軸座外形掃描與逆向設計?知識

目標：1.

掌握Geomagic

Wrap軟件的數據對齊方法；

2.

掌握Geomagic

Design

X軟件自動分割點云領域的方法；

3.

掌握基于面片草圖構造實體的基本方法。?技能目標：1.

能夠合理制定掃描方案；2.

熟練使用白光雙目掃描儀完成數據采集；3.

能夠應用Geomagic

Wrap手動注冊命令完成點云合并；

4.

熟練應用Geomagic

Design

X軟件完成規(guī)則模型特征設計。【學習目標】?

某企業(yè)車間數控加工件圖紙丟失，要求結合逆向工程技術，在不破壞原產品的情況下對其進行數據采集，并將逆向設計后的零件進行制造加工，加工成品要求精度控【項目引入】制在±0.1mm

，內外表面光潔。l

1.

產品分析?掃描產品原型為數控加工件，如圖5-1所示，外形尺寸約為90mm

，體積不大，

自帶金屬光澤，表面精度高，結構復雜，正反面均有細節(jié)特征，掃描時要求保證數據完整，保留產品原有特征，點云分布規(guī)整平滑。?結合產品設計要求，選用天遠OKO系列白光掃描儀，該掃描儀掃描精度高、速度快、采集數據量大，尤其適用于小件物品的數據采集，可實時顯示攝像機的圖像和得到的三維數據結果。【項目分析】l

2.

掃描策略的制定?(1)

表面分析

觀察后發(fā)現(xiàn)該產品原型自帶金屬光澤，極易反光，不利于數據的采集，因此需對原型表面進行噴粉處理；?(2)

結構分析

零件整體由圓柱、內孔、凹槽、底部內凹圓弧等規(guī)則形狀組成，需要經過多角度、多范圍的多次掃描，才能完成零件完整數據的采集，因此選擇標志點拼接模式，以實現(xiàn)多次掃描數據的坐標系統(tǒng)一；?(3)

策略制定

零件側面與上下面垂直，而且面積較小，不利于實現(xiàn)整體翻轉掃描，

因此選擇分別掃描上、下表面數據，用側面做公共區(qū)域，利用Geomagic

Wrap軟件

中的對齊命令將上、下掃描數據拼接，獲得整體數據?！卷椖糠治觥?102任務【項目實施】數據采集數據處理03

數據應用l

1.1.1

噴粉?在噴粉時，噴粉距離約為30cm左右，如圖5-2所示。在滿足掃描要求的前提下盡可能薄且均勻，顯像劑噴灑過多，會造成物體厚度疊加，影響掃描精度。噴粉后的零件如圖所示。1.1

掃描前的準備工作l

1.1.2

標志點粘貼?掃描零件特征較多，且需多次移動并改變掃描角度，因此選擇把標志點粘貼在零件表面，這樣有利于在掃描過程中隨時移動零件，保證數據的完整性。由于零件表面積不大，依照項目三中的標志點粘貼原則，本次掃描時標志點粘貼方式如圖5-4所示，供大家參考。1.1

掃描前的準備工作l

1.2.1

設備調整?(1)

視場對齊

數據掃描前需將掃描儀進行精度校準，校準方式參考項目一、

任務二中設備標定步驟，當精度達標時，將零件放置在轉盤上，調整掃描儀

角度和位置，確保轉盤和零件在掃描儀十字中間，旋轉轉盤一周，觀察軟件

實時顯示區(qū)，保證能夠看到零件整體，如圖所示。?(2)

參數調節(jié)

觀察實時顯示區(qū)域中零件的亮度，在軟件中設置相應的相機

曝光值和增益值，可根據環(huán)境適當調整，以零件不反光為宜。1.2

數據采集l

1.2.2

零件掃描?調整好位置和設備參數后，按以下步驟進行掃描。(1)

上表面數據采集

按圖5-6所示固定擺放零件，點擊掃描按鈕后開始掃描，每掃描一次將工作臺旋轉一定角度，直至整個上表面數據采集完畢。在掃描過程中，需實時觀察掃描數據的完整性，及時調整零件擺放角度，對缺失數據的部位有針對的進行掃描，使掃描數據盡量完整。掃描完成后，選擇保存路徑，將掃描點云數據另存為“ceshijian1.asc”格式文件。

