Geomagic讲义整理

1 Geomagic studio讲义

目录

1． 逆向工程概述

2． Geomagic studio软件及流程简介

3． Studio 入门学习

4． 涵盖各个阶段处理技术—甲壳虫车的逆向工程

5． 点阶段---点云编辑

6． 点云数据注册&合并

7． 多边形基本编辑命令

8． 多边形高级阶段

9． 基本曲面创建（探测曲率）1

10． 基本曲面创建（探测曲率）2

11． 高级曲面编辑

12． 探测轮廓线的曲面处理

13． Fashion基础阶段

14． 创建3D 特征

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一、逆向工程概述

1.1 逆向工程定义

逆向工程（Reverse Engineering，RE）也称反求工程，它是相对传统的设计而

言。是从一个存在的零件或原型入手，首先对其进行数字化处理，然后进行数据处理、曲

面重建、构造CAD模型等，最后制造出产品的过程。逆向工程技术能快速建立新产品的

数据化模型，大大缩短新产品研发周期，提高企业产品设计和生产效率。

图1.1 逆向工程流程图

1.2 逆向工程与正向工程的区别

传统的产品设计一般都是“从无到有”的过程，设计人员首先构思产品的外形、性能以

及大致的技术参数等，再利用CAD建立产品的三维数字化模型，最终将模型转入制造流

程，完成产品的整个设计制造周期，这样的过程可称为“正向设计”。而逆向工程则是一个

“从有到无”的过程，就是根据已有的产品模型，反向推出产品的设计数据，包括设计图纸

和数字模型。其各自的流程如下图所示：

图1.2 传统工业产品造型流程 检查 产品功能 设计 图纸

CAD模

制造

不满意 最终产品 仿制，改制产品 二维图样，技术文

CAD模型重构 采集、处理仿制、改制产品

制作系统CAM 快速原型RP 实物或模型

模具 产品样件

新产品 P

D

M

系

统

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图1.3 逆向工程造型流程

1.3 逆向工程的应用

逆向工程已成为当今CAD/CAM领域内研究的热点之一。它在机械产品测量造型、计

算机视觉、根据切片数据的医学影像重建等领域都有重要应用。在制造业领域内逆向工程

也有广泛的应用背景。在下列情形下，需要将实物模型转换为CAD模型：

(1) 尽管计算机辅助设计技术(CAD)发展迅速，各种商业软件的功能也日益强大，但目前

还无法满足一些复杂曲面零件的设计需要，还存在许多使用粘土或泡沫模型代替CAD设

计的情况，最终需要运用逆向工程将这些实物模型转换为CAD模型。

(2) 外形设计师倾向使用产品的比例模型，以便于产品外形的美学评价，最终可通过运用

逆向工程技术将这些比例模型用数学模型表达，通过比例运算得到美观的真实尺寸的CAD

模型。

(3) 由于各相关学科发展水平的限制，对零件的功能和性能分析，还不能完全由CAE来完

成，往往需要通过试验来确定最终零件的形状，如在模具制造中经常需要通过试冲和修改

模具型面方可得到最终符合要求的模具。若将最终符合要求的模具测量并反求出其CAD

模型，在再次制造该模具时就可运用这一模型生成加工程序，就可大大减少修模量，提高

模具生产效率，降低模具生产成本。

(4) 目前在国内，由于CAD/CAM技术运用发展的不平衡，普遍存在这样的情况：在模具

制造中，制造者得到的原始资料为实物零件，这时为了能利用CAD/CAM技术来加工模

具，必须首先将实物零件转换为CAD模型，继而在CAD模型基础上设计模具。

(5) 艺术品、考古文物的复制。

(6) 人体中的骨头和关节等的复制、假肢制造。

(7) 特种服装、头盔的制造要以使用者的身体为原始设计依据，此时，需首先建立人体的

几何模型。 CAD模

已存在零件 零件数字化 检查 图纸

制造

不满意 最终产品

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1.4 逆向工程关键技术介绍

逆向工程的关键技术包括了数据采集、数据处理、CAD模型重构等，最后应用于下游

CAD直接面向生产过程。

（一）、数据采集技术

（1）、接触测量

最初的三维数字化仪是探针式的，它一般由3～6个自由度的杆式机构和末端的探针

组成，通过运动学计算得到末端探针触点的三坐标信息，其技术已比较成熟。数据处理过

程中采用了数字信号处理(DSP)技术和温度补偿技术，测量精度达到0.076 8～0.178

mm，测量速度可达到100点/S。三坐标测量机(Coordinate Measuring Machine，

CMM)也是广泛采用的接触式测量设备。在逆向工程应用的初期，这种接触探针式的三维

数字化仪是数据采集的重要手段，具有测量精度高、适应性强的优点。但一般接触式测头

测量效率低，数据需进行测头半径补偿，而且由于测量力的存在，对一些软质表面或易损

伤物体表面无法进行测量。

接触式测量的优点

a接触式探头发展时间较长，其机械结构及电子系统己相当成熟，具有较高的准确性和

可靠性;

