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1、Geomagic studio 12 逆向基础与实例应用 目录 目录 目录目录.1 第第 1 1 章 逆向工程概述章 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 第第 2 2 章 GEOMAGIC STUDIO 软件基础章 GEOMAGIC STUDIO 软件基础. .10 2.1 GEOMAGIC STUDIO 工作界面 10 2.2 GEOMAGIC STUDIO 模块简介 11 2.3 GEOMA
2、GIC STUDIO 鼠标操作及快捷键. .12 2.4 GEOMAGIC 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 2.5 GEOMAGIC STUDIO 处理流程 17 2.6 GEOMAGIC STUDIO 基本操作案例 18 第第 3 3 章 GEOMAGIC STUDIO 点阶段章 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、 3.3 特征对齐（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（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 第第 4 4 章 GEOMAGIC STUDIO 多边形阶段章 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 Geomagic studio 12 逆向基础与实例应用 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
4、本章小结.77 第第 5 5 章 GEOMAGIC STUDIO 形状阶段章 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 5.4 NURBS 曲面创建案例 107 本章小结. .112 第第 6 6 章 GEOMAGIC FASHION章 GEOMAGIC FASHION 阶段阶段. 114 6.1 构建参数
5、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 第第 7 7 章 GEOMAGIC STUDIO 12章 GEOMAGIC STUDIO 12 操作案例操作案例. 139 Geomagic studio 12 逆向基础与实例应用 第第 1 1 章 逆向工程概述 章 逆向工程概述 1.1 逆向工程基本概念 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。 随着技术的进步及经济的发展， 逆向工程这个概念应运而 生，逆向工程广泛
6、用于汽车、模具、雕刻等行业。近几年，在我国广东，浙江，重庆等工业 发达地区，各类逆向设计公司如雨后春笋般的涌现出来。 1.1.11.1.1 逆向工程的定义 逆向工程的定义 逆向工程也称反求工程，是将实物转变为 CAD 模型相关的数字化技术、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。 图 1-1 逆向工程 1.1.2 逆向工程的应用领域 1.1.2 逆向工程的应用领域 在产品造型日益多元化的今天，逆向工程已成产品开发中不可或缺的一环，其应用范 围包括：设计、质量检测、制造加工、实物复原、实验
7、教学. 逆向设计逆向设计：在没有设计图纸或图纸不完整的情况下，需要对实物进行三维测量，再通 过逆向设计求出零件的 CAD 模型，并以此为依据进行数控加工，复制一个相同的零件。 Geomagic studio 12 逆向基础与实例应用 质量检测质量检测：逆向工程对模型的各方面数据具有精确全面的采集能力和精确的偏差分析， 将数据与设计数据进行全面的比对，找出生产或设计上的缺陷。 制造加工制造加工：传统的木雕市场都是通过师傅手工雕刻，难以形成批量生成，逆向工程通 过对手工雕刻出的实物进行扫描处理，形成雕刻机所识别的 STL 文件，进行批量生产。同 样逆向工程也应用于快速成型加工。 实物复原实物复原：
8、逆向工程也广泛用于文物及艺术品的修复。 图 1-2 圣诞老人点云 1.2 逆向工程常用软件 1.2 逆向工程常用软件 逆向工程在软件方面的环节主要分为三个阶段，首先是对扫描设备采集的点云进行处 理和分析，这方面的软件有 Geomagic studio、Rapidform、Copycad 等；然后就是曲面或实 体重构模块，这方面的软件有 imageware、UG、Pro-e、Catia 等；最后是数据分析（CAE） 模块，这方面的软件有 Geomagic Qualify 等。 Geomagic studio 12 逆向基础与实例应用 图 1-3 逆向流程 这里简单介绍逆向设计会运用的软件。 Ge
9、omagic studio（点云处理）（点云处理） Geomagic studio 是美国 raindrop Geomagic 软件公司推出的逆向工程软件，利用 geomagic studio 可轻易从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 转换成 NURBS 曲面，该软件主要包括 Capture、Wrap、Shape、Fashion 四个通用模块。 Imageware（曲面重构）（曲面重构） Imageware 由美国 EDS 公司出品， 后被德国Siemens PLM Software所收购，Imageware 因其强大的曲面编辑能力和A级曲面的构建能力而被广泛应用于汽车
