常影　明哲　佟沐霖　梁麗青　楊珊珊、吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院　、吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院水利與土木工程學(xué)院

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基于Geomagic Studio的汽車懸架控制臂點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理

常影1明哲1佟沐霖1梁麗青2楊珊珊2
1、吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院2、吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院水利與土木工程學(xué)院

摘要：汽車懸架控制臂是決定汽車性能的主要因素之一，由于其曲面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通過正向建模獲得零件模型較困難。應(yīng)用逆向建?？梢钥s短建模周期，降低研發(fā)成本。本文主要研究基于Geomagic Studio軟件的汽車懸架控制臂點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理。

關(guān)鍵詞：Geomagic Studio；汽車懸架控制臂；逆向建模；點(diǎn)云數(shù)據(jù)

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的飛快發(fā)展，人們對(duì)新事物、新車型、新技術(shù)、新體驗(yàn)要求越來越高。汽車不僅僅是簡(jiǎn)單的代步工具，人們更需要駕駛時(shí)舒適。這就不僅僅要求汽車的外形漂亮吸引人，同時(shí)還要具有良好的性能。汽車懸架系統(tǒng)決定了汽車的駕駛性能，對(duì)汽車行駛的穩(wěn)定性、安全性和舒適性影響很大。而汽車懸架控制臂是汽車懸架系統(tǒng)中的主要零部件，其性能會(huì)直接影響汽車駕駛的性能［1-3］。而汽車上的零部件大多復(fù)雜，正向建模很困難，這就增加了建模的成本和建模的周期。采用逆向建模技術(shù)，可以應(yīng)用三維掃描儀獲得零件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后再將數(shù)據(jù)導(dǎo)入逆向建模軟件，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和模型建立，最終獲得零件的模型。逆向建模不僅縮短了產(chǎn)品的建模周期和成本，還可以快速有效地優(yōu)化產(chǎn)品，為產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供了很好的幫助。

本文研究汽車懸架控制臂零件的性能，選擇某一汽車懸架控制臂零件實(shí)體，獲得點(diǎn)云數(shù)據(jù)，再應(yīng)用逆向建模軟件對(duì)其點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，為后期的模型建立提供一定的基礎(chǔ)。本文應(yīng)用Geomagic Studio軟件對(duì)汽車懸架控制臂進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理［4-6］。處理的方法如下：首先應(yīng)用非接觸式三維掃描儀獲得多組點(diǎn)云數(shù)據(jù)；然后導(dǎo)入Geomagic Studio軟件中，應(yīng)用減少噪音模塊對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行噪音處理并進(jìn)行偏差分析，如果不符合要求，則需要重新進(jìn)行噪音處理直到滿足精度要求為止；最后對(duì)多組點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)齊操作，擬合成一個(gè)數(shù)據(jù)，填充缺少的部分?jǐn)?shù)據(jù)，并進(jìn)行偏差分析，檢查所得數(shù)據(jù)是否滿足要求，如不滿足則需要重新擬合數(shù)據(jù)直到滿足精度要求為止。汽車懸架控制臂的點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理流程如圖1所示。

圖1　汽車懸架控制臂逆向造型流程圖

1　點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集

影響逆向建模精度的一個(gè)關(guān)鍵因素就是獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)質(zhì)量。數(shù)據(jù)獲取掃描方式主要分為接觸式和非接觸式兩種儀器。對(duì)于點(diǎn)云數(shù)據(jù)質(zhì)量要求高的可以采用接觸式三維掃描儀，但同時(shí)要求零件表面硬度高，這樣可以降低接觸時(shí)的磨損程度。對(duì)于零件表面硬度很低，并且要求掃描速度快的可以采用非接觸式掃描儀，并且可以多次測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)較完整。

本文中的汽車懸架控制臂零件實(shí)體相對(duì)比較大，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以需要多次快速地完成點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取，所以選擇非接觸式三維掃描儀獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

2　基于Geomagic Studio的點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理

逆向建模的誤差主要受到三維掃描儀以及點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理兩個(gè)因素影響。點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理的操作直接影響得到的模型誤差大小。所以如何能夠快速去除噪音點(diǎn)并得到最多的反應(yīng)特征點(diǎn)是非常重要的。本文將三維掃描儀得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入Geomagic Studio軟件中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，主要包括點(diǎn)云數(shù)據(jù)噪音處理、噪音偏差分析、點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)齊、填充孔、偏差分析等過程。

