行特征標(biāo)記，然后用填充命令進(jìn)行小孔的填充。這樣在保持模型的幾何定義的同時(shí)，大大簡化了后續(xù)的曲面構(gòu)建操作，標(biāo)記后如圖4.1所示。圖4.1標(biāo)記小孔并填充下一步準(zhǔn)備步驟是將零件擺正與對(duì)齊。將零件擺正對(duì)齊的好處是方便我們導(dǎo)入三維軟件后基準(zhǔn)面的選擇定位，以及最終三維模型生成二維圖的截面選擇。選擇特征-平面-最佳擬合命令，選中零件底部三塊非連續(xù)區(qū)域，如圖4.2所示，點(diǎn)擊應(yīng)用，將平面命名為XY，將平面命名為XY也是為了方便后續(xù)平面與基準(zhǔn)軸的對(duì)齊。圖4.2選中區(qū)域接著再次選擇平面-最佳擬合命令，創(chuàng)建出如圖4.3所示的平面1和平面2。創(chuàng)建完畢后，使用平面-2平面平均命令創(chuàng)建出圖4.3所示的平面3，將平面3命名為YZ并將平面1與平面2刪除。圖4.3創(chuàng)建YZ面選擇平面-過點(diǎn)垂直于命令，分別將XY與YZ選中為平面1與平面2，將創(chuàng)建的平面名稱命名為XZ，如圖4.4所示。圖4.4創(chuàng)建XZ面下一步選擇圓柱體-最佳擬合命令，選中零件外表面多處非連續(xù)區(qū)域，創(chuàng)建的特征面默認(rèn)為圓柱體1，如圖4.5所示。圖4.5創(chuàng)建圓柱體1面最后選擇對(duì)齊-對(duì)齊到全局命令，分別將軟件系統(tǒng)的XY、XZ、YZ、Z軸與創(chuàng)建的XY、XZ、YZ、圓柱體1一一對(duì)齊，對(duì)齊后零件擺正與對(duì)齊效果如圖4.6所示。打開模型管理器，將XY、XZ、YZ、圓柱體1暫時(shí)隱藏，方便后面進(jìn)行曲面的擬合。圖4.6對(duì)齊效果對(duì)齊后將文件進(jìn)行保存，為了順利導(dǎo)入到三維軟件Pro/E中，選擇將文件保存為IGES格式，將保存的IGES零件模型通過Pro/E打開進(jìn)行編輯。選擇零件打開格式為IGES，將名稱命名為zhuanzhou，如圖4.7所示。圖4.7命名零件模型此時(shí)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)入的模型零件缺失了基準(zhǔn)和特征，新建一個(gè)零件草圖，使用插入-共享數(shù)據(jù)-自文件，零件生成后基準(zhǔn)生成正常，如圖4.8所示。圖4.8基準(zhǔn)顯示4.2特征分析打開Pro/E的特征識(shí)別功能，用草圖功能畫出之前準(zhǔn)備階段填充的小孔，選擇拉伸切除命令切去多余部分，該過程中利用再設(shè)計(jì)，合理的改變了零件上小孔位置區(qū)域，最終轉(zhuǎn)軸零件如圖4.9所示。圖4.9最終零件圖觀察零件模型可以得出：該零件模型大致為圓柱體狀，故在獲取零件模型的參數(shù)圖紙時(shí)能夠較為方便的得到放置規(guī)整的三視圖。保存文件，用Pro/E重新新建一個(gè)繪圖模板，選擇指定模板，將其改為橫向A4紙模板。選擇一般命令，點(diǎn)擊模板中間區(qū)域放置模型，將模型比例修改為1:1，并修改零件放置方向，如圖4.10所示。圖4.10放置零件右鍵點(diǎn)擊零件長按，選擇插入投影視圖，通過修改投影試圖的截面屬性，如圖4.11所示，從而得到零件的二維視圖。圖4.11修改截面屬性重復(fù)操作后文件-保存副本命令，保存文件為DWG格式，再使用CAD軟件的標(biāo)注功能對(duì)零件三視圖進(jìn)行尺寸標(biāo)注并進(jìn)行修正，得到的零件三視圖如圖4.12所示。圖4.12零件三視圖

4結(jié)論與展望4.1結(jié)論本文的主要研究目的是為了對(duì)某軸類零件進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)，為了說明逆向工程在工業(yè)生產(chǎn)制造中的重要性。通過逆向工程，用戶可以方便、快速地獲取產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，在產(chǎn)品的研發(fā)、更新、迭代過程中，逆向工程技術(shù)都起著極為顯著的作用。本文主要對(duì)逆向工程以及某軸類零件的逆向設(shè)計(jì)進(jìn)行了概述。通過對(duì)逆向工程技術(shù)的學(xué)習(xí)與總結(jié)，歸納出逆向工程技術(shù)原理流程圖，通過學(xué)習(xí)相關(guān)軟件，了解了主流逆向工程軟件的優(yōu)缺點(diǎn)，熟悉了逆向工程技術(shù)設(shè)備的使用技巧，通過使用逆向工程技術(shù)，對(duì)軸類零件進(jìn)行了逆向設(shè)計(jì)，并最后使用正向三維軟件，對(duì)軸類零件進(jìn)行了正向設(shè)計(jì)。用實(shí)例講解了逆向工程在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。完成后我的感受：得益于老師的貼心指導(dǎo)和同學(xué)的好心鼓勵(lì)，我成功的完成了一整套逆向工程的工作流程。在撰寫過程中，我感受到了逆向工程的必要性和重要性，小到一個(gè)小小的轉(zhuǎn)軸零件，大到重達(dá)數(shù)噸的機(jī)床設(shè)備，在逆向工程面前都一視同仁，掃描的精確度越高，數(shù)據(jù)處理的越好，得到的數(shù)據(jù)參數(shù)就越貼近實(shí)際，貼近實(shí)際就能讓用戶從無到有的建立起一條新的生產(chǎn)流水線，在我國工業(yè)制造業(yè)快速發(fā)展的當(dāng)下，逆向工程帶來的便捷性是無可替代的。4.2展望國內(nèi)逆向工程的研究已經(jīng)逐漸走上正軌，在完成這篇論文后，在回顧整個(gè)論文完善地過程中，我清楚的感受到逆向工程發(fā)展的潛力。逆向工程這項(xiàng)技術(shù)的綜合性極強(qiáng)，能夠廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品生產(chǎn)制造的各個(gè)領(lǐng)域，但就目前來看，逆向工程技術(shù)仍有不成熟的地方：在實(shí)際的測(cè)量采集點(diǎn)云數(shù)據(jù)的過程中，仍需要大量的人工掃描工作，使用者的經(jīng)驗(yàn)越充分，掃描后得到產(chǎn)品的質(zhì)量就越高，同時(shí)對(duì)于復(fù)雜曲面的光順性擬合程度也極度依賴于使用者的點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理經(jīng)驗(yàn)。可以說，在數(shù)據(jù)的采集掃描和曲面的光順性擬合兩方面來看，逆向工程的發(fā)展前景十分光明，期待在將來，逆向技術(shù)能夠更好更快的發(fā)展。

[參考文獻(xiàn)][1]王興晨.電動(dòng)汽車造型數(shù)字化設(shè)計(jì)與研究[D]