1.2

數據采集l

1.2.2

零件掃描(2)

下表面數據采集

將零件上下表面翻轉，固定擺放如圖5-7所示，點擊掃描按鈕開始掃描

，按照上表面的掃描方法完成數據的采集過程

，并將點云數據另存為

“ceshijian2.asc”格式文件。1.2

數據采集l

1.2.2

零件掃描上、下表面點云數據采集完成后，需要應用Geomagic

Wrap軟件將兩部分數據拼合成整體，并將掃描雜點去除，填充粘貼標志點形成的孔洞，形成封閉完整的零件數據。1.2

數據采集?應用Wrap軟件將掃描雜點去除，完成數據封裝，獲得多邊形數據。1.

打開文件打開Wrap軟件，用鼠標將ceshijian1.asc的文件拖入界面，選擇比率

(100%)

和單位

(mm)

，進入軟件界面，如圖所示。2.1

點云階段數據處理2.去除雜點(1)

著色

點擊【著色】下拉菜單“著色點”命令

，點云數據由黑色變成綠色。(2)

刪除非連接項

點擊【選擇】下拉菜單“非連接項”命令

，出現(xiàn)如圖所示對話框，根據點云數據的完整性選擇合適數值，

以不改變零件特征為宜，本次選擇“低”分割和尺寸“5.0”

，點擊【確定】將數據中的非連接項2.1

點云階段數據處理刪除。(3)

刪除體外孤點

點擊【選擇】下拉菜單“體外孤點”命令，出現(xiàn)如圖所示對話框，

以刪除較多雜點為目標，合理調整敏感度值；本次選擇敏感

度“85”

，點擊【確定】，將點云中選中雜點刪除。(4)

減少噪音

點擊【減少噪音】命令

，出現(xiàn)如圖所示對話框，點擊【確

定】去除點云中的噪音點，完成數據如圖所示。2.1

點云階段數據處理3.封裝點云數據點擊【封裝】命令

，出現(xiàn)如圖所示對話框，選擇自動降低噪音，

勾選最大三角形數量，點擊【確定】，數據由點云轉換為多邊形界面，如圖所2.1

點云階段數據處理。示4.處理下表面文件點擊【文件/導入】

，選擇ceshijian2

.

asc,設置比率

(100%)

和單位(mm)

，進入軟件界面，用相同的操作步驟將下表面數據進行處理，結果

如圖5-14所示。2.1

點云階段數據處理?應用Wrap軟件【手動注冊】命令將上、下表面數據拼合成整體，【填充孔】命令完成孔洞填補，【刪除釘狀物】、【去除特征】等命令光順零

件表面。1.數據拼合(1)

手動注冊

按住shift

鍵，用鼠標左鍵在左側管理器中選中文件1和2，點擊【手動注冊】命令，出現(xiàn)如圖所示對話框，選擇n

點注冊，在【定義集

合】對話框里將文件1選為固定，文件2選為浮動，如圖所示。2.2

多邊形階段數據處理(2)

公共區(qū)中選擇重合點

調整視圖角度，確定重合區(qū)域，依次在固定、浮動重合區(qū)相同的位置選擇點作為拼合依據，如圖所示。選擇點位置越精

確，數量越多，拼合精度越高。2.2

多邊形階段數據處理(3)

數據對齊

當兩組數據實現(xiàn)完全對齊后，點擊【注冊器】，讓軟件自行運算，完成數據對齊，如圖所示。2.2

多邊形階段數據處理(4)

合并

對齊后的數據出現(xiàn)裂紋和重疊，點擊【合并】命令，設置參數如圖所示，完成數據對齊后如圖所示。2.2

多邊形階段數據處理2.填充孔洞(1)

填充內部孔

點擊【填充單個孔】命令，選擇【曲率/內部孔】，將數據中的部分空洞填充，如圖所示。2.2

多邊形階段數據處理(2)

