基于GEOMAGIC逆向工程实验报告

逆向工程也称反求工程,就是指用一定得测量手段对实物或模型进行测量,根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物CAＤ模型得过程。它改变了从图样到实物得传统设计模式,为产品得快速开发与创建设计提供了一条新途径、ＧEOMAGIC ＳTＵDIＯ由美国RＡＩＮＤＲOP公司出品,就是逆向工程中应用最广泛得软件之一！利用GEＯMAGIC ＳTUDIO可轻易根据实物零部件扫描所得得点云数据创建出完美得多边形模型与网格,并自动转换为NURBS曲面,生成准确得数字模型!软件得工作流程与逆向工程技术得工作流程大致相似,其工作流程为点数

据阶段———多边形阶段———成形阶段、点数据阶段主要测量得数据点进行预处理,在多边形阶段主要就是通过对多边形得编辑得已达到拟合曲面所需要得得优化数据,成形阶段就是根据前一阶段编辑得数据,自动识别特征、创建NＵRBS曲面。NURＢS就是Non—Uniｆｏrm RaｔionａｌB－Splines得缩写,意为非统一有理B样条、简单地说,NＵRBS造型总就是由曲线与曲面来定义得,所以要在NＵRBS曲面上生成一条有棱角得边就是很困难得、正因为如此,NURBS曲面特别适合做出各种复杂得曲面造型与表现特殊得效果,如人得面貌或流线型得跑车等、

1、点数据处理

扫描仪得到得数据会引入数据误差而且数据量庞大,为了后续工作方便准确进行需要去除数据中得坏点、减少噪音、平滑数据、分块数据整合对齐、在保证精度与特征得条件下进行数据精简、同时由于测量方法与测量设备得影响会出现数据缺口,这就需要对数据进行编辑来补齐数据。数据处理主要有一下几个方面:

●噪声过滤

●数据光顺

●数据精简

2、多边形处理阶段

多边形处理阶段就是在点云数据封装后通过一系列技术处理得到完整得多边形数据模型,为曲面处理打下基础。

在多边形处理阶段首先要“创建流型”来删除模型中非流型得三角形数据,否则在后续处理中由于存在非流型得三角形而无法继续处理、对于片状得模型可以创建“打开”得流型,对于封闭得多边型模型可以创建“封闭”得流型！本例中叶片模型需要创建“封闭”得流型来删除非流型得三角形。

即使就是不同得模型,对于点阶段与多边形阶段得操作都相类似,以上涉及得命令在任何模型点云得处理过程中几乎都会用到、一般情况下,多边形阶段编辑得好坏将决定最终曲面质量得好坏,因为多边形阶段得编辑结果直接进入下一个阶段:成形阶段。

将经过综合处理得点云用Ｐｏlyｇｏn Mｅsh(多边形网格)进行封装。操作如下,点击Pｏints(点)——Wrａp(封装),点击Surface(曲面)选项,点击OK(确定)即得到初始三角网格曲面。多边形处理阶段即就是在此基础上进行后续得修饰处理,具体得操作包括:

a.孔洞修补、由于扫描过程中在标记处或者点云缺失处存在三角面得孔洞,需要对其进行修补以获得完整得曲面。孔得填充方法有三种: 内部孔、边界孔与搭桥。针对模型中不同类型得孔,合理选择填充方法; 另外,对于边界比较杂乱得孔,可采取“先删后补”得方法使曲面模型更加光滑。用边界选择工具将边界上得三角面选中并删除,直到孔洞周边得三角面无翘曲、曲率基本一致、选取“基于曲率填充”选项进行修补,可获得近乎无痕迹得修补效果。某些部位虽无孔洞但三角面杂乱,也可以删掉杂乱三角形再进行修补。

b、去除毛刺、质量不好得点云重叠在一起,得到得三角网格曲面比较粗糙,需要进行光顺

处理,以保证曲面质量、操作如下,点击Pｏlｙｇons(多边形)——Reｍove Sｐikes(去除毛刺),在RemovｅＳｐikeｓ(去除毛刺)对话框中选择合适得Smoothｎess Leｖel,点击OK(确定)、Remove Spikeｓ(去除毛刺)功能只就是选择性地对有毛刺得地方进行光顺处理,不会对整体进行平滑,因而不会使三角网格曲面变模糊而失去特征。

