某剃须刀的逆向造型设计

某剃须刀的逆向造型设计系 部： 学生姓名： 专业班级： 学 号： 指导教师： 2017 年 11 月 1 日xxxxxxx 学院 16 级毕业设计- 0 -某剃须刀的逆向造型设计机电一体化技术学生： 导师： 摘 要本文主要是借助三维扫描仪 win3DD 软件对剃须刀实物模型进行特征扫描，获得点云数据，将点云数据导入 Geomagic Studio 软件中，对导入的点云进行优化、编辑和面片处理，然后再通过 Geomagic Design 软件开展剃须刀逆向造型设计，主要完成内容包含点云数据收集、点云面片整理优化、面片重构、实体建模、曲面建模，最终得到与实物剃须刀一致的三维剃须刀模型。通过对某剃须刀的逆向造型设计，提高了产品造型能力，增强了产品开发设计的认识，提高了软件应用技能。xxxxxxx 学院 16 级毕业设计- 1 -目 录摘要 .1第一章 绪论 .31.1 逆向工程的定义 .31.2 逆向工程的关键技术流程 .31.3 逆向工程的应用与发展 .4第二章 预处理 .52.1 确定设计对象及初步分析 .52.2 软件安装 .5第三章 点云收集处理 .63.1 win3DD 收集点云 .63.2 Geomagic Studio 点云处理 .63.3 面片处理 .8第四章 曲面重构 .104.1 GEOMAGIC DESIGN X 构建坐标系 .104.2 领域划分 .124.3 刀身再造 .144.4 刀头再造 .214.5 连接部分 .274.6 按钮 .304.7 缝合 .324.8 倒角 .33第五章 数据对比 .355.1 软件检测 .355.2 实体对比 .36总结 .37参考文献 .38致谢 .39xxxxxxx 学院 16 级毕业设计- 2 -第一章 绪论1.1 逆向工程的定义（1）逆向工程（又称逆向技术），是一种产品设计技术再现过程，即对一项目标产品进行逆向分析及研究，从而演绎并得出该产品的处理流程、组织结构、功能特性及技术规格等设计要素，以制作出功能相近，但又不完全一样的产品。逆向工程源于商业及军事领域中的硬件分析。其主要目的是在不能轻易获得必要的生产信息的情况下，直接从成品分析，推导出产品的设计原理。（2）逆向工程（又名反向工程，Reverse Engineering-RE）是对产品设计过程的一种描述。在 2007 年初，我国相关的法律为逆向工程正名，承认了逆向技术用于学习研究的合法性。在工程技术人员的一般概念中，产品设计过程是一个从设计到产品的过程，即设计人员首先在大脑中构思产品的外形、性能和大致的技术参数等，然后在详细设计阶段完成各类数据模型，最终将这个模型转入到研发流程中，完成产品的整个设计研发周期。这样的产品设计过程我们称为“正向设计”过程。逆向工程产品设计可以认为是一个从产品到设计的过程。简单地说，逆向工程产品设计就是根据已经存在的产品，反向推出产品设计数据（包括各类设计图或数据模型）的过程。从这个意义上说，逆向工程在工业设计中的应用已经很久了。比如早期的船舶工业中常用的船体放样设计就是逆向工程的很好实例。（3）随着计算机辅助设计的流行，逆向工程变成了一种能根据现有的物理部件通过 CAD、CAM、CAE 或其他软件构筑 3D 虚拟模型的方法。逆向工程的过程采用了通过丈量实际物体的尺寸并将其制作成 3D 模型的方法，真实的对象可以通过如 CMMs，激光扫描仪，结构光源转换仪或者 X 射线断层成像这些 3D 扫描技术进行尺寸测量。这些测量数据通常被认作是点集，缺乏拓扑信息并且同时通常会被制作成更有用格式，例如多边形网格，NURBS 曲线或者 CAD 模型。由于顶点云本身并不像 3D 软件里的模型那样直观，所以如同 3-matic、Imageware、PolyWorks、Rapidform 或者 Geomagic，这些软件都提供了将顶点云变成能可视图像或者被其他应用软件，如 3D CAD、CAM、CAE 识别的格式的功能。