譚偉林+彭志強

摘 要：隨著兒童玩具市場對原創(chuàng)玩具的需求量增加，逆向造型技術也越來越多的應用于原創(chuàng)玩具的開發(fā)。故而逆向造型的過程與方法直接影響產(chǎn)品開發(fā)的進度和質(zhì)量，文章著手Geomagic Studio和NX10從逆向造型的點云采集、點云處理、曲面造型和結(jié)果分析等四個方面介紹逆向造型全過程，以期縮短原創(chuàng)玩具的開發(fā)周期。

關鍵詞：Geomagic Studio；NX10；玩具；逆向造型

隨著兒童玩具市場對原創(chuàng)玩具的需求規(guī)模越來越大，各玩具生產(chǎn)商為了縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期以圈占市場，紛紛采用逆向造型技術。該技術旨在使用泥塑或其他手工方法快速制造玩具樣本，再通過采集樣本表面點云數(shù)據(jù)后，使用Geomagic Studio和NX10進行逆向造型的方式獲得數(shù)字模型，最后用于制造模具和批量生產(chǎn)。本文將從零件表面點云數(shù)據(jù)采集、點云處理、逆向造型和結(jié)果分析等四個方面介紹逆向造型的全過程。

1 零件表面點云數(shù)據(jù)采集

零件表面點云數(shù)據(jù)采集是逆向造型的首要環(huán)節(jié)，是通過特定的測量方法和設備，將實物模型表面形狀轉(zhuǎn)換成幾何空間坐標點，測量所得數(shù)據(jù)結(jié)果一般稱為“點云”。常見的采集設備分為接觸式和非接觸式兩類，接觸式主要通過探頭與模型表面接觸實現(xiàn)表面數(shù)據(jù)的采集，該設備測量精度高，但速度慢、效率低；非接觸式主要運用光學反射原理采集數(shù)據(jù)，該設備測量精度較低，但速度快，效率高。本文中采用三維天下Win3D白光掃描儀完成玩具的點云數(shù)據(jù)采集，采集結(jié)果如圖1所示。

2 點云處理

由于采集點云時，無論采用哪一種測量方法和設備，都會產(chǎn)生錯誤點、雜點和噪聲點，為了提高最終逆向模型的精確度，必須對點云數(shù)據(jù)進行進一步處理。本文主要借助Geomagic Studio完成點云數(shù)據(jù)的整理，通過“非連接項”“體外孤點”、“減少噪音”和手動刪除外部區(qū)域點等操作完成玩具區(qū)域外所有雜點的清除，最后進行點云“封裝”，形成三角片體，結(jié)果如圖2所示。通過“網(wǎng)格醫(yī)生”“去除特征”“刪除釘狀物”“砂紙”“簡化”和“裁剪”等命令完成三角片體的孔洞填充和表面光順，結(jié)果如圖3所示，將最終結(jié)果另存為STL文件。

3 逆向造型

將前一步生成的STL文件導入至NX10建模環(huán)境中，首先將STL模型的中心點移動至WCS坐標絕對原點，便于后期逆向造型。

利用“草繪”“截面曲線”“樣條曲線”“通過曲線網(wǎng)格”等命令，完成玩具主曲面的繪制，為了優(yōu)化兩端曲面的質(zhì)量，應采取“補面”措施，以達到最優(yōu)效果，結(jié)果如圖4所示。由于該零件為左右對稱件，故完成一側(cè)曲面鏡像即可，右側(cè)部分三個鉗子部分的曲面建?？山梃b主曲面的建模方法，結(jié)果如圖5所示。

創(chuàng)建玩具鉗子部分曲面，根據(jù)曲面變化位置，利用“修剪片體”“草繪”“投影”“橋接”“曲線組”和“通過曲線網(wǎng)格”等命令完成鉗子部分曲面的創(chuàng)建。再利用“截面曲線”“草繪”和“旋轉(zhuǎn)”等命令創(chuàng)建玩具的眼睛特征，鏡像右側(cè)部分曲面特征，修剪多余片體、縫合曲面并倒圓角，結(jié)果如圖6所示。

4 結(jié)果分析

逆向造型完成后，為了檢查結(jié)果的正確度，需對造型結(jié)果與原始STL文件進行檢查分析。在NX10建模環(huán)境中使用“偏差度量”命令可得到分析結(jié)果，設置檢查公差為±0.05mm，結(jié)果如圖7所示，通過“錯誤報告”顯示逆向模型的合格率為92.3%，這表明逆向模型與采集的點云數(shù)據(jù)重合度很高，逆向模型較精準的反映了泥塑模型的幾何外形，符合原創(chuàng)玩具產(chǎn)品的要求。

5 結(jié)束語

本文介紹了玩具逆向造型的流程及關鍵技術，并以常見玩具為例，使用三維掃描儀采集點云數(shù)據(jù)，并利用Geomagic Studio和NX10對采集的點云數(shù)據(jù)進行優(yōu)化處理和曲面逆向造型，最后對逆向造型結(jié)果進行分析。分析結(jié)果表明，逆向模型能呈現(xiàn)與泥塑模型一致的特征，并用于后續(xù)的生產(chǎn)制造。綜上所述，這種逆向造型思路能夠滿足原創(chuàng)玩具的設計需求，同時也為其他逆向造型提供參考。

參考文獻

[1]基于Geomagic與UG的曲面模具重建與數(shù)控仿真[J].現(xiàn)代機械，2016（2）：30-33.

[2]基于NX10的氣缸蓋氣道的逆向設計[J].科技經(jīng)濟導刊，2016（35）：67-68.

作者簡介：譚偉林（1983-），女，湖南株洲人，湖南鐵路科技職業(yè)技術學院助理實驗師，研究方向：逆向造型。

彭志強（1987-），男，湖南常德人，湖南鐵路科技職業(yè)技術學院講師，研究方向：數(shù)控加工技術、逆向造型。