基于Geomagic的叶片逆向建模与偏差对比分析

基于Geomagic的叶片逆向建模与偏差对比分析
赖啸; 刘勇; 沈涛; 岳松
【期刊名称】《《南方农机》》
【年(卷),期】2019(050)021
【总页数】2页(P37-38)
【关键词】Geomagic; 逆向; 建模; 偏差; 分析
【作者】赖啸; 刘勇; 沈涛; 岳松
【作者单位】宜宾职业技术学院四川宜宾644000
【正文语种】中文
【中图分类】P225.2
0 引言
随着现代工业的迅速发展和复杂产品外观要求，产品的设计和制造过程也变得困难、快捷、精确[1]。

逆向技术即再生设计的产物，可通过获取零件外形数据特征快速
推算并获取其关键设计要素，已广泛应用于零件的开发创新设计领域，也是消化吸收先进技术和缩短产品开方设计的一种重要技术手段[2]。

本文以叶片为研究对象，结合Geomagic软件在逆向设计中的应用，重点介绍零件逆向设计中的面片修复、特征建模、偏差对比分析的全过程。

1 点云数据的采集与后处理
1.1 点云数据采集
点云数据的采集是逆向设计的基础，点云数据的采集是以自动化的方式扫描测量在物体表面的点云信息，将物体外形特征数字化[3]。

对零件喷涂显像剂、粘贴标志点，调整各扫描环境因素，以减小其对扫描精度的影响。

通过三维扫描测量仪扫描叶片外形轮廓，Geomagic Wrap软件根据扫描标志特征对点云进行自动拼接，获取的叶片点云数据如图1所示。

图1 叶片点云数据
1.2 点云数据后处理
通过三维扫描仪直接扫描获取的点云数据有杂点、点云重叠、空洞等现象，需对其进行点云数据后处理，以便提高后期逆向建模的精度[4]。

对叶片外围杂点可通过软件的“杂点消除”功能自动删除扫描中点的噪音群组；在扫描过程中有时会因扫描特征不全会进行多次重叠扫描，这样所获取的重叠点云较多，在后期建模中数据运算量较大，这时可利用软件的“采样”命令自动根据曲率、比率或距离减少点云中的总点数；利用“平滑”命令降低点云外侧形状的粗糙度，使其更加平滑；封装点云，生成三角面片模型；利用“多边形”功能下的“修补精灵”等功能命令优化三角面片，优化后的三角面片模型。

2 逆向设计
在没有零件尺寸的情况下如何保证叶片自曲曲面的建模精度是本文研究的重点，叶片零件的建模精度要求偏差小于±0.1mm，特征曲线明确。

2.1 领域组分割
领域组的划分是根据点云数据的曲率和特征自动将面片归类为不同的几何领域，便于后期的单元领域的选择与提取。

选择“领域”菜单下的“自动分割”命令，将分割敏感度设置为“80”，面片的粗糙度设置为“平滑”，单击“确定”，自动分割领域组后可根据建模需要可手动对领域进行分割与合并。

2.2 视图对齐
3D模型的构建要以参考坐标平面为基准。

Geomagic DesignX软件在对象对齐中有“对齐向导”和“手动对齐”两种方式，对齐向导是将对象面片与世界坐标系对齐，手动对齐是通过选择曲面点或从一预定坐标系转换为另一坐标系的方式。

采用“手动对齐”方式对齐叶片各参考基准平面。

2.3 实体重构
零件模型由中间轮毂和叶片组成。

中间轮毂是回转体结构，在创建其实体时可利用软件的面片草图功能拾取出模型的关键特征截面线生成草图曲线，从而构建曲面或实体。

叶片曲面是自由曲面，在建模时在保证曲面精度的同时还需保证其曲面光顺度，避免曲面扭曲。

利用软件的“放样向导”命令在许可偏差范围0.1mm内生成曲面截面线，由线生成精度偏差范围内曲面，如图2所示。

重构叶片零件3D模型并对其进行偏差对比分析。

图2 曲面放样
3 偏差对比分析
Geomagic DX软件提供了偏差对比（Accuracy Analyzer（TM））分析方法，可将实体或曲面模型与原始扫描数据进行体偏差对比。

对所建结果模型进行体偏差对比分析，由体偏差色图可知所建模型偏差在允许范围之内，符合建模要求，如图3所示。

图3 体偏差色图
4 结束语
本文研究了基于Geomagic软件在偏差范围内提取截面轮廓线及曲面截面线特征的快速建模方法，这种利用Geomagic软件快速提取特征曲线的建模方式，不仅保证了建模精度，同时有助于节约研发成本和产品创新设计。

【相关文献】
[1]刘松，崔海华，王华君，等.基于Geomagic的玻璃瓶模型重构与误差分析[J].模具制造，2018，18(12)：80-82.
[2]周光耀，马伟丽，陈喆.基于 Geomagic曲面建模方法研究[J].测绘与空间地理信息，2018，
41(12)：191-192+195.
[3]牛振华，孟伟娜，任清海.基于Geomagic Wrap的发动机活塞逆向设计[J].内燃机与配件，2019(5)：20-22.
[4]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+56.。