填充邊界孔

點擊【填充單個孔】命令，選擇【平面/邊界孔】，將數據中的其它孔洞填充；也可結合【切線】、【搭橋】選項，在不改變原有

特征的情況下合理搭配使用完成對孔洞的填充，如圖所示。2.2

多邊形階段數據處理填充孔3.平滑曲面(1)

刪除釘狀物

使用【刪除釘狀物】命令，將多邊形網格中的中的單點尖峰展開，如圖所示；2.2

多邊形階段數據處理刪除訂狀物(2)

松弛網格

使用【松弛】命令處理緊皺網格，如圖

(a

)

；使用【砂紙】命令使多邊形網格更平滑，如圖

(b)

所示。2.2

多邊形階段數據處理(b)

砂紙打磨網格(a

)

松弛網格(3)

去除特征

使用【去除特征】命令將凸起部分數據處理平滑，平滑前后如圖所示。2.2

多邊形階段數據處理4.保存文件將處理好的數據另存為“jiagongjian.stl”格式文件。?該零件是典型的機加件，由很多規(guī)則幾何體組合而成，具有明顯的特征。

在逆向設計過程中，可以利用Design

X軟件中的面片草圖、拉伸、幾何

特征等命令完成各規(guī)則體的實體設計，再通過布爾運算獲得整個實體輪廓，便于后期數控編程加工。?下面講述逆向設計的詳細步驟。2.3

逆向設計過程l

2.3.1

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據“軸座.stl”

，也可用鼠標直接將STL文件拖入窗口，

點云導入后的界面，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.2

領域組劃分(1)

自動劃分領域組

單擊【領域組】按鈕，彈出對話框，調整敏感度

【65】，以個部件區(qū)域劃分合理明顯為宜，單擊

按鈕，完成領域自動分割，2.3

逆向設計過程如圖所示。l

2.3.3

建立坐標系(1)

建立參照平面

單擊【插入】下拉菜單中的【參照幾何形狀】，選擇

【平面】，點擊領域組創(chuàng)建平面1

，點擊領域組創(chuàng)建平面2

，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.3

建立坐標系(2)

對齊坐標系

單擊【手動對齊】按鈕

，點擊

進入下一階段，【移動方式】選擇【3-2-1】，如圖

(a

)

所示，依次選擇平面1和平面2作為參考，

單擊對勾完成坐標對齊，如圖

(b)

所示。2.3

逆向設計過程(b)(

a

)l

2.3.4

部件一模型設計(1)

創(chuàng)建草圖基準面

點擊【面片草圖】，選擇平面1作為基準面，由基

準面向下偏移距離3-5mm

，使部件一的輪廓完全呈現(xiàn)即可，如圖

(a

)

所示，

單擊【確定】按鈕，完成后如圖

(b)

所示。2.3

逆向設計過程(a

)

(b)l

2.3.4

部件一模型設計(2)

繪制部件一輪廓草圖

點擊【直線】命令

，分別選擇草圖中的直線，完成直線繪制；點擊【圓角】，調整圓角大小，直到繪制輪廓線與粉線重

合，再利用【剪切/相交剪切】命令完成輪廓線兩兩相交，保證輪廓閉合，

如圖所示，點擊確定。2.3

逆向設計過程l

2.3.4

部件一模型設計(3)

拉伸

點擊【拉伸】，選擇之前繪制的草圖，長度【至領域】，左鍵選擇部件一底面領域確定拉伸高度，點擊【確定】，如圖

(a

)

所示；再次

選擇之前繪制草圖中的圓進行拉伸，長度【至領域】

，確定圓柱高度，點

擊【確定】，如圖

(b)

所示。2.3

逆向設計過程(a

)

(b)l

2.3.5

部件二模型設計(1)

創(chuàng)建草圖基準面

點擊【面片草圖】，選擇圓角上平面作為基準面，

偏移的距離0mm

，如圖

(a

)

所示，單擊【確定】按鈕，完成后如圖

(b)

所示。2.3

逆向設計過程(a

)

(b)l

2.3.5

部件二模型設計(2)