2.1點(diǎn)云數(shù)據(jù)噪音處理

三維掃描儀獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)是“.stl”格式的，可以直接導(dǎo)入Geomagic Studio軟件中。打開點(diǎn)云數(shù)據(jù)，進(jìn)入網(wǎng)格醫(yī)生模塊，選擇相應(yīng)的選項(xiàng)進(jìn)行自動(dòng)噪音處理，快速刪除一些雜點(diǎn)，如圖2所示。然后應(yīng)用減少噪音模塊，通過勾選不同的形狀，對(duì)該區(qū)域內(nèi)的雜點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除，即可進(jìn)一步對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行除噪，如圖3所示。

圖2　網(wǎng)格醫(yī)生噪音處理

圖3　減少噪音

2.2噪音偏差分析

經(jīng)過上述網(wǎng)格醫(yī)生和噪音處理后，基本上看不到有噪音，但是為了檢測(cè)是否已完全消除噪音，可以應(yīng)用噪音偏差分析模塊，檢查是否還有遺漏的噪音點(diǎn)未處理，如圖4所示。如果沒有達(dá)到要求，則需要重新進(jìn)行噪音處理，直到?jīng)]有噪音為止。

圖4　噪音偏差分析

從圖中可以看到，此時(shí)已經(jīng)沒有噪音點(diǎn)，滿足去噪要求。

2.3點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)齊

汽車懸架控制臂模型比較大，曲面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為了得到精度更高的模型，對(duì)零件進(jìn)行多掃描。在對(duì)模型進(jìn)行重建的過程中需要對(duì)多組數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行參考。在Geomagic Studio軟件中有點(diǎn)云對(duì)齊模塊，可以把多組數(shù)據(jù)擬合在一起，綜合去抽取、保留精準(zhǔn)點(diǎn)，去除一些雜點(diǎn)。首先將一組點(diǎn)云數(shù)據(jù)打開，然后導(dǎo)入多組點(diǎn)云數(shù)據(jù)，確定固定點(diǎn)云和浮動(dòng)點(diǎn)云，進(jìn)行手動(dòng)注冊(cè)。通過這種方法將多組點(diǎn)云數(shù)據(jù)擬合到一組數(shù)據(jù)，如圖5所示。

圖5　點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)齊

2.4填充孔

經(jīng)過點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理，相對(duì)來說得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)最全。但是仍然會(huì)發(fā)現(xiàn)在點(diǎn)云數(shù)據(jù)中有些小孔沒有數(shù)據(jù)，如果直接應(yīng)用此數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線、曲面建立，則會(huì)缺少一些特征點(diǎn)，所以此時(shí)應(yīng)該想辦法對(duì)這些小孔進(jìn)行合理填充，從而降低建模誤差，如圖6所示。

圖6?。╝）填充孔前

圖6　（b）填充孔后

2.5偏差分析

為了檢驗(yàn)最后所得到的數(shù)據(jù)是否在允許誤差范圍內(nèi)，應(yīng)用Geomagic Studio軟件中的偏差分析模塊對(duì)所得點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如圖7所示。從圖中可以看到標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.179mm，小于1mm，滿足逆向建模要求，保存文件為“.igs”格式，為后續(xù)的曲線、曲面建立奠定一定基礎(chǔ)。

圖7　偏差分析

3　結(jié)論

本文對(duì)建模的方法進(jìn)行了介紹，對(duì)汽車懸架控制臂的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了探索，分析了逆向建模的優(yōu)點(diǎn)。本文對(duì)汽車懸架控制臂點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取及應(yīng)用Geomagic Studio軟件進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理進(jìn)行了詳細(xì)的研究。為后續(xù)的模型建立奠定一定基礎(chǔ)，為像汽車懸架控制臂這樣類似零件圖紙不全、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、正向建模周期長(zhǎng)、生產(chǎn)成本高的問題找到一定的解決方法。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：常影，1988年出生，吉林省長(zhǎng)春市人，助教，研究方向：模具設(shè)計(jì)、數(shù)控加工及逆向建模等。

基金項(xiàng)目：吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院青年基金項(xiàng)目（吉農(nóng)院合字［2015］第212號(hào)）。