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目录目录 (1)第1章 逆向工程概述 (3)1.1逆向工程基本概念 (3)1.1.1逆向工程的定义 (3)1.1.2 逆向工程的应用领域 (3)1.2逆向工程常用软件 (4)1.3逆向工程数据采集系统 (6)1.4光学测量系统的误差分析及优缺点 (8)第2章 GEOMAGIC STUDIO 软件基础 (10)2.1G EOMAGIC STUDIO 工作界面 (10)2.2G EOMAGIC STUDIO 模块简介 (11)2.3G EOMAGIC STUDIO 鼠标操作及快捷键 (12)2.4G EOMAGIC STUDIO 工具栏命令详解 (14)2.4.1视图控制 (14)2.4.2 选择工具和删除 (14)2.4.3 选项设置 (14)2.5G EOMAGIC STUDIO 处理流程 (17)2.6G EOMAGIC STUDIO 基本操作案例 (18)第3章 GEOMAGIC STUDIO 点阶段 (21)3.1点云编辑 (21)3.1.1 命令 (21)3.1.2 操作流程 (21)3.2点云注册 (28)3.2.1 命令 (28)3.2.2 操作流程 (28)3.3特征对齐Ⅰ（回转件拼接） (34)3.3.1命令 (34)3.3.2 操作流程 (34)3.4特征对齐Ⅱ（球法拼接） (40)3.4.1命令 (40)3.4.2 操作流程 (40)3.5点处理案例 (45)本章小结 (48)第4章 GEOMAGIC STUDIO 多边形阶段 (50)4.1三角网格面基本处理 (50)4.1.1命令 (50)4.1.2 操作流程 (51)4.2三角网格面高级处理 (59)4.2.1命令 (59)4.2.2 操作流程 (59)4.3三角网格面处理案例 (71)本章小结 (77)第5章 GEOMAGIC STUDIO 形状阶段 (79)5.1基于探测曲率构造曲面 (79)5.1.1命令 (79)5.1.2 操作流程 (80)5.2基于探测轮廓线构造曲面 (90)5.2.1命令 (90)5.2.2 操作流程 (90)5.3形状阶段的高级编辑 (101)5.3.1命令 (101)5.3.2 操作流程 (101)5.4NURBS曲面创建案例 (107)本章小结 (112)第6章 GEOMAGIC FASHION阶段 (114)6.1构建参数化曲面 (114)6.1.1命令 (114)6.1.2 操作流程 (114)6.2参数化曲面创建案例 (125)本章小结 (137)第7章 GEOMAGIC STUDIO 12操作案例 (139)第1章 逆向工程概述1.1 逆向工程基本概念为了有效的缩短产品开发周期和节约成本，实现从实际物体到几何模型的直接转换，人们开始思索新的产品开发方案。
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。
基于GeomagicStudio的逆向工程技术第37卷第5期2008年5月贵州工业大学学报(自然科学版)JOURNAL OF G U I Z HOU UN I V ERSI TY OF TECHNOLOGY (Natural Science Editi on )Vol .37No .5May .2008文章编号:1009-0193(2008)05-0102-03基于Geo mag i c Stud i o 的逆向工程技术罗之军1,何彪2(1.贵州广播电视大学,贵州贵阳550004;2.贵州大学机械工程学院,贵州贵阳550003)摘要:介绍了逆向工程的概念、特点及工作流程,以鞋楦逆向设计过程为例,论述了基于Geomagic Studi o 的逆向工程技术。
研究表明Geomagic Studi o 在逆向工程技术的应用中具有重大的意义。
关键词:逆向工程;Geomagic Studi o;数据处理;曲面重建中图分类号:T H16 文献标识码:A0 前言逆向工程(Reverse Engineering,RE )也称反求工程,它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[1]。
逆向工程具体的工作流程是针对一现有工件(样品或模型),利用3D 数字化测量仪,准确、快速地量取样品表面点数据或轮廓线条,加以点数据处理、曲面创建,修改后,传至CAD /CAM 系统,再由CAD 系统传至CNC 加工机床或快速成型机来制作工件或模具。
