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。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39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。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 ；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。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。图3-6（4）大致选择主体，敲击右键，反向选择，删除主体以外的大致数据点。（5）使用“减少噪音”命令，将点移至统计的正确位置以弥补扫描仪误差(噪音)，这样点的排列会更平滑。3 .3面片处理（1） 单击“封装”，将点云数据变成面片，如图3-7所示。图3-7（2） 点击“删除钉状物”，使面片质量更好。如图3-8左图为删除钉状物右图删除钉状物。图3-8（3） 由于面片很多孔，所以要把孔填上，单击“填充单个孔”，在用鼠标选择要填充的孔，选择填充类型，之后系统自动完成，或者单击“全部填充”系统自动全部填充，填充方式系统自动决定。如图3-9所示。图3-9（4） 选择填的孔，点击“去除特征”，效果如图3-10所示，在输出stl格式文件。图3-10第四章曲面重构4.1 Geomagic Design X构建坐标系（1） 点击桌面Geomagic Design X的图标。导入处理好的剃须刀（tixudao3）面片仅导入。如图4-1图 4-1（2） 点击“模型”“平面”，要素选择模型，方法选择绘制直线，构建平面1，如图4-2所示。图 4-2（3） 点击“草图”“面片草图”选择平面1，画出两条正交线段，如图4-3所示。图 4-3（4） 单击“对齐”“手动对齐”，选择箭头下一步，位置选择平面1，Y轴选择一条直线，Z选择一条直线，单击确认即可，如图4-4所示。图4-4（5） 删除掉刚刚添加的平面即草图，如图4-5图4-54.2领域划分（1）单击“领域”“自动分割” ，根据模型情况调整铭感度，然后单击“确定”按钮，界面如图4-6所示。图4-6（2） 单击“领域”选择单个或多个领域，效果如图4-7所示。图 4-7 单击“合并”，得到图4-8效果。图4-8（3） 单击“领域”“分割”按钮，选择要分割的领域，进行自定义的领域划分，如图4-9所示。图4-9（4） 经过多次的领域自定义合并和自定义划分，得如图4-10效果。图4-104.3刀身再造（1） 单击“模型”“面片拟合”按钮，选择拟合的领域，如图4-11所示。图4-11（2） 根据实际的图，调整分辨率及拟合选项，点击确认图标，如图4-12所示。图4-12（3） 点击“草图”“面片草图”，画处拟合部位的大致轮廓，如下图4-13所示。图4-13（4） 完成绘制草图之后，点击“模型”“拉伸”按钮，选择刚刚画的草图，拉伸至图4-14所示。图4-14（5） 单击“模型”“剪切曲面”按钮，进入到剪切界面，选择拉伸片体为工具要素，面片拟合为剪切要素，如图4-15所示。图4-15点击箭头，选择中间部分作为残留体，如图4-16所示。图4-16点击确认，完成剪切曲面，隐藏拉伸片体。如图4-17所示。图4-17（6） 根据上述步骤拟合曲面2，如图4-18所示。图4-18（7） 点击“草图”“面片草图”，画处拟合部位的大致轮廓，如下图4-19所示。图4-19（8） 完成绘制草图之后，点击“模型”“拉伸”按钮，选择刚刚画的草图，拉伸至图4-20所示。4-20（9） 单击“模型”“剪切曲面”按钮，进入到剪切界面，选择拉伸片体为工具要素，面片拟合为剪切要素，点击箭头，选择中间部分作为残留体，点击确认，完成剪切曲面，隐藏拉伸片体。如图4-21所示。图4-21（10） 隐藏面片，点击“模型”“放样”按钮，选择两个片体的轮廓，如图4-22所示。图4-22点击确认，得到一个连接2个面片的面片，如图4-23所示。图4-234.4