逆向設計與3D打印案例教程（第2版）課件：萬向連接器零件掃描與逆向設計

萬向連接器零件掃描與逆向設計?知識

目標：1.

掌握Geomagic

Design

X軟件中特征分區(qū)構(gòu)建的基本功能；

2.

掌握Geomagic

Design

X軟件中面片草圖、幾何特征等命令。?技能目標：1.

能夠熟練使用白光雙目掃描儀完成數(shù)據(jù)采集；

2.

能夠熟練應用Geomagic

Wrap軟件進行數(shù)據(jù)填補；

3.

能夠熟練應用Geomagic

Design

X軟件完成零件逆向設計?！緦W習目標】?某汽車萬向聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)件出現(xiàn)破損現(xiàn)象，需要更換，但原廠產(chǎn)品已下線，要求結(jié)合逆向工程技術，在不破壞原產(chǎn)品的情況下對其進行數(shù)據(jù)采集，并將逆向設計后的零件進行制造加工，要求模型結(jié)構(gòu)設計合理，精度控制在±0.1mm

，內(nèi)外表面光潔?！卷椖恳搿縧

1.

產(chǎn)品分析?掃描產(chǎn)品原型為鑄鐵件，結(jié)構(gòu)對稱，正反面均有細節(jié)特征，掃描時要求保證整體數(shù)據(jù)完整，保留產(chǎn)品原有特征，點云分布規(guī)整平滑，因此在掃描時采取整體掃描方案。【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(chǎn)品原型呈暗褐色，不利于數(shù)據(jù)的采集，因此需對原型表面進行噴粉處理；?(2)

策略制定

零件整體由兩側(cè)連接環(huán)、圓弧上表面、底部內(nèi)凹圓弧等特征組成，需要經(jīng)過多角度、多范圍的多次掃描，才能完成零件完整數(shù)據(jù)的采集，因此選擇在零件正反面都粘貼標志點，并利用中間圓弧表面粘貼標志點完成整體數(shù)據(jù)采集；?(3)

轉(zhuǎn)臺選擇

考慮零件本身體積較小，可粘貼標志點的表面較少，因此借助工作轉(zhuǎn)盤，應在轉(zhuǎn)盤上粘貼相應數(shù)量的標志點，使得掃描過程既穩(wěn)定又節(jié)省時間，也能減少零件表面標志點的粘貼數(shù)量?！卷椖糠治觥咳蝿铡卷椖繉嵤繑?shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)處理0102l

1.1.1

噴粉?該產(chǎn)品為黑色鑄鐵件，在不噴粉的狀態(tài)下很難直接進行掃描，所以選擇在零件表面噴涂薄薄的顯像劑。噴粉原則參照項目三，噴粉過程如圖所示，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?為了得到完整的采集數(shù)據(jù)，選擇在連接件中間圓弧處粘貼標志點作為內(nèi)外表面的翻轉(zhuǎn)過渡區(qū)；標志點粘貼時選擇在曲率變化較小的曲面上，且數(shù)量大于4個；內(nèi)外表面數(shù)據(jù)采集時，為避免粘貼標志點形成空洞造成曲面曲率的影響，選擇在轉(zhuǎn)臺上粘貼相應數(shù)量的標志點。粘貼原則和注意方法可參考項目三和四，本次掃描時標志點粘貼方式如圖所示，供大家參考。

1.1

掃描前的準備工作l

1.2.1

設備調(diào)整?(1)

視場對齊

數(shù)據(jù)掃描前需將掃描儀進行精度校準，校準方式參考項目三中

標定步驟，當精度達標時，將零件放置在轉(zhuǎn)盤上，確定轉(zhuǎn)盤和零件在掃描儀

十字中間，如圖所示，嘗試旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤一周，觀察軟件實時顯示區(qū)，保證能夠

看到零件整體；?(2)

參數(shù)調(diào)整

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(jù)環(huán)境適當調(diào)整，以物體不反光為宜。1.2

數(shù)據(jù)采集l

1.2.2

零件掃描?調(diào)整好位置和設備參數(shù)后，按以下步驟進行掃描。(1)

正面數(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，每掃描一次將工作臺旋轉(zhuǎn)一定角度，直至整個上表面數(shù)據(jù)采集完畢。(2)

過渡區(qū)掃描

撤掉工作臺上的標志點，零件擺放如圖所示，借助零件上圓弧表

面的標志點完成物體翻轉(zhuǎn)。

1.2

數(shù)據(jù)采集l

1.2.2

零件掃描(3)

