基于Geomagic的复杂曲面的反求设计及NC仿真加工

    随着计算机技术在制造领域的广泛应用，基于数据测量的产品造型技术成为逆向工程技术关注的主要对象。通过数字化测量设备（如坐标测量机、激光测量设备等）获取物体表面的空间数据，经过逆向工程技术的处理获得产品的数字模型，进而输送到CAM系统完成产品的制造。逆向工程已经作为一种先进的设计方法被引入到新产品的设计开发工作中，以避开艰苦的原型设计阶段，是一个对产品进行再设计的阶段。

1、曲面的三坐标测量

    在逆向工程技术中，获得重构CAD模型的离散数据，即数字化技术是关键的一步。只有获得正确的测量数据，才能进行误差分析和曲面比较，实现CAD建模。数据的采集是指采用某种测量方法和设备测出实物各表面的若干组点的几何坐标，可以有多种方式进行数据采集。传统方法就是以三坐标测量机(CMM)为代表的接触式，也是实际工程中常用的方式，精度相对精确，但易于损伤测头和划伤被测零件的表面。非接触式自动测量模式是不与工件表面接触而自动测量表面的一种测量模式。采用光电法的非接触式测量方法的特点是测量过程中测头不接触被测表面，避免了接触式测量中测头或被测表面的损伤和测头半径的补偿测量速度快、自动化程度高，适用于各种软、硬材料的各种复杂曲面模型的三维高速测量。

2、基于Geomagic的复杂曲面的模型重建

    Geomagic Studio是由美国3D Systems公司研发的逆向工程应用软件，它以先进的数学模型、曲面构造理论为基础，可从扫描所得的点云数据创建出多边形模型和网格，并可自动转换为NURBS曲面。Geomagic Studio提供了直接点构面的全新的构面方式，改变了传统的点→线→面的构面方式。下面以小猫曲面点云（图1）的CAD重建为例，来说明Geomagic的处理过程。Geomagic软件的一般工作流程主要包括以下3个阶段：

图1 小猫曲面点云数

    （1）点阶段（Point Phase）。这个阶段为点云数据的预处理阶段。利用点云处理功能如降噪特性以及编辑和过滤工具，实现点云到多边形阶段的过渡，实现小猫数字模型的优化。处理完成后，即可进入多边形阶段，数据格式也由离散数据点转换为多边形格式（图2）。

图2 多边形阶段

    （2）多边形阶段（Polygon Phase）。这一阶段主要是对多边形网格数据进行表面光顺与优化处理，以提高后续的曲面重建质量。利用多边形编辑（polygon editing）、基于曲率的孔填充（curvature hole filling）、光顺（relax）、边界修补（boundary repair）、特征构建（feature creation） 等多边形几何再造功能实现小猫曲面因为扫描而出现的缺憾。