逆向设计与3D打印案例教程（第2版）课件：汽车零部件扫描与逆向设计

汽车零部件扫描与逆向设计Ø知识

目标：1.

掌握复杂工业零件扫描策略的制定方法；2.

掌握手持式激光扫描仪的使用方法；3.

掌握Geomagic

Design

X软件中面片草图、拉伸、曲面偏移、圆形阵列等命令。Ø技能目标：1.

能够正确使用手持式激光扫描仪；2.

能够对手持式激光扫描仪进行标定；3.

能够熟练使用手持式激光扫描仪完成复杂零件的数据采集；4.

能够熟练应用Geomagic

Design

X软件完成复杂件逆向设计。【学习目标】Ø某企业生产的汽车零件原型为一壳类铸造件，形状复杂，精度要求较高。现生产企业需要在零件数字化模型的基础上进行结构优化与工艺优化，为提高效率，决定采用逆向技术获得基础模型，即采用三维扫描进行数据采集，并利用逆向设计软件完成逆向设计。扫描时要求保证整体数据完整，维持产品原貌，避免数据丢失或损坏，模型精度控制在±0.3mm

。【项目引入】l

1.

产品分析Ø扫描产品原型是典型的工业产品，灰色铸铁件，外形尺寸约为180mm，尺寸较大，细节特征较多，扫描时要求保证整体数据完整，保留产品原有细节特征，尽量避免数据丢失或损坏，因此在扫描时采取整体扫描方。【项目分析】案l

2.

扫描策略的制定Ø观察后发现该产品原型为暗灰色，数据主要采集部分为铸件内外表面，内部细节特征较多，且深度较大，为避免喷粉对产品表面

造成的影响，结合产品扫描要求，选择手持式激光扫描仪进行扫

描，扫描仪产品如图所示。该扫描仪重量轻、体积小、分辨率高，

被扫描产品表面无需进行喷粉处理也可完成数据采集，扫描精度

高、速度快、采集数据量大，可自动生成STL三角网格面，而且

扫描仪可随时移动，操作方便，尤其适用于较大工业产品的数据

采集，满足本次扫描要求。【项目分析】任务01

数据采集02

逆向设计过程【项目实施】l

1.1

设备标定Ø按操作要求将手持式激光扫描仪连接。在数据采集前对扫描设备进行标定，使精度达到扫描要求。标定操作过程如图所示。1.扫描前的准备工作l

1.1.2

标志点粘贴Ø为了得到完整的采集数据，需对铸件表面进行标志点粘贴。粘贴标志点时，需注意以下几点：1)

保证在扫描仪的单个扫描视野内，标志点的数量大于6个即可；2)

因零件表面不进行喷粉处理，所以移除标志点很困难，需注意尽量减少标志点的粘贴数量；3)

可根据零件大小调整标志点的间距，一般在

20

mm

到

100

mm

之间；4)

该扫描仪会自动完成标志点的填充，当软件自动填充时会产出变形，粘贴标志点时需尽量远离边缘和细节特征区，不能把目标点贴在细节小于3mm的细节上

。1.1

扫描前的准备工作1.2

数据采集Ø扫描仪标定完成后，设置设备参数，如图所示，按以下步骤进行扫描。l

1.2.1

外表面数据采集Ø按图所示固定摆放零件，点击扫描按钮后开始扫描，扫描时手持扫描仪在距离头像表面大约20cm的地方开始扫描，随时观察距离指示灯，颜色1.2

数据采集以绿色为宜。l

1.2.1

外表面数据采集Ø外表面数据采集完成后，采集数据如图所示，将扫描文件另存为“扫描

1.stl”格式文件。1.2

数据采集l

1.2.2

内表面数据采集Ø翻转零件，按图所示固定摆放零件，点击【添加扫描】，用扫描外表面

的方法完成内表面的数据采集，文件另存为“扫描2.stl”格式文件。Ø扫描完成获得的数据分别为铸件内、外表面，并没有得到零件完整的采集数据，可以利用扫描仪操作软件中的【合并扫描】完成内、外表面的数据合并。1.2