底部數(shù)據(jù)采集

將工作臺上的標志點加入，零件擺放如圖所示，按照正面的掃

描方法完成零件反面數(shù)據(jù)的掃描。1.2

數(shù)據(jù)采集l

1.2.3

數(shù)據(jù)保存零件表面點云數(shù)據(jù)全部掃描完成后，選擇保存路徑，將掃描點云數(shù)據(jù)另存為“l(fā)ianjiejian.asc”格式文件。采集完成后的點云數(shù)據(jù)包含一些掃描物體之外的雜點，粘貼標志點的位置形成孔洞，邊緣部分也會出現(xiàn)數(shù)據(jù)缺失，需要應用Geomagic

Wrap軟件將掃描雜點去除，并填充孔洞，形成封閉完整的零件數(shù)據(jù)。1.2

數(shù)據(jù)采集?應用Wrap軟件將掃描雜點去除，完成數(shù)據(jù)封裝，獲得多邊形數(shù)據(jù)。1.

打開文件打開Wrap軟件，用鼠標將lianjiejian.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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(jù)點云數(shù)據(jù)的完整性選擇合適數(shù)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(shù)據(jù)中的非連接項2.1

點云階段數(shù)據(jù)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(diào)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2.1

點云階段數(shù)據(jù)處理定】去除點云中的噪音點，完成數(shù)據(jù)如圖所示。3.封裝點云數(shù)據(jù)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(shù)量，點擊【確定】，數(shù)據(jù)由點云轉(zhuǎn)換為多邊形界面，如圖所2.1

點云階段數(shù)據(jù)處理。示1.填充孔洞(1)

填充內(nèi)部孔

點擊【填充單個孔】命令，選擇【曲率】和【內(nèi)部孔】，將數(shù)據(jù)中的部分空洞填充，如圖所示。2.2

多邊形數(shù)據(jù)處理(2)

填充邊界孔

點擊【填充單個孔】命令，選擇【平面】和【邊界孔】，將數(shù)據(jù)中的其它孔洞填充；也可結(jié)合【切線】、【搭橋】選項，在不改變2.2

多邊形階段數(shù)據(jù)處理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.平滑曲面(1)

刪除釘狀物

使用【刪除釘狀物】命令，將選中多邊形網(wǎng)格中的單點尖峰展開，如圖所示。2.2

多邊形階段數(shù)據(jù)處理(2)

松弛網(wǎng)格

使用【松弛】命令處理所選區(qū)域的緊皺網(wǎng)格，如圖

(a

)

；使用【砂紙】命令使多邊形網(wǎng)格更平滑，如圖如圖

(b)

所示。2.2

多邊形階段數(shù)據(jù)處理(b)(

a

)(3)

去除特征

使用【去除特征】命令將選中的凸起部分數(shù)據(jù)進行處理平滑，平滑前后如圖所示。2.2

多邊形階段數(shù)據(jù)處理2.2

多邊形階段數(shù)據(jù)處理3.保存文件將處理好的數(shù)據(jù)另存為“l(fā)ianjiejian.STL”格式文件?該零件是典型的鑄鐵零件，由很多規(guī)則曲面組合而成，具有明顯的特征。

在逆向過程中，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。2.3

逆向設計過程?下面講述逆向設計的詳細步驟。l

2.3.1

打開文件打開DX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)“l(fā)ianjiejian.STL”

，也可直接將萬向連接件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(diào)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，

如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.2

領域組劃分(2)

手動劃分領域組

單擊左上角“分離”按鈕

，左下角選擇“畫筆選擇

模式”

，分割領域組，如圖所示，單擊右下角確定按鈕

(對號)

。2.3

逆向設計過程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”

，點擊零件底部領域組創(chuàng)建平面1

，點擊左右兩側(cè)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

底座模型設計(1)

創(chuàng)建圓柱體

單擊【幾何形狀】命令

(

)

，創(chuàng)造形狀選擇圓柱，選

擇圖

(a

)

中領域組，單擊【確定】按鈕，完成后如圖

(b)

所示。2.3

逆向設計過程(b)(

a

)l

2.3.4

底座模型設計(2)

修剪圓柱體

點擊【剪切】

(

)

，工具要素選擇平面1

，對象體選擇

圓柱1

，殘留體選擇上半部分，如圖所示，單擊【確定】按鈕。2.3

逆向設計過程l

2.3.4

底座模型設計(3)

創(chuàng)建底面輪廓

點擊【面片草圖】，選擇平面1

，由基準面偏移的距

離3

，調(diào)整輪廓投影范圍值至122

，如圖

(a

)

