軟件開發論文正逆向軟件產品創新設計研究

　　這篇軟件開發論文發表了正逆向軟件產品創新設計研究，逆向工程技術被廣泛應用于各種創新設計中，在逆向工程領域獲得良好的經濟效益，本次創新設計主要解決了原車門拉手組件裝配復雜、加工工藝繁瑣等缺陷，并在保持組件基本功能不變的前提下，通過改變拉手和底座的局部結構替代其余零件，從而節約了成本。

　　摘要:以某小轎車門拉手為例，對掃描標定過程的關鍵技術進行了研究，基于Geomagic逆向軟件分析了點云數據的采集及處理技術，建構了CAD模型，應用GeomagicQualify軟件獲取了精度比對報告，最終應用NX正向軟件進行了產品創新設計，極大地縮短了產品改型與創新設計周期，提高了生產效率，降低了成本。

　　關鍵詞:軟件開發論文,逆向工程,數據處理,建構CAD模型,創新設計

　　近年來，逆向工程技術隨著計算機技術、測量技術的快速發展，以及新的反求原理的不斷引入，已經被廣泛應用于家用電器、汽車、摩托車、飛機、模具等產品的改型與創新設計，成為消化、吸收先進技術，實現產品創新設計的重要技術手段[1-2]。逆向軟件從產品原型入手，除實現對原型的仿制外，還能通過數據處理、曲面重建構造產品零件的CAD模型，在探詢和了解原設計技術的基礎上，實現對原型的修改和再設計，以達到設計創新、產品更新之目的，大大縮短新產品研發周期，提高企業產品的設計和生產效率。在國內外眾多企業、大學中，逆向工程的研究逐漸被重視，目前已發展到較成熟階段。美國EDS公司Imageware軟件的開發、我國西安交通大學在CAD重構軟件方面的研究等，都在逆向工程領域獲得了良好的經濟效益。

　　1掃描系統標定

　　掃描系統的基本原理是采用先進的電外差光柵相移測量技術，首先將光柵條紋投射到被掃描工件表面，光柵條紋的幅度和相位被調制，被調制后的條紋經三維掃描系統采集到專用計算機，得到工件的三維坐標[4]。測量設備為Win3DD-L的三維掃描儀，掃描距離700mm，單幅掃描時間<3s，掃描點距為0.2～1.5mm，掃描球空間誤差為0.005+L/15000，球面度誤差為0.005+L/40000，平面度誤差為0.005+L/25000，L為單幅掃描對角線長度。啟動Win3DD掃描系統和硬件系統，點擊“掃描標定切換”按鈕，進入軟件標定界面。通過“調整相機參數”中的曝光、增益與對比度來調整相機采集亮度，以便得到滿意的圖像質量。通過調整硬件系統的高度以及俯仰角，使黑白色兩個十字叉盡可能重合，從而實現標定過程，如圖1所示。

　　2點云數據采集技術

　　2.1提高點云質量解決方案如果被掃描工件反光強烈或沒有足夠的對比度，相機將無法有效記錄投射光柵條紋信息，從而導致無法掃描出點云數據或降低數據的質量。該小轎車門拉手屬于反光物體(如圖2所示)，要噴顯像劑進行掃描(注:顯像劑要噴得均勻且薄)。另外，應給被掃描工件準備一個黑色的背景，這樣可以增加有效掃描數據的比重。2.2粘貼標志點標志點要盡量粘貼在工件的平面區域或曲率較小的曲面，且距離工件邊界稍遠一些;標志點不要貼在一條直線上，且盡量不對稱粘貼;標志點一般5～7個為宜，粘貼的標志點要保證掃描策略的順利實施，并使標志點在長度、寬度、高度方向均合理分布。該車門拉手標志點粘貼在轉臺表面上，這種粘貼方案可以有效減少工件表面的標志點數量，使掃描數據盡可能少地產生空洞，如圖3所示。當一圈掃描完成之后則需要觀察是否有區域沒有掃到，是否有分層的現象，若無，則將點云數據保存為“asc”或“txt”格式。2.3制定掃描策略對被掃描工件進行掃描時，需要經過多角度、多范圍的多次掃描，才能完成對被掃描工件的完整掃描。掃描系統采用標志點來實現多次掃描數據坐標系的統一，從而完成點云的自動拼接。針對該車門拉手的掃描，應先根據其大小、形狀、復雜程度判斷需要掃描的次數，以及掃描的次序，保證本次掃描與之前掃描提取出的標志點至少有3個公共點。

