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基于Geomagic wrap和DesignX减速器箱体逆向设计随着科技的不断发展和进步，逆向工程技术逐渐在工业设计领域中占据了重要地位。
逆向工程是指通过对现有产品进行数字化扫描、建模和分析，来获取产品的设计和制造信息的技术手段。
通过逆向工程，可以快速获取产品的三维模型和CAD设计图纸，进而进行产品的再设计、改进和优化。
本文将以减速器箱体为例，介绍如何利用Geomagic wrap和DesignX进行逆向设计的过程和方法。
1. 准备工作在进行减速器箱体的逆向设计之前，首先需要对减速器箱体进行数字化扫描和数据采集。
数字化扫描是逆向工程的关键步骤，它可以将实物产品的表面形状和几何信息转化为数字化的三维数据。
通常可以使用3D扫描仪对减速器箱体进行扫描，获取其表面的点云数据和纹理信息。
扫描时需要注意保持扫描仪与减速器箱体的固定距离和角度，以确保获取准确的扫描数据。
2. 数据处理与转换获得减速器箱体的数字化扫描数据之后，需要对数据进行处理和转换，以便进行后续的建模和设计工作。
Geomagic wrap是一款专业的逆向工程软件，可以对扫描数据进行处理、重建和编辑，同时还可以将扫描数据转化为CAD可编辑的表面模型。
首先需要导入扫描数据到Geomagic wrap软件中，然后对扫描数据进行清理、滤波和填补处理，去除扫描中的噪音和干扰信息，保留准确的减速器箱体表面信息。
接着可以利用Geomagic wrap的建模功能对减速器箱体进行曲面重建和修复，生成高质量的三维表面模型。
3. CAD建模与参数化设计在完成减速器箱体的曲面重建和修复之后，可以将模型导入到DesignX软件中进行CAD建模和参数化设计。
DesignX是一款专业的CAD逆向工程软件，可以对三维模型进行编辑、修复和优化，同时还可以进行参数化建模和特征提取。
通过DesignX软件，可以对减速器箱体进行CAD建模，提取出关键的设计参数和特征，进而进行产品的再设计和改进。
基于Geomagic逆向建模的3D打印技术研究摘要：逆向工程和3D打印技术在产品设计中的应用，采用三维扫描仪获取实物原型的三维数据，利用Geomagic软件完成模型重构，最后在3D打印机上实现对零件的快速成型，指出逆向工程技术与3D打印技术相结合为新产品的设计与创新提供了广阔的平台，缩短产品开发周期，降低试制成本，极大地提高企业竞争力。
关键词：Geomagic；逆向工程；三维扫描；数据处理；3D打印1现代逆向设计方法1.1 Geomagic Studio软件介绍在逆向工程技术领域，Geomagic Studio运用较广泛，是常用的点云处理及三维曲面构建功能最强大的逆向工程软件之一，由美国Raindrop（雨滴）公司出品，利用它可将扫描所得的点云数据创建出完美的多边形模型和网格，并可自动转换为NURBS曲面，该软件包括Qualify、Capture、Wrap、Shape、Fashion五个通用模块。
1.2逆向工程流程与正向工程流程①逆向工程定义，逆向工程或逆向设计也称反求工程或反求设计。
它是将实物转变为CAD模型的相关的数字化技术，几何模型重建技术和产品制造技术的总称，是将已有产品或实物模型转化为工程设计模型和概念模型，在此基础上对已有产品进行解剖、深化和再创造的过程，其主要包括模型数据化、数据处理、CAD三维模型重构、创新优化设计、实物制造几个阶段。
②正向设计与逆向设计对比。
产品正向设计是设计人员首先根据功能、性能以及大致的技术参数要求构思产品的外形等，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，是一个“从无到有“的过程。
2基于逆向工程的3D打印快速制造工艺流程3D打印快速成型的加工原理是依据计算机设计或由逆向工程获得的三维模型，通过软件切片处理，逐层加工，层层叠加而成，它可以快速精确地复制原型或直接制造零件，是一种高效低成本的数字化生产模式p1。