所示，使其包括整個零件，點

擊【確定】后如圖

(b)

所示。2.3

逆向設計過程(a

)

(b)l

2.3.4

底座模型設計(4)

繪制底面輪廓草圖

點擊【

自動草圖】命令

，選擇除去四個圓之外的

曲線；點擊圓角，調(diào)整圓角，直到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

2.3.4

底座模型設計(5)

拉伸輪廓

點擊【拉伸】命令，選擇上一步繪制的草圖曲線，拉伸長

度40

，點擊【確定】，如圖所示。

(拉伸片體改為拉伸實體，拉伸時選擇

到領域，詳細方位為最大距離位置。)2.3

逆向設計過程l

2.3.4

底座模型設計(6)

繪制圓柱草圖

點擊圓柱1的草圖，點擊調(diào)整，將直線調(diào)整至圓柱最

高點處，如圖位置，點擊【確定】。

(無用刪除)2.3

逆向設計過程直線調(diào)整位置l

2.3.4

底座模型設計(7)

剪切曲面

點擊【插入】-【曲面】-【剪切&合并】，選擇圖

(a

)

中

三個曲面，點擊【確定】，結(jié)果如圖

(b)

所示。

(無用刪除)2.3

逆向設計過程(b)(

a

)l

2.3.4

底座模型設計(8)

合并實體

點擊【布爾運算】命令，選擇合并，選擇剪切1和曲面拉

伸1

，點擊【確定】，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.4

底座模型設計(9)

創(chuàng)建圓角

點擊【圓角】命令，選擇柱面與平面的相交線，輸入半徑

22

，點擊【確定】，完成圓角設計，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.5

側(cè)耳設計(1)

創(chuàng)建側(cè)耳輪廓

點擊【面片草圖】命令，選擇圖中所示領域組，由基

準面偏移的距離5mm

，點擊【確定】。2.3

逆向設計過程l

2.3.5

側(cè)耳設計(2)

繪制側(cè)耳草圖1)

點擊【圓】命令，選擇圖中選擇的外圓曲線，點擊【確定】。2.3

逆向設計過程l

2.3.5

側(cè)耳設計2)

點擊【直線】命令，選擇圖中所示的直線，點擊【確定】。2.3

逆向設計過程l

2.3.5

側(cè)耳設計3)

添加約束，移動直線端點到圓上，當出現(xiàn)圖標

時，松開鼠標。4)

用上述方法畫出另外兩條線，點擊【調(diào)整】命令把直線延長，再點擊

【直線】命令連接兩條線，如圖所示。2.3

逆向設計過程2.3

逆向設計過程l

2.3.5

側(cè)耳設計5)

點擊【剪切】命令，去掉圖6-38中所示曲線。l

2.3.5

側(cè)耳設計6)

點擊【圓】命令，畫出圖中所示的內(nèi)圓，點擊【確定】。2.3

逆向設計過程l

2.3.5

側(cè)耳設計(3)

拉伸側(cè)耳

點擊【拉伸】命令，選擇剛剛畫好的側(cè)耳草圖，拉伸距離

12.5

，點擊【確定】，完成側(cè)耳實體繪制，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.5

側(cè)耳設計重復以上步驟，把圖中的另一半側(cè)耳做成實體，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.6

修正底面(1)

偏移底面

點擊【曲面偏移】

(

)

命令，選擇圖中所示區(qū)域，偏移距離0

，點擊確定。2.3

逆向設計過程l

2.3.6

修正底面(2)

替換面

依次選擇【插入】-【建模特征】-【替換面】，選擇圖中所

示的面，工具要素選擇曲面偏移后得到的平面，點擊【確定】。2.3

逆向設計過程2.3

逆向設計過程l

2.3.6

修正底面重復上述步驟，將另一半修正，完成如圖。l

2.3.7

內(nèi)側(cè)凸臺設計(1)

偏移曲面

點擊【面片草圖】命令，選擇圖中所示領域組，基準面偏

移的距離1mm。2.3

逆向設計過程l

2.3.7

內(nèi)側(cè)凸臺設計(2)

繪制直線

利用【直線】命令畫出如圖所示的直線

(直線與直線兩兩

互相垂直)

。2.3

逆向設計過程l

2.3.7

內(nèi)側(cè)凸臺設計(3)

拉伸小凸臺

點擊【拉伸】命令，選擇上一步所畫的草圖，如圖所示，

拉伸高度20

，選擇合并，點擊【確定】。2.3

逆向設計過程l

2.3.7

內(nèi)側(cè)凸臺設計(4)