1.2 逆向工程的关键技术流程（1）获取数据是逆向工程 CAD 建模的首要环节。（2）处理数据是逆向工程 CAD 建模的关键环节。（3）重建原型 CAD 模型，通过复杂曲面产品反求工程 CAD 模型，进而通过xxxxxxx 学院 16 级毕业设计- 3 -建模得到该复杂曲面的数字化模型是逆向工程的关键技术之一，此技术涉及计算机、图像处理、图形学、神经网络、计算几何、激光测量和数控等众多交叉学科及领域。（4）现有的快速加工有“减材加工”的数控加工，还有“增材加工”的快速成型机，是整个流程的最关键环节。（5）重建 CAD 模型的检验与修正主要包括精度与模型曲面品质等方面。精度反应模型与实际产物的大小。1.3 逆向工程的应用与发展（1）随着新的逆向工程原理和技术的不断引人，逆向工程已经成为联系新产品开发过程中各种先进技术的纽带，在新产品开发过程中居于核心地位，被广泛应用丁摩托车、汽车、飞机、家用电器、模具等产品的改型与创新设计，成为消化和吸收先进技术、实现新产品快速开发的重要技术手段。逆向工程技术的应用对发展中国家的企业缩短与发达国家的差距具有特别重要的意义。据统计，发展中国家 65%以上的技术源于国外，面且应用逆向工程消化并吸收先进技术经验，并使产品研制周期缩短 40% 以上，极大地提高了生产率和竞争力。因此，研究逆向工程技术，对科学技术水平的提高和经济发展具有重大意义。（2）目前，逆向工程在数据处理、曲面处理、曲面拟合、规则特征的识别、专用商业软件和三维扫描仪的开发等方面已取得了非常显著的进步，但在实际应用中，缺乏明确的建模指导方针，整个过程仍需大量的人工交互，操作者的经验和素质影响着产品的质量，自动重建曲面的光顺性难以保证，对建模人员的经验和技术技能依赖较重。而且目前的逆向工程 CAD 建模软件大多仍以构造满足一定精度和光顺性要求的 CAD 模型为最终目标，没有考虑到产品的创新需求，因此逆向工程技术依然是目前 CAD/CAM 领域中个十分话跃的研究方向。（3）逆向工程 CAD 建模的研究经历了以重构几何形状为目的的逆向工程CAD 建模，基于特征的逆向工程 CAD 建模和支持产品创新设计的逆向工程 CAD 建模三个阶段。以现有产品为原型、还原产品的设计意图以及注重重建模型的再设计能力已成为当前逆向工程 CAD 建模研究的重点。xxxxxxx 学院 16 级毕业设计- 4 -第二章 预处理2.1 确定设计对象及初步分析本次设计对象是一款剃须刀，本款剃须刀全是由曲面构成，用正向建模操作难度大。本款剃须刀结构分为两部分，刀头和刀身，主要研究设计刀身。刀身是对称结构，在大致由几块大型曲面构成，初步认为可以采用大面积的面片拟合。图 2-12.2 软件安装在电脑上安装 win3DD； Geomagic Studio ；Geomagic Design X ；xxxxxxx 学院 16 级毕业设计- 5 -第三章 点云收集处理3.1 win3DD 收集点云(1)打开电脑上 win3DD 和实际的扫描设备；（2）将软件和扫描设备连接，校准；如图 3-1图 3-1（3）将扫描产品喷上均匀的白漆，贴上标志点；（4）在 win3DD 界面上点击扫描，转动扫描仪放物托盘，在扫描，最后得到类似于实物的点云数据，保存 asc 文件。3.2 Geomagic Studio 点云处理（1）点击桌面图标 ，进入 Geomagic Studio 工作界面，点击“导入” 文件；如图 3-2。图 3-2选择刚刚制作的 asc 文件，打开，如图 3-3。xxxxxxx 学院 16 级毕业设计- 6 -图 3-3（2）选择菜单“着色点” 命令，自动给点上颜色，有利于操作，如图3-4 所示。图 3-4（3）单击“选择” “体外组件”应用 确定。得到自动选择的很多红点，如图 3-5 所示。图 3-5点击删除。可以删除很大一部分的多余部分，如图 3-6 所示。xxxxxxx 学院 16 级毕业设计- 7 -图