汽車零部件掃描與逆向設計?知識

目標：1.

掌握復雜工業(yè)零件掃描策略的制定方法；2.

掌握手持式激光掃描儀的使用方法；3.

掌握Geomagic

Design

X軟件中面片草圖、拉伸、曲面偏移、圓形陣列等命令。?技能目標：1.

能夠正確使用手持式激光掃描儀；2.

能夠對手持式激光掃描儀進行標定；3.

能夠熟練使用手持式激光掃描儀完成復雜零件的數(shù)據(jù)采集；4.

能夠熟練應用Geomagic

Design

X軟件完成復雜件逆向設計?！緦W習目標】?某企業(yè)生產(chǎn)的汽車零件原型為一殼類鑄造件，形狀復雜，精度要求較高?，F(xiàn)生產(chǎn)企業(yè)需要在零件數(shù)字化模型的基礎上進行結構優(yōu)化與工藝優(yōu)化，為提高效率，決定采用逆向技術獲得基礎模型，即采用三維掃描進行數(shù)據(jù)采集，并利用逆向設計軟件完成逆向設計。掃描時要求保證整體數(shù)據(jù)完整，維持產(chǎn)品原貌，避免數(shù)據(jù)丟失或損壞，模型精度控制在±0.3mm

?！卷椖恳搿縧

1.

產(chǎn)品分析?掃描產(chǎn)品原型是典型的工業(yè)產(chǎn)品，灰色鑄鐵件，外形尺寸約為180mm，尺寸較大，細節(jié)特征較多，掃描時要求保證整體數(shù)據(jù)完整，保留產(chǎn)品原有細節(jié)特征，盡量避免數(shù)據(jù)丟失或損壞，因此在掃描時采取整體掃描方。【項目分析】案l

2.

掃描策略的制定?觀察后發(fā)現(xiàn)該產(chǎn)品原型為暗灰色，數(shù)據(jù)主要采集部分為鑄件內外表面，內部細節(jié)特征較多，且深度較大，為避免噴粉對產(chǎn)品表面

造成的影響，結合產(chǎn)品掃描要求，選擇手持式激光掃描儀進行掃

描，掃描儀產(chǎn)品如圖所示。該掃描儀重量輕、體積小、分辨率高，

被掃描產(chǎn)品表面無需進行噴粉處理也可完成數(shù)據(jù)采集，掃描精度

高、速度快、采集數(shù)據(jù)量大，可自動生成STL三角網(wǎng)格面，而且

掃描儀可隨時移動，操作方便，尤其適用于較大工業(yè)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)

采集，滿足本次掃描要求?！卷椖糠治觥咳蝿?1

數(shù)據(jù)采集02

逆向設計過程【項目實施】l

1.1

設備標定?按操作要求將手持式激光掃描儀連接。在數(shù)據(jù)采集前對掃描設備進行標定，使精度達到掃描要求。標定操作過程如圖所示。1.掃描前的準備工作l

1.1.2

標志點粘貼?為了得到完整的采集數(shù)據(jù)，需對鑄件表面進行標志點粘貼。粘貼標志點時，需注意以下幾點：1)

保證在掃描儀的單個掃描視野內，標志點的數(shù)量大于6個即可；2)

因零件表面不進行噴粉處理，所以移除標志點很困難，需注意盡量減少標志點的粘貼數(shù)量；3)

可根據(jù)零件大小調整標志點的間距，一般在

20

mm

到

100

mm

之間；4)

該掃描儀會自動完成標志點的填充，當軟件自動填充時會產(chǎn)出變形，粘貼標志點時需盡量遠離邊緣和細節(jié)特征區(qū)，不能把目標點貼在細節(jié)小于3mm的細節(jié)上

。1.1

掃描前的準備工作1.2

數(shù)據(jù)采集?掃描儀標定完成后，設置設備參數(shù)，如圖所示，按以下步驟進行掃描。l

1.2.1

外表面數(shù)據(jù)采集?按圖所示固定擺放零件，點擊掃描按鈕后開始掃描，掃描時手持掃描儀在距離頭像表面大約20cm的地方開始掃描，隨時觀察距離指示燈，顏色1.2