c.去除特征。在曲面上可能存在一些肿块或压痕,影响曲面美观,可以用去除特征命令进行移除,通过删除特征、删除钉状物与砂纸等操作,修复不规则得三角形区域,最后利用“网格医生”工具,检查模型中得缺陷并自动加以修复。

d、简化多边形。若模型中三角形数量太大,可以通过“简化”功能在不影响曲面质量得前提下减少三角形数量。

通过Decimａte(简化多边形)命令可以减少网格曲面得三角片数量,以提高后续得计算速度。该命令将在曲率较小得区域减少三角片,而在曲率较大得区域保持三角片数量,当曲面模型已经修复完好,即可转入“曲面阶段”继续处理。多边形阶段处理完成后得曲面模型、在多边形阶段对模型得编辑达到满意时,对模型进行最后一步操作:执行“修复相交区域”,对相交得三角形进行松弛/消除操作;如果无三角形相交,系统则提示“没有相交得三角形”。

3、曲面处理阶段

曲面处理阶段主要就是通过基本得曲率探测与轮廓线探测创建基本得曲面片,并对曲面片进行移动面板、重新分布等操作来创建一个理想得ＮURBS 曲面,最终完成曲面得逆向造型、曲面处理阶段首先要构造模型得轮廓线!轮廓线得构造有两种方法: 一种就是探测曲率,适用于曲过渡较大得曲面; 另一种就是探测轮廓线,适用于轮廓线明显、曲率过渡不大得曲面、在本例中,由于叶片得曲率很小,所以选择探测轮廓线得方法构造模型轮廓线。执行“探测曲率”命令时,黑色得网格线即所探测到得曲率线,白色得线就是轮廓线、由于软件自动生成得轮廓线并不完全就是所需要得轮廓线,可以通过执行“升级／约束”命令,将曲率线升级成轮廓线;或者将轮廓线降级为曲率线,从而获得理想得轮廓线、对于探测不完整得曲面,需要手动画出轮廓线使其划分为较小得曲面,从而使模型处理更加精确,轮廓线构造完成后执行“构造曲面片”命令,在轮廓线内构造曲面片网格,由于系统自动构造得曲面片网格并不太规则,需要利用“移动面板"命令,使曲面片网格变得均匀整齐,最后利用“编辑曲面片"命令使轮廓线更加平直,曲面片处理后最终结果!然后通过“构造格栅”将曲面片分得更细,格栅中得点将为NURBS 曲面提供控制点。最后通过“拟合曲面”命令就可将曲面片拟合为ＮＵRB Ｓ曲面。

a。构建曲面片。通过对多边形曲面进行分析之后,将其划分为大小合适得曲面区域,并自动产生曲面片(Ｐatｃhes)。划分曲面得基本原则就是:使每块曲面片得曲率变化尽量均匀,从而在拟合曲面时能够更好地捕捉到三角网格曲面得外形,降低拟合误差;使每块曲面片尽量为四边域曲面,以利于后续NURBS重构。

b.构建栅格。当曲面片构建好之后,需要创建栅格(Grids),从而自动地在每一块曲面片内产生U,Ｖ控制线、每一个曲面片得网格线数目都就是相等得,数目大小要视曲面片划分得大小与模型得精细结构而定,数目太少可能会漏掉一些特征。

ｃ.拟合曲面。拟合曲面就是完成NUＲBS重构得最后一个环节,即产生由多个ＮURBS曲面片构成得完整曲面,各曲面片之间连续、

4.钣金点云数据处理

钣金件具有重量轻、强度高、成本低与大规模量产性能好等特点,目前在机电、仪表、汽车与家电等领域得到了广泛应用。在逆向工程中由于钣金件具有一定厚度,使用三维扫描仪测量实物获得得点云边界会出现很多缺陷,在CAD模型重构中边界处理将就是钣金件得重