逆向工程三维建模关键技术.docx
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逆向工程三维建模关键技术
宁波理工学院
逆向工程与快速原型技术
(综合技能训练及评价)
题目逆向工程三维建模关键技术
综合创新训练
姓名*******
学号***********
专业班级机制****
授课教师******
分院机电与能源工程分院
完成日期****年**月*日
绪论
0.1什么是逆向工程
逆向工程技术与传统的产品正向设计方法不同,逆向工程是对已有的产品零件或原型进行CAD模型重建,即对已有的零件或实物原型,利用三维数字化测量设备准确的、快速的测量出实物表面的三维坐标点,并根据这些坐标点通过三维几何建模方法重建实物CAD模型的过程,它属于产品导向(productoriented)。
逆向工程不是简单的再现产品原型,而是技术消化、吸收,进一步改进、提高产品原型的重要技术手段;是产品快速创新开发的重要途径。
通过逆向工程掌握产品的设计思想属于功能向导。
1.2逆向工程的基本操作步骤
第一章点云摆正综合练习(以小女孩为例)
1.1目的和意义
逆向工程技术与传统的产品正向设计方法不同,逆向工程技术第一步是点云获取。
通常是利用测量设备对零件表面进行数据采样。
数据获取是向逆向工程软件准备建模的基础,获取数据的点云会直接影响到后续的曲面重构质量。
点云获取大致分为三种主流方法:
1.接触式测量法:
采用三坐标测量机进行数据采集,通过接触,将信号传递到专用软件,主要有桥式、关节臂式、龙门式、悬臂式等。
2.非接触式测量法:
采用光学测量技术进行数据采集,主要有激光扫描法、白色光栅编码法、相位轮廓法、彩色激光扫描法、阴影摩尔法等,常用系统:
1.Comet测量系统2.ATOS测量系统
3.手持式三维数字扫描及测量系统HandyScan。
3.断层数据测量方法,常用:
1.CT测量法2.MRI测量法3.超声波测量法4.层析扫描法等。
由于逆向工程的特殊性,采集到的数据并不一定是正对着理想方向的,将增加下面的重构以及CAD编辑的难度,因此在采集完点云数据之后,就要第一时间进行摆正。
1.2点云数据摆正的原理及实现流程
实物点云数据获取→将点云数据导入IW→创建约束与底面重合约束通过参照约束进行Y向对正→微调增加精度
1.3点云数据摆正综合练习及具体实现步骤
点云数据摆正由ImagewareR13.2完成。
1.:
打开文件,点击创建圆命令,中心坐标(0,0,0),方向为Z轴,应用。
图1.1
2:
作已创建的圆的法线,起点坐标(0,0,0),方向为Z轴,应用。
图1.2
3:
创建平面,以3点创建平面,3点位置选择在小女孩雕像的底部,因为这个面相对平整。
图1.3
4:
创建曲面法线。
图1.4
5:
创建群组,将生成的面、面的法线和小女孩生成一个群组。
生成后它们合成一体,变成黄色。
图1.5
图1.6
6:
点击根据特征定位工具,选用逐步,先配对方式选用点云,选择配对的两条线,点击添加;再配对方式选用平面,选择配对的两个面,点击应用。
图1.7
7:
右击小女孩,选择取消群组。
并将之前添加的线面都删除。
图1.8
8:
创建一个圆,中心坐标(0,0,0),方向为X轴,应用。
图1.9
9:
右击小女孩,选择互动点云截图命令。
方式:
三角形网格,选择屏幕上的直线(先选一点+CTRL+另一点),应用。
图1.10
10:
隐藏小女孩,出现截图的点云。
图1.11
11:
右击点云,选择圈选点云,保留点云:
外侧。
圈选点云,应用。
图1.12
12:
最佳拟合定位:
正确选择移动物体,来源对象,目标对象。
定位选择:
最佳可能的;定位方式:
Z轴约束,应用。
图1.13
13:
删除截图点云数据以及圆。
图1.14
14:
选择直线命令,沿着底部画一条直线
图1.5
15:
延伸命令,延伸画好的直线,为了更好地区别直线与点云。
图1.16
16:
右击空白区域,选择镜像显示命令,镜像直线。
图1.17
17:
点击位移工具,选择全部,沿着X方向移动,距离为1,通过多次移动调整点云到下图。