繪制草圖

點擊【圓】命令，繪制圓；點擊【三點圓弧】，調整圓弧

位置使繪制輪廓線與粉線重合；點擊【圓弧】命令，使繪制輪廓線與圓角

輪廓如圖所示，點擊【確定】。2.3

逆向設計過程l

2.3.5

部件二模型設計(3)

拉伸輪廓

點擊【拉伸】，選擇部件二草圖，選擇圓角輪廓拉伸，長度【至領域】，點擊【確定】，如圖

(a

)

所示。繼續(xù)選擇圓柱形狀拉伸，

長度【至領域】，確定拉伸高度領域，點擊【確定】，如圖

(b)

所示。2.3

逆向設計過程(b)(

a

)l

2.3.6

部件三模型設計(1)

創(chuàng)建草圖基準面

點擊【面片草圖】，選擇部件三上表面作為基準面，向下偏移3-5mm

，如圖

(a

)

所示，單擊【確定】按鈕，完成后如圖

(b)

所示。2.3

逆向設計過程(a

)

(b)l

2.3.6

部件三模型設計(2)

繪制部件三輪廓草圖

點擊【直線】命令

，繪制輪廓直線；點擊【三

點圓弧】

，繪制圓角，使繪制輪廓線與粉線重合，如圖所示，點擊【確

定】。2.3

逆向設計過程l

2.3.6

部件三模型設計(3)

拉伸輪廓

點擊【拉伸】，選擇部件三草圖，長度【至領域】，確定

部件拉伸高度，點擊【確定】，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.7

部件四模型設計(1)

創(chuàng)建草圖基準面

點擊【面片草圖】，選擇部件四上表面作為基準面，

向下偏移2mm

，如圖

(a

)

所示，單擊【確定】按鈕，完成后如圖

(b)

所

示。2.3

逆向設計過程(a

)

(b)l

2.3.7

部件四模型設計(2)

繪制部件四輪廓草圖

點擊【直線】命令

，繪制直線；點擊【三點圓

弧】，繪制圓角，使繪制輪廓線與粉線重合，如圖所示，點擊【確定】。2.3

逆向設計過程l

2.3.7

部件四模型設計(3)

拉伸輪廓

點擊【拉伸】，選擇部件四輪廓草圖，長度【至領域】，

確定部件拉伸高度，點擊【確定】，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.8

部件五模型設計(1)

創(chuàng)建草圖基準面

點擊【面片草圖】，選擇部件五上表面作為基準面，

向下偏移2mm

，如圖

(a

)

所示，單擊【確定】按鈕，完成后如圖

(b)

所

示。2.3

逆向設計過程(a

)

(b)l

2.3.8

部件五模型設計(2)

繪制部件五輪廓草圖

點擊【直線】命令

，繪制直線；點擊【三點圓

弧】，繪制圓角，使繪制輪廓線與粉線重合，如圖所示，點擊【確定】。2.3

逆向設計過程l

2.3.8

部件五模型設計(3)

拉伸輪廓

點擊【拉伸】，選擇部件五輪廓草圖，長度【至領域】，

確定拉伸高度，點擊【確定】，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.9

部件六模型設計(1)

創(chuàng)建草圖基準面

點擊【面片草圖】，選擇部件六上表面作為基準面，

向下偏移20mm

，如圖

(a

)

所示，單擊【確定】按鈕，完成后如圖

(b)

所

示。2.3

逆向設計過程(a

)

(b)l

2.3.9

部件六模型設計(2)

繪制部件六輪廓草圖

點擊【直線】命令

，繪制直線；點擊【三點圓弧】，繪制圓角，使繪制輪廓線與粉線重合，如圖所示，點擊確定。2.3

逆向設計過程l

2.3.9

部件六模型設計(3)

拉伸輪廓

點擊【拉伸】，選擇部件六輪廓草圖，長度【至領域】，

確定部件拉伸高度，點擊【確定】，如圖

(a

)

所示；繼續(xù)選擇部件草圖中

U形輪廓，長度【至領域】，點擊【確定】，如圖

(b)

所示。2.3

逆向設計過程(a

)

(b)l

2.3.10

部件七模型設計(1)