目前逆向工程技术已经成为技术引进和产品快速开发的最有效的工具。
1 逆向工程的基本工作流程逆向工程的基本流程是:对实物样件进行坐标数据采集,得到表面几何数据;然这些数据进行补缺、简化、平滑等预处理;由于测量模型通常由多个面组成,因要对测量数据进行分块,再进行曲面拟合,在曲面模型的基础上可进一步建立基B -rep 结构的产品CAD 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。
Geomagic Studio逆向工程软件Geomagic Studio 能够将三维扫描数据和多边形网格转变为用于逆向工程、产品设计、快速成型和分析的准确三维数字模型。
作为将三维数据转换为参数模型的最快方式，Geomagic Studio整合所有领先的机械CAD 软件(如Pro/E, SolidWorks和CATIA等)并输出行业标准格式，包括原始CAD 文件、STL、IGES 和STEP。
Geomagic Studio 提供参数建模能力并以捕获精确几何体为特征，让您能够自由地选择最适合您应用的建模方法。
功能特点1.扫描数据处理处理大型数据集从所有主要的三维扫描仪和数字化设备中采集点数据优化扫描数据(通过删除体外孤点、减少噪音点和其他可用工具)对齐与合并多个扫描数据集自动或手动拼接多个点云2.点和多边形网格编辑通过随机采样、统一采样或曲率采样降低点云数据集的密度由点云数据创建多边形网格修改、编辑和清除多边形模型一键自动检测并纠正多边形网格的误差识别和创建模型中的特征修复和锐化边界支持多种文件输出格式包括完全嵌入式3D模型PDF格式、STL、OBJ、VRML1、VRML2、DXF、PLY和3DS3.参数化建模自动或手动将模型中的曲面归类(平面、柱面和其他)自动扩展和修剪表面，在相邻曲面间创造完美的锐化边界使用现有工具和参数控制曲面拟合无缝传输参数曲面、实体、基准和曲线到CAD中以自动构建自然的几何形状直接整合主要的CAD软件包自动修剪表面和实体以快速创建参数模型由平面、柱面、锥面、拉伸面、旋转面和自由形状曲面组合创建出单一缝合曲面提取优化的轮廓曲线使用检测选项、顺序查看命令或可视化工具分析曲面拟合结果4.精确曲面建模一键式由多边形模型自动创建水密的NURBS曲面通过手工绘制曲线轻松创建新的曲面片布局自动定义UV参数化根据公差自适应拟合曲面(C0和C1)确保各曲面片间C1连续创建相似对象的快速曲面模板拟合尖锐xx和平面区域使用向导对话框来检测和修复曲面片错误支持多种文件输出格式，包括IGES、STEP、VDA、NEU、SAT技术参数1.扫描数据格式Geomagic Studio支持所有的三维数字化仪、照相机和扫描仪的XYZ/ASCII格式。
逆向工程后處理操作簡述—Pro/E補面1.后處理的意義：掃描后的點云數據經過第三方軟体（以Geomagic Studio為例）處理后成爲曲面，但是它還不能成爲實體，不能為後續的設計、加工以至于生産所使用。
我們需要借助CAD軟体對這個曲面進行后處理，使之成爲與原始模型相符合的三維實體模型，從而便於之後的工作。
在這裡我們使用PTC公司的Pro/E軟体來介紹后處理的操作方法。
2.后處理操作步驟：2.1導入數據：2.1.1啓動Pro/E並設置工作目錄。
圖一啓動Pro/E和設置工作目錄2.1.2新建一個PART文檔，取消勾選Use default template，點選OK后，在接下來的窗口中的Template對話框中選擇mmns_part_solid，點選OK 如下圖：圖二新建文件2.1.3導入經過處理后的*.IGS數據。
選擇Insert/Shared Data/From File，在彈出的窗口中選擇需要導入的*.IGS數據，點選OPEN，然後會彈出兩個對話框，一個是Information Window，選擇Close；另一個是提示選擇Coordinate System，點選箭頭選擇系統的坐標系PRT_CSYS_DEF，點選OK導入數據如下圖：圖三導入數據2.2觀察導入數據：選擇圖標按鈕使模型以No Hidden方式顯示如圖四：模型中紫色綫條表示曲面閉合，粉紅色綫條表示曲面不閉合。
圖四導入數據2.3使用重定義命令修補破面：2.3.1進入曲面修補模塊。