b接触式测量噪声低、精度高且重复性好:

c探头是直接接触工件表面工作的，与工件表面的反射特性、颜色及曲率关系不大，基本

不受上述条件限制;

d被测物体固定在三坐标测量机上，并配合测量软件，可快速准确地测出物体的基本几何

形状，如面、圆、圆柱、圆锥、圆球等;

接触式测量的缺点

a接触式测量必须使用特殊的夹具，会导致较高的测量费用，不同形状的产品会要求不

同的夹具，而使成本大幅度地增加:

b探头是以逐点方式进行测量的，所以测量速度较慢:

c不当的操作容易损害工件某些重要部位的表面精度，也会使探头损坏;

d球形探头很容易因为接触力而造成磨耗，为维持一定的精度，需经常校正探头的直径;

e检测一些内部元件有先天的限制，如测量内圆直径，触发探头的直径必定要小于被测

内圆直径;

f对三维曲面的测量，因传统接触式触发探头是感应元件，测得的数据是探头的球心位

置，要测得物体真实外形，则需要对探头半径进行补偿，因此，可能会导致误差修正的问

题:

g接触探头在测量时，探头的力将使探头尖端部分与被测件之间产生局部变形，而影响到

测量值的实际度数;

h测量系统的支撑结构存在静态及动态误差;

5 i由于探头出发机构的惯性及时间延迟，使探头产生超越现象，趋近速度会产生动态误

差;

（2）、非接触测量

非接触式测量根据测量原理的不同，有光学测量法、工业CT测量法、核磁共振(MRI)

测量法、超声波测量法、电磁测量法、层析法等方式，较为成熟的是光学测量法。光学测

量法又分为三角形法、结构光法、激光干涉法、计算机视觉法等。其中结构光法被认为是

目前对三维形状进行测量的最好方法之一。结构光法的主要优点是测量范围大、稳定、速

度快、成本低、设备携带方便、受环境影响小、易于操作，缺点是只能测量表面曲率变化

不大的较平坦的物体，对于表面变化剧烈的物体，在陡峭处往往会发生相位突变，从而影

响测量精度。同时，测量精度易受工件本身的表面色泽、粗糙度的影响，为提高测量精

度，需对被测量表面涂上“反差增强剂”或喷漆处理，以减小误差。另外，还存在数据处

理时间长、测量量程较短等问题。

非接触式测量的优点

a 不必做探头半径补偿，因为激光光点位置就是工件表面的位置;

b 测量速度非常快，不必象接触触发探头那样逐点进行测量;

c 软工件、薄工件、不可接触的高精密工件可直接测量。

非接触式测量的缺点:

a测量精度较差;

b因非接触式探头大多数是接受工件表面的反射光或散射光，易受工件表面的反射条件

的影响，如颜色、斜率等:

c易受环境及杂散光影响，故噪声较高;

d非接触式测量只做工件轮廓坐标点的大量取样，对边线处理、凹孔处理以及不连续形

状的处理比较困难;

e使用CCD做探测器时，成像镜头的焦距会影响测量精度，因工件几何外形变化大时成

像会失焦，成像模糊:

f工件表面的粗糙度会影响测量结果.

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数字化实验室数据采集设备

仪器侧头Perceptron V4i规格：

规范：V4i

安装方式：6/7轴Romer手臂

精度（2sigma）：0.024mm

扫描速率：23040点/秒

扫描频率：30HZ

扫描线密度：768点/线

Perceptron ScanWork V4i Cimcore Infinite 7自由度关节臂 ＋ 表面数字化方法

非接触式 接触式

光学式 非光学式 触发式 连续式

三

角

形

法 激

光

干

涉

法 层

析

法 计算

机视

觉 法 CT测

量 法 MRI

测量

法 超

声

波

法 结

构

光

法