10、、航空、航天、消费家 电、模具、计算机零部件等设计与制造领域。 UG（实体构造）（实体构造） UG （Unigraphics NX） 是Siemens PLM Software公司出品， 这是一个交互式CAD/CAM(计 算机辅助设计与计算机辅助制造)系统，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体建构、曲 面造型、动画仿真、数控编程。 Geomagic qualify（质量分析）（质量分析） Geomagic studio 是 Geomagic 公司出品的一款逆向校核软件，使用 Geomagic Qualify 可 以实现迅速检测产品的计算机辅助设计 (CAD) 模型和产品的制造件的差异，Geom
11、agic Geomagic studio 12 逆向基础与实例应用 Qualify 以直观易懂的图形比较结果来显示两者的差异并可自动生成格式化的报告。 1.3 逆向工程数据采集系统 1.3 逆向工程数据采集系统 数据测量，又称产品表面数字化，是指通过特定的测量设备和方法，将物体的表面转 换成离散的几何点坐标数据。 数据测量可根据获取物体表面三维数据的方式分为接触式和非 接触式，接触式的测量设备常用的有龙门式三坐标测量机、手持式关节臂，非接触式的测量 设备常用的有二维影像仪、激光扫描仪、三维光学扫描仪。本书重点介绍三维光学扫描仪， 其典型代表有 ATOS 光学扫描仪、天远光学扫描仪。 三维光学扫
12、描仪的基本原理是把结构光栅投影到物体表面，物体表面形状不同让投射 过来的光栅影线发生不同的变形，再利用两个工业相机获取相应图像，通过解析变形影线， 就可获得图像上像素的三维坐标，形成密集的三维点云。其原理图如所示。 图 1-4 光学扫描仪原理 三维光学扫描仪是目前三维形状测量中最好的方法之一，主要优点有测量范围大、速 度快、成本低、携带方便、易于操作，缺点是精度相对较低、不适合扫描曲率大的表面、点 云边界不清晰。 尽管如此， 基于结构光法的三维扫描仪仍被认为是目前测量速度和精度最好 的扫描系统之一，特别是针对复杂面型的测量。德国 GOM 公司的 ATOS 光学测量系统可以 在 1min 内完成
13、一幅 4 百多万个像素点的图像测量，且精度达到 0.03mm。 现在以 ATOS 光学扫描仪进行介绍，ATOS 测量系统是德国 GOM 公司研发的产品，自 1989 年在德国问世以来，已成为全世界最成功的扫描测量系统，它共有两个模块，分别是 复杂面型测量模块和 Tritop 拍照定位模块。 Geomagic studio 12 逆向基础与实例应用 复杂面型测量模块 复杂面型测量模块采用立体相机测量技术和先进的电外差相位测量光栅，数秒内完成 点云数据采集，不同规格每次最大采集点数是不同的，最新的型号 ATOS 可在 2s 内获取 多大 4 百万的高精度点云，并可满足在任何环境、对不同尺寸的复杂零
14、件进行三维测量，更 提供完整的误差分析和评估功能。其扫描范围可达 20m，广泛用于质量控制、逆向工程、快 速成型（雕刻业） 、快速制造、虚拟装配。 图 1-5 ATOS 三维光学扫描仪 Tritop 测量模块 Tritop 测量模块又称照相测量定位系统，是利用照相机技术来获取标记点坐标。为了有 效控制和消除复杂面型测量模块的拼接误差， 所以需使用 Tritop 测量模块， 提高大尺寸零件 的测量精度和效率。Tritop 采用一个高分辨率的数码相机，采取手持拍照式对贴有参考点的 零件从四周不同的角度进行拍照，相片数据直接读入 Tritop 软件系统进行快速处理和计算， 得到标志点的三维坐标提供给
15、复杂面型模块， 当然 Tritop 测量模块也能单独使用， 进行检测 分析功能，用于夹具、检具等特征对象测量。 图 1-6 tritop 测量模块 Geomagic studio 12 逆向基础与实例应用 1.4 光学测量系统的误差分析及优缺点 1.4 光学测量系统的误差分析及优缺点 对于工程运用来说，测量精度是必须考虑的。影响测量精度的因素很多，如测量的原 理误差、测量系统的精度以及测量过程中的随机因素等，都会对测量结果造成影响，从而产 生测量误差。影响数据测量的误差的因素主要有一下几点，尽量避免这些误差。 1) 物体自身的因素 在光学测量中被测物体本身的材料、粗造度、颜色、光学性质及表面形
16、状，对光的反 射和吸收有很大差异，尤其是物体表面的粗造度和折射率。比如直接扫描反光件，不喷显影 剂，我们会发现误差增大。 2) 标定的因素 由于光学测量系统的制造和装配时必然存在误差，因此对于物点到像点的非线性关系 的标定技术更是获取物体三维点云的关键。 由于侧头变形及标定时对光学系统进行了很多理 想假设，因此带来了一些系统误差。比如进行系统标定时，每次标定完弹出的参数是不一样 的。 3) 相机或投射器的因素 由于相机和投射器都有焦距，当焦距模糊时，拍出的工件图片是模糊，再根据模糊图 片解析点云，将会增加测量误差。 4) 标记点的误差 光学测量设备的扫描范围有限，若将整个工件扫描完整需进行多次拼接。在提点和匹 配过程将产生拼接累积误差。 5) 环境的因素 由于三维光学测量系统需通过打光栅到物体表面，因此受环境影响较大。温度： -1050，防止剧烈的温度变化；湿度范围：相对湿度65%；光强环境：在日光灯及自然 光下（不要在强光源或频闪光下） ；请勿在有腐蚀性气体、多尘、震动的环境下使用设备。 如何提高精度，是一个理论与实践结合