数据采集l

1.2.3

合并扫描Ø点击【合并扫描】命令，选择【手册】校准模式，将外表面数据设为移动、内表面数据设为固定，如图a所示；在相同特征区对应位置选取合并1.2

数据采集点，如图b所示，点击最佳拟合。(b)(

a

)Ø本次扫描方案选择内外表面分开扫描的方式进行，通过合并的方式获得整体数据；该铸件也可整体扫描获得，标志点粘贴方案稍作改动即可完成，方案仅供

参考。l

1.2.3

合并扫描Ø数据合并完成后，可的达到铸件完整扫描数据，如图所示。1.2

数据采集l

1.2.4

文件导出Ø数据扫描完成后，将整体数据导出，另存为“铸件.STL”格式文件。1.2

数据采集Ø该件是精密铸件，结构特征明显，由铸件主体、底座、加强筋及部分细节特征构成，每个部分都是规则几何体，且有规律分布；在逆向设计过程中，可以应用Design

X软件中的面片草图、拉伸、回转等命令完成各部分的实体设计，再通过剪切、圆形阵列、布尔运算等命令获得整个实体轮廓。2

逆向设计过程l

2.1

打开文件打开Design

X软件，选择【插入】/【导入】命令，在弹出的对话框中选择要导入的文件数据“铸件.STL”,也可用鼠标直接将STL文件拖入窗口如图所示。2

逆向设计过程l

2.1

对齐坐标系(1)

创建领域组

点击【领域组】，选择【延长至近似部位】，鼠标左键点击区域1

，点击【插入】；继续选中区域2

，点击【插入】创建领域组，2

逆向设计过程如图所示。l

2.1

对齐坐标系(2)

回转

点击【回转精灵】，选择图所示领域组，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.1

对齐坐标系(3)

追加参照平面

点击【追加参照平面】,选择领域组，如图所示，创建2

逆向设计过程平面1

，点击确定。l

2.1

对齐坐标系(4)

建立参照点

点击【参照点】，选择【相交线&面】，分别选择所示中

心轴和平面1

，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.1

对齐坐标系(5)

绘制直线

点击【参照平面】，选择平面1

，以上一步得到的参照点为

原点，绘制两条直线，约束水平和垂直，如图所示。2

逆向设计过程l

2.1

对齐坐标系(6)

曲面拉伸

点击【曲面拉伸】，选择上图中绘制的两条直线，点击确

定，如图所示。2

逆向设计过程l

2.1

对齐坐标系(7)

对齐坐标系

点击【手动对齐】，进入下一阶段，移动方式选择3-2-1，如图所示，依次选择平面1和拉伸曲面作为参考，单击对勾完成坐标对齐，2

逆向设计过程点击主视图，如图所示。l2.3

铸件主体设计(1)

创建轮廓基准面1

点击【面片草图】，点击上平面和平面作为【基准面】，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l2.3

铸件主体设计(2)

绘制轮廓草图1

点击【直线】、【三点圆弧】、【圆角】等命令，绘制铸件轮廓线，调整位置使绘制轮廓线与粉线重合，如图所示，点击【确

定】。2

逆向设计过程l2.3

铸件主体设计(3)

参照线

点击【追加参照线】，选择方法为【2平面相交】，选择图所示两个平面。2

逆向设计过程l2.3

铸件主体设计(4)

回转体

点击【回转】命令，选择图绘制曲线，【轴】选择上一步建立的参照线，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l2.4

铸件底座设计(1)

创建轮廓基准面2

点击【面片草图】

，点击底座上表面作为【基准面】，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l2.4

铸件底座设计(2)

绘制轮廓草图2

点击【圆】、【变换要素】、【剪切】等命令，绘制

轮廓线，调整位置使绘制轮廓线与粉线重合，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l2.4

铸件底座设计(3)

拉伸

点击【拉伸】命令，选择轮廓草图2

，拉伸【至曲面】，选择图所示底座底面，【结果运算】选择【合并】，点击【确定】。2

逆向设计过程l2.4

铸件底座设计(4)

倒圆角

点击【圆角】命令，选择图所示参数曲线，点击【由面片估算半径】，点击【确定】。2

逆向设计过程l2.5

铸件顶部设计(1)