創(chuàng)建草圖基準面

點擊【面片草圖】，繼續(xù)選擇部件六上表面作為基

準面，偏移距離0mm

，如圖

(a

)

所示，單擊【確定】按鈕，完成后如圖2.3

逆向設計過程(b)

所示。(b)(

a

)l

2.3.10

部件七模型設計(2)

繪制部件七輪廓草圖

點擊【圓弧】命令，繪制圓弧，使繪制輪廓線

與粉線重合，如圖所示，點擊【確定】。2.3

逆向設計過程l

2.3.10

部件七模型設計(3)

拉伸輪廓

點擊【拉伸】，選擇部件七輪廓草圖，長度【至領域】，確定拉伸高度，點擊【確定】，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.11

部件八模型設計(1)

創(chuàng)建草圖基準面

點擊【面片草圖】，選擇部件六上表面作為基準面，

向下偏移距離4mm

，如圖

(a

)

所示，單擊【確定】按鈕，完成后如圖

(b)2.3

逆向設計過程所示。(b)(

a

)l

2.3.11

部件八模型設計(2)

繪制部件八輪廓草圖

點擊【圓弧】命令，繪制圓角，使繪制輪廓線

與粉線重合，如圖所示，點擊【確定】。2.3

逆向設計過程l

2.3.11

部件八模型設計(3)

拉伸輪廓

點擊【拉伸】，選擇部件八輪廓草圖，長度【至領域】，

確定拉伸高度，點擊【確定】，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.12

部件九模型設計(1)

創(chuàng)建草圖基準面

點擊【面片草圖】，選擇部件部件六上表面作為基

準面，向下偏移距離1.5mm

，如圖

(a

)

所示，單擊【確定】按鈕，完成后2.3

逆向設計過程如圖

(b)

所示。(b)(

a

)l

2.3.12

部件九模型設計(2)

繪制部件九輪廓草圖

點擊【直線】命令

，繪制輪廓直線；點擊【三

角

圓弧】

，繪制圓角，使繪制輪廓線與粉線重合，如圖所示，點擊【確

定】。2.3

逆向設計過程l

2.3.12

部件九模型設計(3)

拉伸輪廓

點擊【拉伸】，選擇部件九輪廓草圖中正方形區(qū)域，長度【至領域】，結果運算選擇【剪切】，點擊【確定】，如圖

(a

)

所示；繼續(xù)選擇草圖中另一部分形狀拉伸，長度【至領域】

，結果運算選擇【剪

切】，點擊【確定】，如圖

(b)

所示。2.3

逆向設計過程(a

)

(b)l

2.3.13

部件十模型設計(1)

創(chuàng)建草圖基準面

點擊【面片草圖】，選擇與部件九相同的基準面，

向下偏移距離5mm

，如圖

(a

)

所示，單擊【確定】按鈕，完成后如圖

(b)2.3

逆向設計過程所示。(b)(

a

)l

2.3.13

部件十模型設計(2)

繪制部件十輪廓草圖

點擊【圓弧】命令，繪制圓角，使繪制輪廓線

與粉線重合，如圖所示，點擊【確定】。2.3

逆向設計過程l

2.3.13

部件十模型設計(3)

拉伸輪廓

點擊【拉伸】

，選擇部件十輪廓草圖，長度距離13mm，結果運算選擇【剪切】，點擊【確定】，如圖所示。2.3

逆向設計過程零件上表面特征繪制完成，翻轉零件，用相同的繪制方法繪制反面特征。l

2.3.14

部件十一模型設計(1)

創(chuàng)建草圖基準面

點擊【面片草圖】，選擇零件下表面作為基準面，

向下偏移距離5mm

，如圖

(a

)

所示，單擊【確定】按鈕，完成后如圖

(b)2.3

逆向設計過程所示。(b)(

a

)l

2.3.14

部件十一模型設計(2)

繪制部件十一輪廓草圖

點擊【直線】命令

，繪制直線；點擊【三角

圓弧】，繪制圓角，使繪制輪廓線與粉線重合，如圖所示，點擊【確定】。2.3

逆向設計過程l

2.3.14

部件十一模型設計(3)

