基于逆向工程技术的连杆创新设计

建模过程中借助Geomagic Studio软件与UG NX软件对其结构进行优化设计，得到新的产品模型。
关键词：逆向工程；三维扫描；建模；创新设计
中图分类号:TP 391；TH 122
文献标志码:粤
文章编号：员园园圆原圆猿猿猿（圆园员9）11原园077原园3
Innovative Design of Connecting Rod Based on Reverse Engineering Technology
Keywords: reverse engineering; three-dimensional scanning; modeling; innovative design
0引言 在工业生产中，产品设计一般采用正向工程设计，即
Байду номын сангаас根据产品的功能与用途提出构想思路，借助计算机三维 软件建模，最后通过技术手段加工成型。逆向工程 （Reverse Engineering，RE）也称为反求工程，是相对于传 统正向工程而言[1-2]。逆向设计是先对产品的结构进行研 究分析，并用三维扫描设备获取实物模型表面的点云数 据，然后在相应的软件平台上处理点云数据，利用软件的 交互功能将数据导入建模，在建模过程中借助软件对其 结构进行分析并对存在的问题进行结构优化处理 （创新 设计），从而在原产品基础上获得新的产品模型。本文以 连杆这一基本构件为例，详细介绍了工业产品数字化设 计中的三维扫描、数据采集与处理、逆向建模、创新设计 等全过程。 1 数据采集与数据处理 1.1 三维扫描
之为“点云”。单独的数据点在建模中无法使用，只有建立
点之间的连接，把它们变成实实在在的“体”之后才能被编
辑使用。数据处理就是在这些孤立的点之间建立联系。
数据处理时往往会出现一些无用的杂点。因为扫
描时也可能接收到非标志点位置反射光，这些反射光
也会生成扫描数据。所以数据处理的另一方面就是清
除这些杂点。将处理后的点云数据进行“封装”，把单独
2.1 建立新的坐标系
由于各软件之间都有自己的工作坐标系，STL模型导
入逆向软件可能会继承之前的坐标系，这会给建模带来
网址： 电邮：hrbengineer@ 圆园员9 年第 11 期
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机械工程师
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很大的困扰，导致STL模型在坐标系中随意摆放，见图2 （a）。所以建模第一步的工作就是给导入的STL模型重新 建立坐标系。
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基于逆向工程技术的连杆创新设计
陈忠士， 邹泽昌， 刘伟林 （福建船政交通职业学院 机械工程系，福州 350007）
摘 要：逆向工程是实现产品快速创新设计的重要技术，它能缩短产品研发周期，降低设计成本。文中以连杆零件为实物
原型，通过三维数字化扫描进行数据采集、数据处理、逆向建模、创新设计等途径，阐述工业产品的数字化创新设计过程。在
存在的数据点
连 接 在 一 起 ，得
到一个完整的
“ 连 接 体 ”，如 图
1所示。 2 逆向设计
图1 处理后的点云数据得出的连接体
逆向建模前的模型称为“STL”模型，它是由一定数量
的面与面相互连接组成的。逆向建模时的模型称为
“XRL”模型，是具有参数、可编辑修改的模型。建模使用
的软件为geomagic studio软件与UG NX软件。
reverse modeling and innovative design by three -dimensional digital scanning. In the process of modeling, Geomagic
Studio software and UG NX software are used to optimize its structure, and a new product model is obtained.
连杆的两个圆柱孔的端面是在同一水平面上的，所 以端面所在的平面作为高度基准平面是很好的选择，设 置它的矢量方向为Z轴；如果不考虑连杆中间连接的部 分，连杆本身大致可以看成一个对称体，那么对称面就可 以作为宽度基准面，设置它的矢量方向为Y 轴；最后把通 过大圆柱孔中心且垂直于高度基准面所在的平面作为长 度基准面，把它的矢量方向设置为X轴。最后使用对齐命 令就可得到坐标系建立后的模型，见图2（b），即逆向建模 前的STL模型。
基金项目：福建省教育厅科技项目（JAT170949）
3）扫描。扫描时扫描仪接收到扫描物体返射的光线，
软件会自动识别出反射光线的对应点空间坐标。照射到
物体上的点位置不同，捕捉到反射光的位置也不同。利用
大量这些孤立的点就能反映出物体的外观，从而使物体
的大致外观显现出来，即外观还原。
1.2 数据处理
将连杆经扫描后得到数据，经整理后所得到的文件称
三维扫描，即利用三维扫描仪从原实物中获取相关 数据，其基本步骤如下：
1）遮光处理。即对连杆进行喷涂白色粉末，以便扫描 仪发射出来的可见光照射到连杆后，能够被反射回扫描 仪，在电脑上生成相应的扫描数据。
2）标志。标志点就是在前后位置移动过渡处贴上记 号点，为电脑自动衔接这些数据作标志。标志点的内圈是 白色而外圈是黑色，直径约5 mm左右。扫描仪在扫描时镜 头不能产生位移，所以在扫描物体时只能通过不断移动物 体的角度或位置，让物体的整个外观都被扫描仪扫到。
CHEN Zhongshi, ZOU Zechang, LIU Weilin
(Mechanical Engineering Department, Fujian Chuanzheng Co mmunication College, Fuzhou 350007, China)
Abstract: Reverse engineering is an important technology to realize rapid innovative product design. It can shorten the
product development cycle and reduce the design cost. In this paper, connecting rod parts are taken as physical prototype,
and the process of digital innovative design of industrial products is expounded through data acquisition, data processing,