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基于小轿车车门拉手的逆向建模设计 　　【摘 要】3D逆向工程是一项新兴的设计与制造技术，在工业领域有着良好的前景和广泛的应用。以小轿车车门拉手的复杂曲面为原型，通过Win3DD-M扫描仪进行非接触式测量方法获取点云数据，提高了点云数据的质量，基于Geomagic软件进行点云数据的精简与处理，导入Geomagic Design X软件进行三维逆向建模，最终基于Geomagic Qualify软件进行精度分析，保证了精度要求且极大地缩短了产品的生产周期，降低了成本，可应用于实际生产加工。 　　【关键词】逆向工程；数字化测量；数据预处理；逆向建模；质量精度分析 　　0 引言 　　目前，消费市场竞争日益激烈，产品更新步伐不断加快，部分商品已呈现多样化，尺寸难以掌握的曲面化趋势。与时俱进和缩短产品的生产周期是企业能否发展的关键。为顺应新时代的发展要求，各种先进的设计思想和制造方式应运而生。随着现代测量设备、计算机辅助设计技术的发展及人类对设计理念的逐步深入，为缩短产品的生产周期，实现并行工程的新设计理念，逆向工程技术作为快速设计与制造的核心，逐渐被社会认可，而今已成为工业领域研究与应用的热点。 　　逆向工程是一个根据已经存在的样品模型，反向推出产品设计数据，并加工出产品的过程。利用现有的硬件和软件设施，对逆向工程在?驮忧?面零件加工中的应用进行探讨和研究。 　　对小轿车车门拉手进行快速设计制造，不仅可以减少产品设计制造的周期，还可以提高产品在传统设计制造过程中的精度要求。同时在汽车被普遍代步的时代，汽车更新换代也日益频繁，小轿车车门拉手的设计和制造成为整车产品开发中的重要环节之一，将逆向工程技术引入到设计制造的过程中，可快速、准确地得到小轿车车门拉手的三维模型，为实现小轿车车门拉手快速设计制造奠基。 　　以小轿车车门拉手的逆向设计为原型，其逆向工程流程图如图1所示。 　　1 小轿车车门拉手的数字化测量 　　随着工业智能化的发展，人们对产品的测量、设计与制造提出了高精度和高效率的要求。由于复杂的曲面模型难以构建，因此需要通过逆向工程技术对零件的复杂曲面进行精密测量扫描，将零件的模型转化成数据点，然后根据数据点进行零件的三维模型重建及后续的产品加工。 　　测量方式也由熟练的手工测量转变为以计算机为主的精密仪器测量。在现阶段的测量技术中，根据测量探头是否与物品表面接触，将获取零件表面基本信息的测量方法分为接触式和非接触式两种。在选取测量方法的过程中，应综合测量精度、测量速度、工件的材质、零件的表面特征等因素进行考虑。在结合现有测量设备的情况下，本文采用非接触式测量法对小轿车车门拉手进行数据采集。 　　1.1 制定扫描策略 　　利用北京三维天下公司所研发生产的Win3DD系列型号的非接触式Win3DD-M单目三维扫描仪进行测量，设备单幅扫描范围为300×210×200mm，扫描距离600mm，扫描点距为0.2-1.1mm，相机分辨率为130万像素，最终输出文件格式为asc，stl，igs，obj。启动扫描系统和硬件系统，扫描系统预热大约需要5-10分钟。打开专用计算机，启动扫描软件，点击“扫描标定切换”按钮，进入软件的标定界面如图2所示。调整扫描仪的高度和俯仰角度，使投影在标定板上的黑色十字线与标定板上的四个大的白色标定点尽可能重合，使“相机预览”中黑色十字线和白色十字线重叠，完成标定过程。 　　1.2 点云数据的采集 　　1.2.1 前期准备 　　测量之前，需对样品的表面、转盘等部件进行清洁，以免影响测量精度。由于小轿车车门拉手是反光件，具有较强的反光特性，相机无法高效地记录点云信息，从而影响点云数据的质量，因此需要喷显像剂，显像剂应喷的均匀且薄。 　　1.2.2 粘贴标志点 　　由于小轿车车门拉手的曲面结构较为复杂，且存在多处特征，需要进行多次扫描，因此设计出具体的扫描方案：首先在回转盘上贴些标志点，起定位作用，在转盘上贴标志点时要注意不能太过密集，同时不能在同一直线上出现过多的点，其次考虑其结构的特点，采用平躺在转盘上，翻身手动拼接的方法分两次扫描。 　　扫描时将实物放置在转盘上后，转动转盘，保证未超出边界。调整扫描头，将小轿车车门拉手显现在屏幕中央，第一次扫描时优先考虑特征线多和面积大的曲面，确保第一次能够扫到尽可能多的点。从第二次扫描开始，之后的每次扫描，至少要存在之前扫出来的3个标志点，否则无法扫描成功。 　　当位置确定好之后，点击“扫描标定切换”按钮，回到扫描界面，新建一个工程，完成小轿车车门拉手的数据采集如图3所示。小轿车车门拉手整个表面扫描完成后，需要判断是否有区域没有扫到，是否有分层的现象。若存在分层，则需要查明分层的原因，排除之后再重新开始扫描；若不存在，则将扫描数据保存为“.asc”