　　3點云數據處理技術

　　將獲取的點云數據導入到逆向軟件GeomagicStudio中，首先應用“體外孤點”和“減少噪音”的方法，將有效點云數據周圍的雜點選中去除，提高點云質量;其次通過“手動注冊”多點注冊模式，完成拼接，如圖4所示，接著點擊“全局注冊”，將分散的點云整合在一起，減小誤差。先后點擊“聯合點對象”、“封裝”，將點云數據轉為三角面片。通過“刪除釘狀物”去除多邊形網格上的單點尖峰。因存在掃描誤差，難以避免銳邊變鈍、平滑曲線變粗糙，應用“減少噪音”命令可對多邊形網格進行平滑處理。同時，由于該車門拉手背面結構復雜，掃描時出現結構相互遮擋的現象，一些數據無法被采集到，導致轉成三角面片后出現數據缺陷，因此需建立拓撲關系來補全數據，以還原出原始真實表面信息。最終將數據保存為“stl”格式。4CAD三維模型重構基于DesignX軟件進行三維數字化建模:1)將之前保存好的點云數據導入軟件。2)通過領域組將點云分成多個領域。該車門拉手由結構部分和自由曲面部分組成，主要分析其曲面的特點，找出具有代表性的曲線輪廓。3)通過面片草圖功能將輪廓線畫出，然后利用面片掃描功能將草圖轉化為面片，實現正面自由曲面部分的基礎輪廓面片;背面自由曲面曲率不等，通過放樣的方法，將草圖轉換為面片，延長其邊界，使面片覆蓋整個曲面部分，如圖5所示。4)通過面片草圖、拉伸、剪切等曲面編輯操作的應用，構建了該車門拉手背面的結構特征，最后進行求和、倒圓角，得出完整的模型，如圖6所示。

　　5精度分析與驗證

　　對于該車門拉手的重構，需保證自由曲面的精度要求，以達到車門拉手的美觀性和實用性。在本次研究中，主要以三維掃描儀掃描為主，精密儀器的測量為輔，共同完成車門拉手的三維模型重構。基于GeomagicQualify精度檢測軟件，將創建的自由曲面與標準三維模型各面數據進行比對，建模重構精度控制在±0.05mm以內，面與面的擬合度高，達到精度要求，即測量結果和逆向結果準確有效，如圖7所示。

　　6基于正向設計的車門拉手創新設計

　　該車門拉手由鍍鉻的拉手、底座、扭簧、鍍鉻的金屬扭簧銷、緩沖墊、車門鎖舌拉桿等組件構成。使用時，用手拉動拉手，手的力量克服扭簧的彈性力，使拉手圍繞扭簧銷旋轉，從而使得鎖舌從鎖孔中拉出，扭簧、扭簧銷、緩沖墊與他們一同形成組件，易于安裝在車門上。創新裝配設計效果如圖8所示。

　　7結束語

　　目前逆向技術的精度檢測主要是從誤差的來源進行定性分析，定量分析還不夠深入。而本文利用GeomagicQualify軟件對重構CAD模型與標準點云數據進行精度分析，結果表明達到了定量分析的目的，成功縮短了產品設計周期，提高了企業競爭力。

　　參考文獻:

　　[1]章云云.基于逆向工程的車燈自由曲面建模技術研究及應用[D].上海:上海交通大學，2012.

　　[2]周小東.面向創新設計的逆向工程技術研究[J].機床與液壓，2015(10):25-28.

　　[3]袁峰.逆向工程與產品創新設計[J].科技信息，2009(5):588-589.

　　作者：俞張勇 楊海霞 吳斌 于俊杰 陳明 周雯雯 單位：無錫職業技術學院機械技術學院

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