基于逆向设计与快速成型技术的油箱盖产品开发研究

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1、基于逆向设计与快速成型技术的油箱盖产品开发研究　　摘要：使用手持式激光扫描仪对油箱盖产品进行数据采集，得到完善、精确的油箱盖点云；运用Geomagic软件进行油箱盖点云数据处理，得到精简、光顺、无噪声点的点云数据，包括清除噪点、精减点云、边界优化、简化数据、保存等步骤。根据油箱盖模型产品实物的点云数据，利用可实现逆向三维造型设计软件UGNX进行逆向设计，重新构造实物的三维CAD模型。产品最终三维模型，经STL数据转换后输入到快速成型设备系统中，完成设计产品的打印及后处理。　　关键词：逆向设计快速成型技术数据采集数据处理曲面重构　　中图分类号：TH164文献标识码：A文章编号：1672-379

2、1（2016）08（a）-0045-04　　产品的逆向设计与快速成型技术，是指根据产品实物样件表面进行数字化处理，高效、准确地采集到产品表面的三维几何坐标数据，并运用相应的软件来处理点云数据。利用可实现逆向三维造型设计的软件来重新构造实物的三维CAD模型，进行曲面模型重构[1-2]。产品最终三维模型，经STL数据转换后输入到快速成型设备系统中，完成产品的打印及后处理。　　1油箱盖模型的数据采集与数据处理　　1.1扫描6　　针对油箱盖的外形进行模型分析，确定扫描方案，然后进行油箱盖点云数据的扫描。由于建模思想不一样，点云数据的扫描侧重点也不一样。数据点质量的好坏直接影响到曲面精度。使用手持式激

3、光扫描仪对油箱盖进行数据采集，得到完善、精确的油箱盖点云，如图1所示。　　1.2点云数据的处理　　油箱盖点云的处理主要在GeomagicStudio软件进行，其中包括清除噪点、手动注册、全局注册、合并、补洞、边界优化、简化数据及保存等步骤[3]。　　（1）清除噪点。　　打开GeomagicStudio软件，运用【统一采样】命令，右击界面中黑色的杂乱点云，可以按下鼠标中键旋转观察，在一起的点云变成绿色。选择除噪的工具栏，在分隔栏中选择“低”，并根据右边选点的多少更改数值的大小，确定后删除噪音点，如图2所示。　　（2）精减点云。　　在下拉式菜单中选择统一采样，在绝对距离中设置距离值为1。由于存在

4、大量的冗余数据，会影响后期建模的光滑度，并影响加工质量。不同类型的点云可用不同的精减方式：对散乱点云可用随机采样法；对扫描线点云和多边形点云可用等间距缩减、倍率缩减、等量缩减、弦偏差等方法；对网格化点云可用等分布密度和最小区域法，如图3所示。　　（3）边界优化。　　放大油箱盖的边界，可以看到并不光滑，因此需要对其边界进行优化。菜单栏：边界→编辑，选择“部分边界“选择边界线上的2点，再单击这条线，控制点应在7～8，张力应为0～1之间。可以调节数字使其边界顺滑。6　　（4）简化数据及保存。　　因为点云处理完后可能要被Imageware编辑和处理，所以要保存为stl格式，这种格式也可直接被快速成型

5、机识别。　　（5）数据的转换。　　使用File→saveas命令，选择igs格式保存。igs格式是能被UG、PROE等三维软件识别的一种文件格式。在保存时，注意删除原有的点云，这样才能更快地打开igs格式文件。　　2油箱盖模型的曲面重构　　打开UG软件，打开预先保存的，在Geomagic软件中处理好的油箱盖点云数据，导入IGS文件，进入建模模块。　　2.1建立坐标系　　用【基本曲线】命令画出两条实线，再用【拉伸】命令选择两条直线拉伸出一个平面，并用动态原点建立好坐标系，如图4所示。　　2.2建立基准平面及绘制草图　　运用【基准平面】命令，创建所需的各个基准平面，并根据点云创建如图所示的草图轮

6、廓，如图5所示。　　2.3构建曲面、凹槽及固定件　　运用【扫掠】命令，按上一步骤绘制的草图曲线扫掠片体。运用【修剪片体】命令，修剪多余片体。从点云绘制曲线，并用【拉伸】命令，选取曲线拉伸成片体，并选取油箱盖顶面进行修剪。对凹槽内部边进行边倒圆，选择【加厚】命令，并选择片体加厚2.5mm。最终得到的图形，如图6所示。6　　3油箱盖的快速成型设备具体步骤　　3.1导出STL格式　　绘制好的图形导出STL格式并修改三角公差为0.0025、相邻公差为0.12，勾选自动法相生成并让其三角形显示，如图7所示。　　3.2打开Aurora快速成型系统　　3.2.1系统连接、初始化、调试　　将机器与Auror

7、a快速成型系统连接，然后进行Aurora快速成型系统初始化，最后调试仪器，检查各喷头的吐丝情况是否正常。　　3.2.2文件导入Aurora快速成型系统　　单击【载入模型】，将文件载入快速成型系统，如图8所示。　　3.2.3将工件放入仪器中心并修改分层参数　　将导入的文件自动对准，考虑节约支撑材料，将工件放置。把支撑间隔，轮廓线宽，工作台高度等参数修改成自己经验值的数据，如图9所示。　　3.3打印实体及后处理操