2015年8月机械设计与制造工程Aug2015第44卷第8期.DOC

２０１５ 年 ８ 月 机械设计与制造工程 Ａｕｇ．２０１５ 第４４ 卷 第８ 期 Ｍａｃｈｉｎｅ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏｌ．４４ Ｎｏ．８ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９５ －５０９Ｘ．２０１５．０８．００７ 基于逆向工程的工艺品设计及快速成型 孙 进１，２ ，朱兴龙１ ，闫大战１ ，陈晓波２ （１．扬州大学机械工程学院，江苏 扬州 ２２５１２７） （２．上海交通大学计算机集成制造研究所，上海 ２００２４０） 摘要：为解决复杂工艺品的逆向建模及成型问题，以犰狳工艺品为例，应用 Ｇｅｏｍａｇｉｃ Ｓｔｕｄｉｏ 软件和３Ｄ 打印切片软件Ｃｕｒａ 进行逆向设计和快速成型，实现了模型的快速复制和创新，提高了复杂 型面的产品设计开发能力，缩短了产品开发周期。 关键词：逆向工程；工艺品；设计；快速成型；Ｇｅｏｍａｇｉｃ；Ｃｕｒａ 中图分类号：ＴＰ３９１．７ 文献标志码：Ａ 文章编号：２０９５ －５０９Ｘ（２０１５）０８ －００３０ －０４  逆向工程技术 逆向工程（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ）是一项将已有的产品零件或原型转化为 ＣＡＤ 模型，并在此基础上进行优化设计和再创造的技术［１］ 。 它的基本流程包括三维测量、数据预处理、曲面重构、调整或修改设计、快速成型等几个基本步骤。 目前市面上存 在着２ 种形式的逆向软件［２］ ，一种是以逆向模块的形式嵌入到通用的 ＣＡＤ ／ＣＡＭ 软件中，如 ＵＧ 软件中的 Ｑｕｉｃｋ Ｓｈａｐｅ 模块、Ｐｒｏ ／Ｅ 软件中的 ＳＣＡＮ －ＴＯＯＬＳ 模块；另一种是专用的逆向软件，如 ＥＤＳ 公 司的Ｉｍａｇｅｗａｒｅ、Ｒａｉｎｄｒｏｐ Ｇｅｏｍａｇｉｃ 公司的Ｇｅｏｍａｇ-ｉｃ、 ＤＥＬＣＡＭ 公司的 ＣｏｐｙＣＡＤ、 Ｐａｒａｆｏｒｍ 公司的Ｐａｒａｆｏｒｍ、ＰＴＣ 公司的 ＩＣＥＭＳｕｒｆ、台湾智泰科技公司的 ＤｉｇｉＳｕｒｆ、ＡｌｉａｓＷａｖｅｆｆｏｎｔ 公司的 Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｔｕｄｉｏ以及Ｍａｔｅｒａｌｉｃｅ 公司的 Ｍｉｍｉｃｓ 等［３］ 。 逆向工程技术的应用已渗透到多个领域，主要包括新产品的仿制和改型设计［４］ 、模具制造［５］ 、文物的复原和复制［６］ 、医学赝复体设计［７ －８］ 和快速原型制造［９］ 。 运用逆向工程中的建模技术可以为快速原型提供所需的 ＣＡＤ 模型，两者相结合可以实现新产品的快速原型开发，以便及早验证产品质量和评估市场反应，为提高工程设计、加工、分析的质量和效率提供充足的信息。 基于 Ｇｅｏｍａｇｉｃ 软件进行逆向建模 ＧｅｏｍａｇｉｃＳｔｕｄｉｏ是美国 Ｒａｉｎｄｒｏｐ软件公司推  出的逆向工程软件，使用该软件能够很方便地用扫 描所得的点云数据创建出完美的多边形模型和网格，并可自动转换成 ＮＵＲＢＳ 曲面。 该软件的逆向建模流程主要包括点云阶段（ ｐｏｉｎｔ ｃｌｏｕｄ）、多边形阶段（ ｐｏｌｙｇｏｎｓ）、曲面阶段（ ｐａｔｃｈｅｓ） 和曲面输出阶 段，如图１ 所示。 图１ 使用Ｇｅｏｍａｇｉｃ 进行逆向建模的流程 下面以工艺品犰狳为研究对象，利用逆向工程对犰狳实体原型进行三维重构。 １）导入点云。 如图２（ａ） 所示，使用１００％的采样比例，指定单位为 ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒｓ。 将从不同角度拍摄的犰狳模型的１６ 幅点云视图数据导入 Ｇｅｏｍａｇｉｃ Ｓｔｕｄｉｏ 中， 然后使用套索工具、多折线工具或椭圆工具等进行 杂点的手动选择，选中的点云会变成红色，按 Ｄｅ-ｌｅｔｅ 进行删除。 ２）手动拼合。 如图２（ｂ）所示，点击工具栏的第１ 个按钮“手动注册”，出现倒品字的３ 个视图，在上面２ 个视图  收稿日期：２０１５ －０４ －２７ 基金项目：国家自然科学基金面上项目 ； 江苏省自然科学基金面上项目 （ Ｂ； 中国博士后科学基金资助项目 （２０１３Ｍ５４１７３６）；江苏省博士后基金资助项目（１３０２１７９Ｃ）；扬州市 －扬州大学科技合作资金资助项目（２０１２０３８ －１２） 作者简介：孙进（１９７３—），男，江苏扬州人，扬州大学讲师，博士，主要从事三维视觉医学测量建模研究。  ·３０· ２０１５ 年第 ８ 期 孙进：基于逆向工程的工艺品设计及快速成型 图２ 犰狳工艺品的逆向设计  中分别装载要拼合的２ 幅点云数据，点选多对对应点，在下侧子视图中就会出现两两拼合的效果。 如此反复，将所有视图点云数据初步拼接在一起。 ３）全局拼合。 在实现了手动拼合的点云数据不同视图之间仍然存在着接缝和不对齐等现象。 如图 ２（ ｃ） 所示，点击工具栏的第２ 个按钮“ 全局注册” 来减少视图之间的累积误差，进行精细拼接，更好地表现真实的物体形