數(shù)據(jù)采集以綠色為宜。l

1.2.1

外表面數(shù)據(jù)采集?外表面數(shù)據(jù)采集完成后，采集數(shù)據(jù)如圖所示，將掃描文件另存為“掃描

1.stl”格式文件。1.2

數(shù)據(jù)采集l

1.2.2

內表面數(shù)據(jù)采集?翻轉零件，按圖所示固定擺放零件，點擊【添加掃描】，用掃描外表面

的方法完成內表面的數(shù)據(jù)采集，文件另存為“掃描2.stl”格式文件。?掃描完成獲得的數(shù)據(jù)分別為鑄件內、外表面，并沒有得到零件完整的采集數(shù)據(jù)，可以利用掃描儀操作軟件中的【合并掃描】完成內、外表面的數(shù)據(jù)合并。1.2

數(shù)據(jù)采集l

1.2.3

合并掃描?點擊【合并掃描】命令，選擇【手冊】校準模式，將外表面數(shù)據(jù)設為移動、內表面數(shù)據(jù)設為固定，如圖a所示；在相同特征區(qū)對應位置選取合并1.2

數(shù)據(jù)采集點，如圖b所示，點擊最佳擬合。(b)(

a

)?本次掃描方案選擇內外表面分開掃描的方式進行，通過合并的方式獲得整體數(shù)據(jù)；該鑄件也可整體掃描獲得，標志點粘貼方案稍作改動即可完成，方案僅供

參考。l

1.2.3

合并掃描?數(shù)據(jù)合并完成后，可的達到鑄件完整掃描數(shù)據(jù)，如圖所示。1.2

數(shù)據(jù)采集l

1.2.4

文件導出?數(shù)據(jù)掃描完成后，將整體數(shù)據(jù)導出，另存為“鑄件.STL”格式文件。1.2

數(shù)據(jù)采集?該件是精密鑄件，結構特征明顯，由鑄件主體、底座、加強筋及部分細節(jié)特征構成，每個部分都是規(guī)則幾何體，且有規(guī)律分布；在逆向設計過程中，可以應用Design

X軟件中的面片草圖、拉伸、回轉等命令完成各部分的實體設計，再通過剪切、圓形陣列、布爾運算等命令獲得整個實體輪廓。2

逆向設計過程l

2.1

打開文件打開Design

X軟件，選擇【插入】/【導入】命令，在彈出的對話框中選擇要導入的文件數(shù)據(jù)“鑄件.STL”,也可用鼠標直接將STL文件拖入窗口如圖所示。2

逆向設計過程l

2.1

對齊坐標系(1)

創(chuàng)建領域組

點擊【領域組】，選擇【延長至近似部位】，鼠標左鍵點擊區(qū)域1

，點擊【插入】；繼續(xù)選中區(qū)域2

，點擊【插入】創(chuàng)建領域組，2

逆向設計過程如圖所示。l

2.1

對齊坐標系(2)

回轉

點擊【回轉精靈】，選擇圖所示領域組，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.1

對齊坐標系(3)

追加參照平面

點擊【追加參照平面】,選擇領域組，如圖所示，創(chuàng)建2

逆向設計過程平面1

，點擊確定。l

2.1

對齊坐標系(4)

建立參照點

點擊【參照點】，選擇【相交線&面】，分別選擇所示中

心軸和平面1

，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.1

對齊坐標系(5)

繪制直線

點擊【參照平面】，選擇平面1

，以上一步得到的參照點為

原點，繪制兩條直線，約束水平和垂直，如圖所示。2

逆向設計過程l

2.1

對齊坐標系(6)

曲面拉伸

點擊【曲面拉伸】，選擇上圖中繪制的兩條直線，點擊確

定，如圖所示。2

逆向設計過程l

2.1

對齊坐標系(7)

對齊坐標系

點擊【手動對齊】，進入下一階段，移動方式選擇3-2-1，如圖所示，依次選擇平面1和拉伸曲面作為參考，單擊對勾完成坐標對齊，2

逆向設計過程點擊主視圖，如圖所示。l2.3

鑄件主體設計(1)

創(chuàng)建輪廓基準面1

點擊【面片草圖】，點擊上平面和平面作為【基準面】，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l2.3

鑄件主體設計(2)

繪制輪廓草圖1

點擊【直線】、【三點圓弧】、【圓角】等命令，繪制鑄件輪廓線，調整位置使繪制輪廓線與粉線重合，如圖所示，點擊【確

定】。2

逆向設計過程l2.3

鑄件主體設計(3)

參照線

點擊【追加參照線】，選擇方法為【2平面相交】，選擇圖所示兩個平面。2

逆向設計過程l2.3

鑄件主體設計(4)