图1.18
18:
点击旋转对象,选择全部,旋转轴方向选取Z轴,角度定为0.5度,通过多次操作,实现直线与点云底部边缘对齐。
图1.19
19:
按F2,查看点云,点云摆正完成。
图1.20
第二章逆向建模特征线构建技术(以鼠标为例)
2.1目的和意义
对齐:
将点云数据通过对齐合并命令实现成为一个有序的点云模型
拼接:
将瑕疵点云数据通过软件处理进行修补的过程
2.2曲面对齐与拼接的原理及实现流程
对齐的原理:
通过选取同一个模型上两个不同部分上的近似点,通过软件识别并重组。
拼接的原理:
将=不完整的模型通过软件命令进行修改与完善,形成一个完整的模型
对齐的实现流程:
选择材料→手动注册(三点对齐)→全局对齐→合并数据
拼接的实现流程:
选择材料→破损孔的孔填充→物体的局部平滑→裁剪无法单孔填充的
2.3曲面对齐与拼接综合练习及具体实现步骤
1:
打开鼠标文件,点击图层编辑,新建图层bottom、top和outline。
方便区分内容,可分别在不同的图层下进行编辑。
图2.1
2:
在outline的图层下,点击3D-B-样条,沿着鼠标中间的线画一条曲线,阶数为4,应用。
图2.2
3:
点击曲线投影到点云,选择点云和曲线,投影:
在方向范围内;方向:
X轴,点数量:
50,应用。
图2.3
4:
改变点显示,点尺寸调大一点,便于后续操作。
图2.4
5:
隐藏鼠标点云;点击镜像,选择刚生成的点云和镜像平面,平面选择X,勾选复制物件,应用。
图2.5
6:
合并点云,将镜像得到的两个点云曲线合并成一体。
删除原来的两个点云曲线,保留生产的点云。
图2.6
7:
将得到的点云按照最近点排序,
图2.7
8:
点击均匀曲线,选择合并的点云,阶数取4,跨度取14,起点终点固定,偏差计算,应用。
出现偏差计算对话框。
按ctrl+M,关闭偏差计算。
图2.8
图2.9
9:
删除点云,保留曲线。
图2.10
10:
通过曲线上两点画直线。
图2.11
11:
曲线截断,将曲线用点或者曲线来截断,并保留两端。
图2.12
12:
创建曲线约束,选择刚刚截断的两条线,进行曲线约束,约束点控制在两天曲线的接触位置,应用。
图2.13
13:
工作图层选择bottom图层,将outline图层中的曲线隐藏,避免为后续的操作带来干扰,按F1,在鼠标底部画一条直线,如下图。
图2.14
14:
将所话的直线投影到点云数据中,投影方向为Z轴,点数60个,应用。
图2.15
15:
隐藏点云,删除直线,按最近点排序点,应用。
图2.16
16:
点击均匀曲线命令,选择曲线,应用。
图2.17
17:
删除点云,保留曲线。
如下图。
图2.18
18:
在bottom图层下,将其他图层的曲线隐藏,点击F7,将鼠标调整到如下位置,点击直线命令,在靠近鼠标底部向上1cm的距离画一条直线,如下图。
图2.19
19:
将直线投影到点云中,方向为X轴,应用。
图2.20
20:
隐藏鼠标,点击镜像命令,将得到的点云曲线以X轴为镜像平面进行镜像操作,保留复制物件。
图2.21
21:
合并点云
图2.22
22:
将点云按照最近点排序。
图2.23
23:
点击均匀曲线命令,跨度调整为14,勾选封闭曲线,应用。
图2.24
24:
删除点云,保留一条曲线。
图2.25
25:
显示所有曲线,得到鼠标的轮廓曲线。
得到如下图:
图2.26
26:
延长曲线,通过延长命令来延长各条曲线的端点,便于后续曲线的相交。
图2.27
27:
相交曲线:
通过相交曲线命令,将各条曲线连接在一起。
图2.28
28:
截断曲线:
通过截断曲线命令,用点截断,选择需要截断的曲线并保留两端。
图2.29
29:
删除多余的曲线:
图2.30
15:
重复如上操作,得到一个连接完整的相连曲线图:
图2.31
16:
在各个接点处创建曲线约束。
图2.32
第三章逆向建模曲面构建技术
3.1目的和意义
曲线构建技术是逆向工程中重要的环节,作为IW的重要参数,曲线构建的精确与否可直接影响到项目与目标的相似度,因此至关重要。
3.2曲线构建的原理及实现流程