RE在RP技术中的应用主要是借助于CAD系统将三维CAD模型转化为STL文件，通过反求得到的矢量化层轮廓信息直接驱动RP设备逐层叠加而成三维实体原型，利用RE技术重构产品的实体模型。
逆向工程也称反求工程,就是指用一定得测量手段对实物或模型进行测量,根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物CAＤ模型得过程。
它改变了从图样到实物得传统设计模式,为产品得快速开发与创建设计提供了一条新途径、ＧEOMAGIC ＳTＵDIＯ由美国RＡＩＮＤＲOP公司出品,就是逆向工程中应用最广泛得软件之一！利用GEＯMAGIC ＳTUDIO可轻易根据实物零部件扫描所得得点云数据创建出完美得多边形模型与网格,并自动转换为NURBS曲面,生成准确得数字模型!软件得工作流程与逆向工程技术得工作流程大致相似,其工作流程为点数据阶段———多边形阶段———成形阶段、点数据阶段主要测量得数据点进行预处理,在多边形阶段主要就是通过对多边形得编辑得已达到拟合曲面所需要得得优化数据,成形阶段就是根据前一阶段编辑得数据,自动识别特征、创建NＵRBS曲面。
NURＢS就是Non—Uniｆｏrm RaｔionａｌB－Splines得缩写,意为非统一有理B样条、简单地说,NＵRBS造型总就是由曲线与曲面来定义得,所以要在NＵRBS曲面上生成一条有棱角得边就是很困难得、正因为如此,NURBS曲面特别适合做出各种复杂得曲面造型与表现特殊得效果,如人得面貌或流线型得跑车等、1、点数据处理扫描仪得到得数据会引入数据误差而且数据量庞大,为了后续工作方便准确进行需要去除数据中得坏点、减少噪音、平滑数据、分块数据整合对齐、在保证精度与特征得条件下进行数据精简、同时由于测量方法与测量设备得影响会出现数据缺口,这就需要对数据进行编辑来补齐数据。
数据处理主要有一下几个方面:●噪声过滤●数据光顺●数据精简2、多边形处理阶段多边形处理阶段就是在点云数据封装后通过一系列技术处理得到完整得多边形数据模型,为曲面处理打下基础。
在多边形处理阶段首先要“创建流型”来删除模型中非流型得三角形数据,否则在后续处理中由于存在非流型得三角形而无法继续处理、对于片状得模型可以创建“打开”得流型,对于封闭得多边型模型可以创建“封闭”得流型！本例中叶片模型需要创建“封闭”得流型来删除非流型得三角形。
一：实验目的1：通过对逆向工程的学习，了解三坐标测量仪的原理及使用方法。
2：通过观察实验过程及现象，应了解三坐标测量仪的注意事项。
3：初步了解快速成型的原理。
4：通过三坐标测量仪捕捉到的数据，应掌握如何来处理和分析数据。
5：掌握3D-OMS.S数据捕捉处理软件。
6：掌握Geomagic11或Geomagic12的简单数据处理。
二：实验原理TN 3DOMS系列三维光学测量仪，具有扫描速度极快、免喷涂直接测量、测量效率高、测量精度高、操作便捷、维护简单等优势，特别适用于复杂自由曲面的扫描；是产品开发设计（RD）、质量检测（CAV）、逆向工程（RE）、变形测量的必备工具。
其工作原理是利用光栅绕射所制成的量测系统俗称光学尺，其光源经过瞄准透镜而投射到游动刻度尺和主刻度尺，藉其光波产生Moire条纹明暗讯号之原理，由光电管接收其信号，经放大及修正后即可显示出其系统及输出信号。
在扫描前应观察工件是否是反光件，若是反光件则应对表面进行处理，观其外型结构为渐变型结构件，对这类型工件的测量可利用自动拼接，也可以手动拼接。
一般情况下，对于物体表面积大的采用手动拼接相结合办法来扫描，面积较小的采用自动拼接扫描，这样测量的点云拼接精度更高。
三：实验仪器1：三坐标测量仪一个。
2:笔记本电脑一台。
3：汽车减震器托盘一个。
4：卷尺。
四：实验内容首先先对反光件喷显影剂，待显影剂干后，把工件放在旋转托盘上，由于工件小，则不用在工件上编码点，只需在工件的周围放置3-4个编码块即可，然后通过对3D-OMS.S数据捕捉处理软件操作，利用三坐标测量仪扫描汽车减震器托盘，并得到其相应的数据，再将其分析和处理，最后保存。
五：实验步骤1：设备的调整：先打开三坐标测量仪的开关，并将数据线连接到电脑的端口上。