回轉體

點擊【回轉】命令，選擇圖繪制曲線，【軸】選擇上一步建立的參照線，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l2.4

鑄件底座設計(1)

創(chuàng)建輪廓基準面2

點擊【面片草圖】

，點擊底座上表面作為【基準面】，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l2.4

鑄件底座設計(2)

繪制輪廓草圖2

點擊【圓】、【變換要素】、【剪切】等命令，繪制

輪廓線，調整位置使繪制輪廓線與粉線重合，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l2.4

鑄件底座設計(3)

拉伸

點擊【拉伸】命令，選擇輪廓草圖2

，拉伸【至曲面】，選擇圖所示底座底面，【結果運算】選擇【合并】，點擊【確定】。2

逆向設計過程l2.4

鑄件底座設計(4)

倒圓角

點擊【圓角】命令，選擇圖所示參數(shù)曲線，點擊【由面片估算半徑】，點擊【確定】。2

逆向設計過程l2.5

鑄件頂部設計(1)

創(chuàng)建輪廓基準面3

點擊【面片草圖】，點擊鑄件頂部上表面作為【基準面】，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l2.5

鑄件頂部設計(2)

繪制輪廓草圖3

點擊【圓】、【變換要素】、【剪切】等命令，繪制

輪廓線，調整位置使繪制輪廓線與粉線重合，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l2.5

鑄件頂部設計(3)

拉伸

點擊【拉伸】命令，選擇輪廓草圖3

，拉伸【至曲面】，選擇鑄件主體圓柱表面，如圖所示，【結果運算】選擇【合并】，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.6

特征部件一模型設計(1)

創(chuàng)建輪廓基準面4

點擊【追加參照平面】，選擇【多個點】，在特征部件一表面選擇多個點，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.6

特征部件一模型設計點擊【面片草圖】，選擇參照平面作為【基準面】，由基準面偏移的距離3mm

，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.6

特征部件一模型設計(2)

繪制輪廓草圖4

點擊【圓】、【圓弧】、【變換要素】、【剪切】等命令，繪制輪廓線，調整位置使繪制輪廓線與粉線重合，如圖所示，點擊2

逆向設計過程【確定】。l

2.6

特征部件一模型設計(3)

拉伸

點擊【拉伸】命令，選擇輪廓草圖3

，拉伸【至曲面】，選擇鑄件主體圓柱表面，如圖所示，【結果運算】選擇【合并】，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.6

特征部件一模型設計(4)

曲面偏移

點擊【曲面偏移】，選擇鑄件主體外表面，如圖所示，距

離選擇0

，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.6

特征部件一模型設計(5)

剪切

點擊【剪切】命令，【工具要素】選擇偏移面，【對象體】選擇凸起拉伸部分，【殘留體】選擇選擇如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.6

特征部件一模型設計(6)

布爾合并

點擊【布爾運算】，選擇【合并】，【工具要素】選擇側面凸起和鑄件主體，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.6

特征部件二模型設計創(chuàng)建輪廓基準面5

點擊【追加參照平面】，選擇【多個點】，在特征部件二表面選擇多個點，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.7

特征部件二模型設計點擊【面片草圖】，選擇參照平面作為【基準面】，由基準面偏移的距離3mm

，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.7

特征部件二模型設計(2)

繪制輪廓草圖5

點擊【圓】、【圓弧】、【變換要素】、【剪切】等命令，繪制輪廓線，調整位置使繪制輪廓線與粉線重合，如圖所示，點擊2

逆向設計過程【確定】。l

2.7

特征部件二模型設計(3)

拉伸

點擊【拉伸】命令，選擇輪廓草圖5

，拉伸距離21mm

，如圖所2

逆向設計過程示，【結果運算】選擇【剪切】，點擊【確定】。l

2.7

特征部件二模型設計再次點擊【拉伸】命令，選擇圖輪廓草圖3中的圓弧曲線，拉伸【至曲面】，選擇小平臺曲面，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.7

特征部件二模型設計(4)

曲面偏移

點擊【曲面偏移】，選擇鑄件主體內表面，如圖所示，距

離選擇0

，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.7

特征部件二模型設計(5)

剪切

點擊【剪切】命令，【工具要素】選擇偏移面，【對象體】選擇半圓柱拉伸部分，【殘留體】選擇選擇如圖10-44所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.7

特征部件二模型設計(6)