倒圓角

選擇【圓角】命令，選擇圖中所示曲線，半徑為6.15

，點擊

【確定】。2.3

逆向設計過程l

2.3.8

底部內(nèi)凹圓形設計(1)

回轉(zhuǎn)

點擊【回轉(zhuǎn)精靈】命令，選擇圖中所示領域組，結(jié)果運算選擇

導入片體，點擊【確定】。2.3

逆向設計過程l

2.3.8

底部內(nèi)凹圓形設計(2)

剪切曲線

選擇左側(cè)特征欄里的草圖17

，右鍵點擊，選擇編輯，點擊

調(diào)整，把下面的曲線拉長過中心線，如圖

(a

)

所示；再利用【剪切】命令

把圖中所示的部分減掉，如圖

(b)

所示，點擊【確定】。2.3

逆向設計過程(a

)

(b)l

2.3.8

底部內(nèi)凹圓形設計(3)

延長曲面

點擊【延長曲面】命令，延長圖中所示曲面邊線，點擊

【確定】。2.3

逆向設計過程l

2.3.8

底部內(nèi)凹圓形設計(4)

拉伸底面圓環(huán)

點擊【面片草圖】命令，選擇圖所示底面圓環(huán)，拉伸2.3

逆向設計過程距離為1mm

，點擊【確定】。l

2.3.8

底部內(nèi)凹圓形設計(5)

繪制圓

點擊【圓】命令，以上一步曲面的中心為原點畫圓，畫出兩

個同心圓，如圖所示，點擊【確定】。2.3

逆向設計過程l

2.3.8

底部內(nèi)凹圓形設計(6)

拉伸圓環(huán)

點擊【拉伸】命令，選擇上一步畫的兩個圓，拉伸距離為1.5mm

，拔模10°，選擇合并，點擊【確定】，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.8

底部內(nèi)凹圓形設計(7)

修剪底部內(nèi)凹圓

點擊【剪切】

命令，選擇延長曲面為工具要素，整

個實體為對象體，殘留體選擇大的部分，如圖所示，點擊【確定】。2.3

逆向設計過程l

2.3.9

側(cè)耳外部設計(1)

側(cè)耳外部圓弧面繪制

點擊【幾何形狀】

命令，選擇圖

(a

)

中所示

領域組，創(chuàng)建形狀圓柱，選擇提取部分特征命令，點擊【確定】，如圖

(b)2.3

逆向設計過程所示。(b)(

a

)l

2.3.9

側(cè)耳外部設計繪制另一側(cè)耳特征，操作步驟同上，結(jié)果如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.9

側(cè)耳外部設計(2)

延長曲面

點擊【延長曲面】命令，將前一步創(chuàng)建4個曲面分別延長，

延長距離5

，如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.9

側(cè)耳外部設計(3)

剪切曲面

點擊【剪切】

命令，工具要素選擇4個曲面，對象體也選

擇4個曲面，殘留體如圖所示。2.3

逆向設計過程l

2.3.9

側(cè)耳外部設計(4)

剪切側(cè)耳

點擊【剪切】

命令，工具要素選擇上一步的殘留體，對象

體選擇整體，殘留體選擇圖中所示的大塊部分，點擊【確定】。2.3

逆向設計過程l

2.3.9

側(cè)耳外部設計(5)

倒圓角

選擇【圓角】命令，選擇圖中所示3條直線，圓角半徑為3，

點擊【確定】。重復上述“

(2)

、

(3)

、

(4)

、

(5)

步驟”

，運用【剪切】【倒圓角】命令繪制另一半曲面。2.3

逆向設計過程l

2.3.10

底座圓柱凸起設計(1)

創(chuàng)建面片草圖

選擇【面片草圖】命令，選擇圖中箭頭所指的領域組，

基準面偏移的距離1mm

，點擊【確定】。2.3

逆向設計過程l

2.3.10

底座圓柱凸起設計(2)

繪制圓

點擊【圓】命令，選擇圖中所示的四條曲線畫圓，點擊【確2.3

逆向設計過程。定】l

2.3.10

底座圓柱凸起設計(3)

拉伸圓柱

點擊【拉伸】命令，選擇上一步繪制的圓形草圖，拉伸距離70

，

勾選“剪切”選項，如圖所示，點擊【確定】。2.3

逆向設計過程l

2.3.10

底座圓柱凸起設計(4)

創(chuàng)建面片草圖

選擇【面片草圖】命令，基準平面選擇圖中所示，點2.3

逆向設計過程擊【確定】。l

2.3.10

底座圓