2：设置NVIDIA控制面板：在电脑的显示桌面的状态下，单击“鼠标右键”，选择“NVIDIA控制面板”，打开后，选择“显示菜单”，在其菜单下选择“设置多个显示器”，再选择“复制模式”，最后依次点击“应用”和“保存”。
基于Geomagic Studio的逆向工程数据处理技巧摘要:基于Geomagic Studio系统环境,从对产品进行数据采集,到对产品的的反求制作研究,详细的介绍了产品的逆向工程中的各个环节,分析了在各个环节中遇到的问题,并提出解决问题方法。
关键词:逆向工程数据处理技巧1 逆向工程概述逆向工程是逆向思维的一种工程实践,广义的逆向工程包括几何形状逆向、工艺逆向和材料逆向等诸多方面,是一个复杂的系统工程。
一般的逆向工程也称几何逆向,是指在没有设计图纸或者设计图纸不完整的情况下,对产品的实物进行测量、数据处理,并在此基础上构造出产品的三维CAD模型,进行再设计的过程。
而传统的产品实现通常是从概念设计到样图,再制造出产品,我们称之为正向工程(或顺向工程)。
2 数据采集过程数据采集是目的是形成一定的图像数据,给后续的三维软件处理提供初始的数据来源。
而数据采集可以采用FARO手持式激光扫描设备进行数据采集,该设备配备了Laser ScanArm三维激光扫描臂和Laser Scanner激光扫描头,可实现对模型表面点云数据的自由测量。
3 数据后期处理技巧3.1 去除体外点在扫描被测对象时,可能会无意中扫描到一些背景物体(如桌面、墙、固定装置等),即在对象周围可能存在的体外点。
Geomagic Studio 可通过以下方法擦除这些体外点:(1)用选择工具手动移除,如矩形工具、椭圆工具、画笔工具或套索工具,也可以按DEL(删除键)进行删除。
(2)让软件自动探测体外点。
点击编辑→选择→与主体分离部分或点击选择不相连的项,改变分隔从中间到低,这样系统会选择在拐角处离主点云很近但不属于它们一部分的点,即可删除体外点。
(3)对于仍然存在的一些游离点,点击编辑→选择→体外点,改变敏感性到85左右,这样会选中残留的偏离点,然后确认擦除。
3.2 去除噪音点在扫描过程中,由于扫描设备轻微震动、扫描校准不精确等原因,有可能将一些噪音点引入数据中,表现为曲面对象粗糙、不均匀。
逆向工程也称反求工程，是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量，根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物CAD模型的过程。
它改变了从图样到实物的传统设计模式，为产品的快速开发和创建设计提供了一条新途径。
GEOMAGIC STUDIO 由美国RAINDROP公司出品，是逆向工程中应用最广泛的软件之一!利用GEOMAGIC STUDIO 可轻易根据实物零部件扫描所得的点云数据创建出完美的多边形模型和网格，并自动转换为NURBS曲面，生成准确的数字模型!软件的工作流程与逆向工程技术的工作流程大致相似,其工作流程为点数据阶段———多边形阶段———成形阶段。
点数据阶段主要测量的数据点进行预处理,在多边形阶段主要是通过对多边形的编辑的已达到拟合曲面所需要的的优化数据,成形阶段是根据前一阶段编辑的数据,自动识别特征、创建ＮＵＲＢＳ曲面。
NURBS是Non-Uniform Rational B-Splines的缩写,意为非统一有理B样条。
简单地说,NURBS造型总是由曲线和曲面来定义的,所以要在NURBS曲面上生成一条有棱角的边是很困难的。
正因为如此,NURBS曲面特别适合做出各种复杂的曲面造型和表现特殊的效果,如人的面貌或流线型的跑车等。
1.点数据处理扫描仪得到的数据会引入数据误差而且数据量庞大，为了后续工作方便准确进行需要去除数据中的坏点、减少噪音、平滑数据、分块数据整合对齐、在保证精度和特征的条件下进行数据精简。
同时由于测量方法和测量设备的影响会出现数据缺口，这就需要对数据进行编辑来补齐数据。