在模型樹中選擇Import Feature，選擇Edit/Definition命令進入修補界面，操作如圖五：圖五修補界面2.3.2選擇Geometry/Heal Geometry/Manual/Zip Gaps/Auto Select/ Zip Gaps/Accept，獲得首次修補的曲面。
這個操作的功能是縫補破面的縫隙。
在這個過程中有一個參數：Max Gap Dist它可以調節所縫補破面的最大縫隙。
正文一、geomagic studio简介Geomagic Studio是一款专业的逆向工程软件，通过使用Geomagic Studio，用户可以将现实世界中的物体数字化，然后对其进行修改、分析和设计。
这一软件可以广泛应用于工业制造、医疗器械、汽车设计等领域。
二、逆向工程原理逆向工程是指将实物产品通过扫描、测量等方式转换为数字模型的过程。
在Geomagic Studio中，逆向工程的原理主要包括以下几个步骤：1.扫描：利用3D扫描仪对实物进行扫描，将其表面的形状和结构数字化。
扫描仪可以采集物体表面的点云数据，并将其转化为STL格式或其他的3D文件格式。
2.数据处理：通过Geomagic Studio对扫描得到的数据进行处理，包括去除噪声、修复缺陷、合并数据等操作。
这一步骤需要使用软件中的各种工具和算法，以确保数据的准确性和完整性。
3.建模：利用处理后的数据，在Geomagic Studio中进行建模操作，可以生成精确的数字模型。
建模可以根据具体需求进行，包括对原始形状的修正、添加细节、拟合曲面等。
4.分析：对建模后的数字模型进行分析，包括测量尺寸、比较实物和数字模型之间的差异、生成工程图等。
这些分析结果可以为后续的产品设计和制造提供参考。
5.修改：根据分析的结果，对数字模型进行必要的修改和优化。
Geomagic Studio提供了丰富的编辑工具和功能，可以快速调整模型的形状和结构。
6.输出：通过Geomagic Studio可以将修改后的数字模型输出为STL、STEP等格式，用于后续的CAD设计、3D打印、数控加工等应用。
三、逆向工程在工业制造中的应用逆向工程在工业制造中有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：1.快速建模：利用逆向工程技术，可以快速生成现有产品的数字模型，为产品的再设计和改进提供基础。
这对于产品的快速开发和迭代非常有帮助。
2.质量检测：通过逆向工程，可以对产品进行精确的测量和分析，快速发现产品质量问题并进行改进。
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。
可以通过以下方法减少噪音点:
(1)点击点→减少噪音,选中自由格式形状选项,如果被测对象有棱边等特征,可用其他选项;移动平滑级别滑杆到无,表明不对对象应用减噪功能,这样做是为了检查当前对象是否需要减少噪音。
(2)改变平滑级别的改变程度,同时打开显示偏差,定义预览点为3000,代表被封装和预览点的数量。
重复减少噪音点的步骤,直至满意的数据状态。
3.3 去除压痕等不规则特征
利用去除特征命令可以快速去除对象上变形的特征,使用砂纸命令来交互式光顺或松弛对象上的特征区域,该命令减少了先删除选中的几何形状、再基于曲率填充空隙的步骤。
压痕不规则特征去除处理前后如图1,处理后的模型光滑很多。
3.4 简化和细化多边形
后续的数据处理后需要精度很高的模型,要对模型进行多边形细化。
简化多边形命令可以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。
具体操作方法:点击多边形→简化多边形或点击简化多边形图标。
选中形状保持选项,定义目标三角形计数为45600,可将三角片数量减少到原来数量的30%左右,然后点击应用。
简化多边形处理前后图如图2所示。
4 产品模拟加工
在Geomagic Studio软件环境下,曲面拟合后模型保存为igs格式文件,导入到UG等三维软件中,应用一些具体的特征命令后,将修改后的文件导入到Mastercam等具有CAM加工模块的软件中,设置相应的参数,进行模拟加工后生成符合加工要求的G代码。
参考文献
[1]成思源,谢韶旺．Geomagic Studio逆向工程技术及应用.清华大学出版社,2010．
[2]陈雪芳,孙春华．逆向工程与快速成型技术应用．机械工业出版社,2009．
[3]吴永强．精通UG NX 5+IMAGEWARE逆向工程设计．电子工业出版社,2008．
[4]周鸿斌．Mastercam X4基础教程．清华大学出版社,2010．。