拉伸輪廓

點擊【拉伸】，選擇部件十輪廓草圖擇十字形形狀拉伸，長度【至領域】，結果運算選擇【剪切】，點擊【確定】，如圖

(a

)

所示。

繼續(xù)選擇草圖中的圓柱形狀拉伸，長度【至領域】

，結果運算選擇【剪

切】，點擊【確定】，如圖

(b)

所示。2.3

逆向設計過程(b)(

a

)l

2.3.15

部件十二模型設計(1)

創(chuàng)建基準面草圖

點擊【面片草圖】

后偏移距離10mm

，如圖

(a

)

所示，單擊

所示。2.3

逆向設計過程，選擇零件側面作為基準面，向【確定】按鈕，完成后如圖

(b)(b)(

a

)l

2.3.15

部件十二模型設計(2)

繪制部件十二輪廓草圖

點擊【直線】命令

，繪制直線；點擊【三角

圓弧】，繪制圓角，使繪制輪廓線與粉線重合，如圖所示，點擊【確定】。2.3

逆向設計過程l

2.3.15

部件十二模型設計(3)

拉伸輪廓

點擊【拉伸】，選擇部件十二輪廓草圖，長度【至領域】，

確定拉伸長度，點擊【確定】，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.16

倒圓角選擇“圓角”命令，選擇圖中所示1條直線，圓角半徑為6.2

，點擊確定。2.3

逆向設計過程l

2.3.16

倒圓角繼續(xù)點擊“圓角”命令，畫出各個部分的圓角，得到最終模型，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.17

誤差分析在【Accuracy

Analyzer(TM)】面板的【類型】選項組中選中【偏差】單選按鈕，顯示曲面與網格

(三角面片)

之間的誤差，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.18

文件輸出有了逆向設計完成后的實體模型，就可以應用數控加工技術對其進行加工制造了。為了保證零件在軟件間的通用性，我們將其輸出為【

stp】格

式。在菜單欄中點擊【文件/輸出】，選擇零件為輸出要素，如圖所示，單擊【確定】按鈕，選擇文件的保存路徑及格式，文件命名為【加工件】，2.3

逆向設計過程點擊保存。l

3.1

打開文件打開UG軟件，選擇【文件/打開】命令，在彈出的對話框中選擇要打開

的文件數據，如圖5-68所示。3.

數據應用l

3.2

毛胚準備(1)

創(chuàng)建草圖點擊【草圖】命令，選擇底平面為基準平面如圖5-69

(a

)

所示，單擊

【確定】完成草圖創(chuàng)建，如圖

(b)

所示?；鶞拭?/p>

(a

)

(b)3.

數據應用l

3.2

毛胚準備(2)

創(chuàng)建毛坯輪廓線點擊【矩形】命令，創(chuàng)建一個120*120的正方形，點擊【約束】命令，

使草圖完全約束如圖5-70所示。3.

數據應用l

3.2

毛胚準備(3)

拉伸毛坯點擊【拉伸】命令，選擇上一步繪制的毛坯輪廓線，拉伸距離起始點

為-8

，終止點為42

，【布爾運算】選擇【無】，點擊【確定】如圖5-71所示。3.

數據應用l

3.2

毛胚準備(4)

編輯毛坯顏色點擊【菜單/編輯/對象顯示】命令，如圖(a)所示，點擊毛坯，顏色調成

藍色，透明度調整為60-70之間，點擊【確定】，如圖

(b)

所示。3.

數據應用(a

)

(a

)l

3.3

粗加工(1)

進入加工模塊點擊【應用模塊/加工】命令，進入加工界面，如圖所示所示。3.

數據應用l

3.3

粗加工(2)

建立加工坐標系點擊【工序導航器】，右鍵點擊進入幾何視圖，如圖

(a

)

所示，點擊

命令，指定工件上表面左下角為加工坐標點擊【確定】，如圖

(b)

所示。3.

數據應用(a

)

(b)l

3.3

粗加工(3)

創(chuàng)建工序點擊【創(chuàng)建工序