数据处理主要有一下几个方面：●噪声过滤●数据光顺数据精简2.多边形处理阶段多边形处理阶段是在点云数据封装后通过一系列技术处理得到完整的多边形数据模型，为曲面处理打下基础。
在多边形处理阶段首先要“创建流型”来删除模型中非流型的三角形数据，否则在后续处理中由于存在非流型的三角形而无法继续处理。
对于片状的模型可以创建“打开”的流型，对于封闭的多边型模型可以创建“封闭”的流型!本例中叶片模型需要创建“封闭”的流型来删除非流型的三角形。
即使是不同的模型,对于点阶段和多边形阶段的操作都相类似,以上涉及的命令在任何模型点云的处理过程中几乎都会用到。
一般情况下,多边形阶段编辑的好坏将决定最终曲面质量的好坏,因为多边形阶段的编辑结果直接进入下一个阶段:成形阶段。
将经过综合处理的点云用Polygon Mesh(多边形网格)进行封装。
操作如下,点击Points(点)——Wrap(封装),点击Surface(曲面)选项,点击OK(确定)即得到初始三角网格曲面。
多边形处理阶段即是在此基础上进行后续的修饰处理,具体的操作包括:a.孔洞修补。
由于扫描过程中在标记处或者点云缺失处存在三角面的孔洞，需要对其进行修补以获得完整的曲面。
孔的填充方法有三种: 内部孔、边界孔和搭桥。
针对模型中不同类型的孔，合理选择填充方法; 另外，对于边界比较杂乱的孔，可采取“先删后补”的方法使曲面模型更加光滑。
用边界选择工具将边界上的三角面选中并删除,直到孔洞周边的三角面无翘曲、曲率基本一致。
选取“基于曲率填充”选项进行修补,可获得近乎无痕迹的修补效果。
某些部位虽无孔洞但三角面杂乱,也可以删掉杂乱三角形再进行修补。
b.去除毛刺。
质量不好的点云重叠在一起,得到的三角网格曲面比较粗糙,需要进行光顺处理,以保证曲面质量。
操作如下,点击Polygons(多边形)——Remove Spikes(去除毛刺),在Remove Spikes(去除毛刺)对话框中选择合适的Smoothness Level,点击OK(确定)。
Remove Spikes(去除毛刺)功能只是选择性地对有毛刺的地方进行光顺处理,不会对整体进行平滑,因而不会使三角网格曲面变模糊而失去特征。
c.去除特征。
在曲面上可能存在一些肿块或压痕,影响曲面美观,可以用去除特征命令进行移除,通过删除特征、删除钉状物和砂纸等操作，修复不规则的三角形区域，最后利用“网格医生”工具，检查模型中的缺陷并自动加以修复。
d.简化多边形。
若模型中三角形数量太大，可以通过“简化”功能在不影响曲面质量的前提下减少三角形数量。
通过Decimate(简化多边形)命令可以减少网格曲面的三角片数量,以提高后续的计算速度。
该命令将在曲率较小的区域减少三角片,而在曲率较大的区域保持三角片数量,当曲面模型已经修复完好，即可转入“曲面阶段”继续处理。
多边形阶段处理完成后的曲面模型。
在多边形阶段对模型的编辑达到满意时,对模型进行最后一步操作:执行“修复相交区域”,对相交的三角形进行松弛/消除操作;如果无三角形相交,系统则提示“没有相交的三角形”。
3.曲面处理阶段曲面处理阶段主要是通过基本的曲率探测和轮廓线探测创建基本的曲面片，并对曲面片进行移动面板、重新分布等操作来创建一个理想的NURBS 曲面，最终完成曲面的逆向造型。
曲面处理阶段首先要构造模型的轮廓线!轮廓线的构造有两种方法: 一种是探测曲率，适用于曲过渡较大的曲面; 另一种是探测轮廓线，适用于轮廓线明显、曲率过渡不大的曲面。
在本例中，由于叶片的曲率很小，所以选择探测轮廓线的方法构造模型轮廓线。
执行“探测曲率”命令时,黑色的网格线即所探测到的曲率线,白色的线是轮廓线。
由于软件自动生成的轮廓线并不完全是所需要的轮廓线,可以通过执行“升级/约束”命令,将曲率线升级成轮廓线;或者将轮廓线降级为曲率线,从而获得理想的轮廓线。
对于探测不完整的曲面，需要手动画出轮廓线使其划分为较小的曲面，从而使模型处理更加精确，轮廓线构造完成后执行“构造曲面片”命令，在轮廓线内构造曲面片网格，由于系统自动构造的曲面片网格并不太规则，需要利用“移动面板”命令，使曲面片网格变得均匀整齐，最后利用“编辑曲面片”命令使轮廓线更加平直，曲面片处理后最终结果!然后通过“构造格栅”将曲面片分得更细，格栅中的点将为NURBS 曲面提供控制点。