布爾合并

點擊【布爾運算】，選擇【合并】，【工具要素】選擇側面凸起和鑄件主體，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.8

特征部件三模型設計(1)

創(chuàng)建輪廓基準面6

點擊【追加參照平面】，選擇【多個點】，在特征

部件三表面選擇多個點，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.8

特征部件三模型設計點擊【面片草圖】，選擇參照平面作為【基準面】，由基準面偏移的距離1.8mm

，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.8

特征部件三模型設計(2)

繪制輪廓草圖6

點擊【圓弧】、【變換要素】、【剪切】等命令，繪

制輪廓線，調整位置使繪制輪廓線與粉線重合，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.8

特征部件三模型設計(3)

拉伸

點擊【拉伸】命令，選擇輪廓草圖6

，拉伸距離15mm

，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.8

特征部件三模型設計(4)

曲面偏移

點擊【曲面偏移】，選擇鑄件主體內表面，如圖所示，距

離選擇0

，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.8

特征部件三模型設計(4)

曲面偏移

點擊【曲面偏移】，選擇鑄件主體內表面，如圖所示，距

離選擇0

，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.8

特征部件三模型設計(5)

剪切

點擊【剪切】命令，【工具要素】選擇偏移面，【對象體】選擇輪廓6拉伸部分，【殘留體】選擇選擇如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.8

特征部件三模型設計(6)

布爾合并

點擊【布爾運算】，選擇【合并】，【工具要素】選擇特征3和鑄件主體，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.8

特征部件三模型設計再次點擊【拉伸】

，選擇草圖輪廓中的內圓，向內拉伸，拉伸距離30mm

，【結果運算】選擇【剪切】，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.9

特征部件四模型設計(1)

創(chuàng)建輪廓基準面7

點擊【追加參照平面】，選擇【多個點】，在特征

部件四表面選擇多個點，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.9

特征部件四模型設計(1)

創(chuàng)建輪廓基準面7

點擊【追加參照平面】，選擇【多個點】，在特征

部件四表面選擇多個點，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.9

特征部件四模型設計點擊【面片草圖】，選擇參照平面作為【基準面】，由基準面向下偏移的距離5mm

，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.9

特征部件四模型設計(2)

繪制輪廓草圖7

點擊【三點圓弧圓】、【變換要素】、【圓】等命令，繪制輪廓線，調整位置使繪制輪廓線與粉線重合，如圖所示，點擊【確2

逆向設計過程。定】l

2.9

特征部件四模型設計(2)

繪制輪廓草圖7

點擊【三點圓弧圓】、【變換要素】、【圓】等命令，繪制輪廓線，調整位置使繪制輪廓線與粉線重合，如圖所示，點擊【確2

逆向設計過程。定】l

2.9

特征部件四模型設計(3)

拉伸

點擊【拉伸】命令，選擇輪廓草圖5

，向下拉伸距離24mm

，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.9

特征部件四模型設計(4)

曲面偏移

點擊【曲面偏移】，選擇鑄件內地面，如圖所示，距離選

擇0

，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.9

特征部件四模型設計(5)

剪切

點擊【剪切】命令，【工具要素】選擇偏移面，【對象體】選擇拉伸體部分，【殘留體】選擇選擇如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.9

特征部件四模型設計(6)

布爾合并

點擊【布爾運算】，選擇【合并】，【工具要素】選擇拉伸體和鑄件主體，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.10

特征部件五模型設計(1)

創(chuàng)建輪廓基準面8

點擊【面片草圖】，點擊鑄件底面作為【基準面】，如圖10-61所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.10

特征部件五模型設計(2)

繪制輪廓草圖8

點擊【圓】、【三點圓弧】、【剪切】等命令，繪制

輪廓線，調整位置使繪制輪廓線與粉線重合，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.10

特征部件五模型設計(3)

拉伸

點擊【拉伸】命令，選擇輪廓草圖8

，向下拉伸距離20mm

，如圖所示，【結果運算】選擇【合并】，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.10

特征部件五模型設計再次點擊【拉伸】，選擇草圖輪廓8中的曲線，向下拉伸20mm

，如圖所示，【結果運算】選擇【剪切】，點擊【確定】。2

逆向設計過程l2.11

特征部件六模型設計(1)