原理:
通过点云数据特征,做出相近的曲线来表达其的特征
实现流程:
点云数据的选择→样条曲线绘制→曲线修正→曲线约束
3.3曲线构建及具体实现步骤
(1)Imageware曲面重组
1:
(继续如上第二章的操作)点击直纹曲面命令,分别选择曲线和路径曲线,曲线为上面两条,路径曲线为下面两条,定位方式为路径曲线定位,应用。
图3.1
2:
点击桥接UV曲线网格,分别选择U、V曲线,通过特征匹配,边界,应用。
图3.2
3:
曲面显色操作,可得到如下图鼠标曲面。
图3.3
(2)Geomagic曲面重构
(1)点击精确曲面→编辑→编辑轮廓线,描出龙爪的特征线,点击确定。
下图所示:
图6.1
(1)点击构造曲面片命令→应用→确定,如图6.2所示。
图6.2
(2)点击构造栅格命令→应用→确定,如图6.3所示。
图6.3
(3)点击拟合曲面命令→应用→确定,即完成了龙爪的曲面构造,如图6.4所示。
图6.4
第四章:
点云拼接综合练习
4.1目的和意义
曲面重构是逆向工程的关键技术,重构的曲面质量很大程度上影响项目的精确性,因此曲面重构是逆向工程的重要基础。
4.2曲面重构的原理及实现流程
原理:
通过前期构造好的曲线来形成曲面。
实现流程:
曲线导入→曲面约束及拟合→着色→曲面方向的改变
4.3点云拼接综合练习及具体实现步骤
1:
导入两个点云片,对这两个点云进行拼接处理:
图4.1
2:
选择对齐——手动注册,模式选择n点注册,固定1,浮动2。
然后在在两个点云片上分别选择相同位置的点,点尽量分散。
然后点击确定,如下图
图4.2
图4.3
图4.4
3:
选择全局注册命令,数据按原始数据来处理,点击应用,确定。
完成点云如下图:
图4.5
图4.6
4:
点击合并命令,不更改设置参数,点击确定。
完成如下:
图4.7
4:
依次导入女神头像的其他点云片,通过重复如上操作,完成整个女神像的拼接。
最终拼接如下图:
图4.8
第五章:
点云数据修补综合练习
5.1目的和意义
点云修补是通过软件操作对获取的有残缺的点云进行有效地修补,实现整体的优化,因此点云修补是逆向工程的重要基础。
5.2曲面重构的原理及实现流程
原理:
修补工具对残缺的点云进行修补处理。
实现流程:
点云导入→填充单个孔命令→磨平操作→裁剪操作→填充单个孔命令
5.3点云拼接综合练习及具体实现步骤
1:
打开龙爪文件,如下图:
图5.1
2:
点击填充单个孔命令,选择曲率方式填充,然后选择各个缺口,缺口变成红色表示填充完成,如下图。
图5.2
图5.3
3:
完成各个部分的填充后,点击ESC退出,得到完整的点云数据,如下图:
图5.4
图5.5
4:
旋转爪子,发现底部不平,需要对底部进行磨平操作。
点击右侧椭圆选择工具,选择爪子底部区域,然后点击去除特征命令,完成地面的自动磨平操作,如下图:
图5.6
图5.7
6:
由于爪子上面部分不平,需要对爪子进行裁剪操作,选择裁剪命令,以三点创建一个平面,并将平面移到爪子上面部分,点击确定,完成裁剪。
得到如下图。
图5.8
图5.9
7:
选择填充命令,选择缺口边缘,即可填充上步裁剪得到的缺口,完成如下图:
图5.10
图5.11
图5.12
图5.13
8:
完成后得到一个完整的爪子,如下图:
图5.14
第六章总结与反思
这个学期学习了逆向的基本知识以及基础应用。
主要掌握两个软件:
IW和Geo。
这两款逆向建模软件原理上和操作上有着很大的不同。
在快速建模以及点云修复方面Geo优势较大,易于操作,高效快捷,缺点是建立的曲面精度不高,因此不能用于高精度的逆向建模工程。
IW精度更高,可以用来设计精度较高的工件,缺点是使用复杂,不易操作。
经过本科目的学习后,我对机械设计制造行业有了进一步的理解,了解了新的设计思路,为以后进一步学习做好了铺垫。
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- 逆向 工程 三维 建模 关键技术
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