最后通过“拟合曲面”命令就可将曲面片拟合为NURBS 曲面。
a.构建曲面片。
通过对多边形曲面进行分析之后,将其划分为大小合适的曲面区域,并自动产生曲面片(Patches)。
划分曲面的基本原则是:使每块曲面片的曲率变化尽量均匀,从而在拟合曲面时能够更好地捕捉到三角网格曲面的外形,降低拟合误差;使每块曲面片尽量为四边域曲面,以利于后续NURBS重构。
b.构建栅格。
当曲面片构建好之后,需要创建栅格(Grids),从而自动地在每一块曲面片内产生U,V控制线。
每一个曲面片的网格线数目都是相等的,数目大小要视曲面片划分的大小和模型的精细结构而定,数目太少可能会漏掉一些特征。
c.拟合曲面。
拟合曲面是完成NURBS重构的最后一个环节,即产生由多个NURBS曲面片构成的完整曲面,各曲面片之间连续。
4.钣金点云数据处理钣金件具有重量轻、强度高、成本低和大规模量产性能好等特点，目前在机电、仪表、汽车和家电等领域得到了广泛应用。
在逆向工程中由于钣金件具有一定厚度，使用三维扫描仪测量实物获得的点云边界会出现很多缺陷，在CAD模型重构中边界处理将是钣金件的重要环节，边界处理得好，才能保证转换成高质量的NURBS曲面，才能为后续的分析、模具设计和NC加工奠定基础。
但本实例中点数据阶段处理完毕,故直接从多边形阶段开始。
4.1多边形阶段着色——着色点，渲染一下，以便观察点的前期数据处理已完成，直接封装;由于有一些缺陷，需要进一步处理如填充孔与去除特征的处理先挖孔，再补孔坏面的处理4.2自动曲面化拟合曲面4.3手工曲面建模多边形阶段处理与自动化曲面过程中一致松弛边界和编辑边界后创建流形和修复相交曲线，减少后期问题4.3.1探测轮廓线4.3.2抽取轮廓线4.3.3编辑轮廓线并检查问题，发现没有问题4.3.4构造曲面片自动估计曲面片数4.3.5移动面板考虑到最上面的区域只有4个点，故统一划分为4份中间区域一边只分为两份，不能与周边区域一致，故要绘制曲面片编辑轮廓线，增加轮廓线升级轮廓线移动面板后，降级轮廓线4.3.6构造格栅(若多边形阶段处理比较好，可以避免出现这种情况；抽取轮廓线后，松弛轮廓线也可以避免这种情况；只要出现这种情况，肯定是曲面片构造问题）4.4拟合曲面曲面比较光顺，能够达到要求5.车门的点云处理由于点数据阶段处理完毕，直接封装后，进行补孔，去除特征，松弛边界处理。
多边形阶段的处理比较简单，且与上一个例子的处理类似，故此处不再赘述。
5.1手工曲面建模5.1.1探测轮廓线计算区域5.1.2抽取轮廓线并编辑轮廓线检查问题，发现没有问题5.1.3构造曲面片升级降级轮廓线移动轮廓线顶点绘制曲面片5.1.4移动面板修改面板出现红色线先删除，再重新绘制其它几块，类似处理5.1.5构造栅格5.1.6拟合曲面曲面比较光顺，能够达到要求5.2自动曲面化曲面比较光顺，能够达到要求6.车头的点云处理由于点数据阶段处理完毕，直接封装后，进行补孔，去除特征，松弛边界处理。
边形阶段的处理比较简单，且与第一个例子的处理类似，故此处不再赘述。
6.1自动曲面化6.2手工曲面建模6.2.1探测轮廓线编辑轮廓线6.2.2构造曲面片在绘制曲面片布局图时，红色区域即是相交路径增加轮廓线，细分区域可以解决问题6.2.3编辑曲面片6.2.4构造栅格轮廓线的升级降级，删除、绘制，其先后顺序可能会出现不同的结果，可能会出现错误的东西前期的面板调整，可以解决这个问题6.2.5拟合曲面曲面比较光顺，能够达到要求7.结语本文结合GEOMAGIC STUDIO软件对快速曲面建模的相关操作流程进行了分析。
通过3个实例,重点对多边形阶段、曲面阶段的两个模块不同的处理方法进行了详细的分析。
在多边形阶段软件提供了强大的编辑功能，可对模型进行修复，消除零件上的的缺陷;快速曲面重建是逆向工程软件系统发展的趋势,其智能化功能仍在完善之中。
通过对几个实例的实际操作学习，加深了对于这门软件的理解，为以后的工作和学习打下良好的基础。