創(chuàng)建領域組

點擊【領域組】，選擇【延長至近似部位】，鼠標左鍵

點擊區(qū)域1

，點擊【插入】；繼續(xù)選中區(qū)域2

，點擊【插入】創(chuàng)建領域組，

相同操作完成其余領域，如圖所示。2

逆向設計過程l2.11

特征部件六模型設計(2)

回轉

點擊【回轉精靈】，對圖所示領域組分別進行回轉操作，點擊2

逆向設計過程【確定】。l

2.12

特征部件七模型設計(1)

創(chuàng)建參考基準面9

點擊【面片草圖】，點擊鑄件底座上表面作為【基準面】，向上偏移距離37.5mm

，如圖10-67所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.12

特征部件七模型設計(2)

繪制直線

點擊【直線】命令，從圓心開始繪制兩條直線，使其平分

加強筋，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.12

特征部件七模型設計(3)

曲面拉伸

點擊【曲面拉伸】

，選擇輪廓草圖中繪制的兩條直線，【拉伸距離】12.5mm

，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.12

特征部件七模型設計(4)

創(chuàng)建輪廓基準面10

點擊【面片草圖】，選擇曲面拉伸2作為基準面，偏移距離0mm

，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.12

特征部件七模型設計(5)

繪制輪廓草圖9

點擊【直線】、【三點圓弧】、【圓角】等命令，繪制鑄件輪廓線，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.12

特征部件七模型設計(6)

拉伸

點擊【拉伸】，選擇輪廓草圖，正、反方向均拉伸距離1.5mm，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.12

特征部件七模型設計(7)

倒圓角

點擊【圓角】命令，半徑選擇2mm

，選擇上一步拉伸體邊緣，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.12

特征部件七模型設計(8)

圓形陣列

點擊【圓形陣列】命令，【回轉軸】選擇鑄件軸線，【要素】選擇2

，【交差角】為90°，如圖所示，點擊確定。2

逆向設計過程l

2.12

特征部件七模型設計繼續(xù)點擊【圓形陣列】，【回轉軸】選擇鑄件軸線，【要素】選擇2，【交差角】為180°，如圖所示，點擊確定。2

逆向設計過程l

2.12

特征部件七模型設計繼續(xù)點擊【圓形陣列】，【回轉軸】選擇鑄件軸線，【要素】選擇2，【交差角】為270°，如圖所示，點擊確定。2

逆向設計過程l

2.12

特征部件七模型設計繼續(xù)點擊【圓形陣列】，【回轉軸】選擇鑄件軸線，【要素】選擇2，【交差角】為125.5°，如圖所示，點擊確定。2

逆向設計過程l

2.12

特征部件七模型設計(9)

布爾合并

點擊【布爾運算】，【操作方法】選擇【合并】，選擇鑄

件主體和各陣列特診，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.13

特征部件八模型設計(1)

創(chuàng)建輪廓基準面11

點擊【面片草圖】，選擇曲面拉伸1作為基準面，偏移距離0mm

，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.13

特征部件八模型設計(2)

繪制輪廓草圖10

點擊【直線】、【剪切】等命令，繪制輪廓線，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.13

特征部件八模型設計(3)

拉伸

點擊【拉伸】命令，選擇輪廓草圖10中曲面，正、反方向拉伸距離均為1.5mm

，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.13

特征部件八模型設計(4)

倒圓角

點擊【圓角】命令，選擇【固定圓角】，半徑輸入1.5mm，選擇拉伸體各邊緣，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.13

特征部件八模型設計(5)

圓形陣列

繼續(xù)點擊【圓形陣列】，【回轉軸】選擇鑄件軸線，【要素】選擇2

，【交差角】為55°，如圖所示，點擊確定。2

逆向設計過程l

2.13

特征部件八模型設計繼續(xù)點擊【圓形陣列】，【回轉軸】選擇鑄件軸線，調整參數(shù)后按上述步驟完成其他陣列，如圖所示，點擊確定。2

逆向設計過程l

2.13

特征部件八模型設計(6)

布爾合并

點擊【布爾運算】，【操作方法】選擇【合并】，選擇鑄

件主體和各陣列特診，如圖所示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.13

特征部件八模型設計(7)

曲面偏移

點擊【曲面偏移】，選擇鑄件內表面，距離選擇0

，如圖所

示，點擊【確定】。2

逆向設計過程l

2.13

特征部件八模型設計(8)

剪切

點擊【剪切】命令，【工具要素】選擇偏移面，【對象體】選擇拉伸體部分，【殘留體】選擇選擇如圖所示，點擊【確定】。2