创建轮廓基准面3

点击【面片草图】，点击铸件顶部上表面作为【基准面】，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l2.5

铸件顶部设计(2)

绘制轮廓草图3

点击【圆】、【变换要素】、【剪切】等命令，绘制

轮廓线，调整位置使绘制轮廓线与粉线重合，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l2.5

铸件顶部设计(3)

拉伸

点击【拉伸】命令，选择轮廓草图3

，拉伸【至曲面】，选择铸件主体圆柱表面，如图所示，【结果运算】选择【合并】，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.6

特征部件一模型设计(1)

创建轮廓基准面4

点击【追加参照平面】，选择【多个点】，在特征部件一表面选择多个点，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.6

特征部件一模型设计点击【面片草图】，选择参照平面作为【基准面】，由基准面偏移的距离3mm

，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.6

特征部件一模型设计(2)

绘制轮廓草图4

点击【圆】、【圆弧】、【变换要素】、【剪切】等命令，绘制轮廓线，调整位置使绘制轮廓线与粉线重合，如图所示，点击2

逆向设计过程【确定】。l

2.6

特征部件一模型设计(3)

拉伸

点击【拉伸】命令，选择轮廓草图3

，拉伸【至曲面】，选择铸件主体圆柱表面，如图所示，【结果运算】选择【合并】，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.6

特征部件一模型设计(4)

曲面偏移

点击【曲面偏移】，选择铸件主体外表面，如图所示，距

离选择0

，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.6

特征部件一模型设计(5)

剪切

点击【剪切】命令，【工具要素】选择偏移面，【对象体】选择凸起拉伸部分，【残留体】选择选择如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.6

特征部件一模型设计(6)

布尔合并

点击【布尔运算】，选择【合并】，【工具要素】选择侧面凸起和铸件主体，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.6

特征部件二模型设计创建轮廓基准面5

点击【追加参照平面】，选择【多个点】，在特征部件二表面选择多个点，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.7

特征部件二模型设计点击【面片草图】，选择参照平面作为【基准面】，由基准面偏移的距离3mm

，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.7

特征部件二模型设计(2)

绘制轮廓草图5

点击【圆】、【圆弧】、【变换要素】、【剪切】等命令，绘制轮廓线，调整位置使绘制轮廓线与粉线重合，如图所示，点击2

逆向设计过程【确定】。l

2.7

特征部件二模型设计(3)

拉伸

点击【拉伸】命令，选择轮廓草图5

，拉伸距离21mm

，如图所2

逆向设计过程示，【结果运算】选择【剪切】，点击【确定】。l

2.7

特征部件二模型设计再次点击【拉伸】命令，选择图轮廓草图3中的圆弧曲线，拉伸【至曲面】，选择小平台曲面，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.7

特征部件二模型设计(4)

曲面偏移

点击【曲面偏移】，选择铸件主体内表面，如图所示，距

离选择0

，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.7

特征部件二模型设计(5)

剪切

点击【剪切】命令，【工具要素】选择偏移面，【对象体】选择半圆柱拉伸部分，【残留体】选择选择如图10-44所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.7

特征部件二模型设计(6)

布尔合并

点击【布尔运算】，选择【合并】，【工具要素】选择侧面凸起和铸件主体，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.8

特征部件三模型设计(1)

创建轮廓基准面6

点击【追加参照平面】，选择【多个点】，在特征

部件三表面选择多个点，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.8

特征部件三模型设计点击【面片草图】，选择参照平面作为【基准面】，由基准面偏移的距离1.8mm

，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.8

特征部件三模型设计(2)

绘制轮廓草图6

点击【圆弧】、【变换要素】、【剪切】等命令，绘

制轮廓线，调整位置使绘制轮廓线与粉线重合，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.8

特征部件三模型设计(3)

拉伸

点击【拉伸】命令，选择轮廓草图6

，拉伸距离15mm

，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.8

特征部件三模型设计(4)

曲面偏移

点击【曲面偏移】，选择铸件主体内表面，如图所示，距

离选择0

，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.8

特征部件三模型设计(4)

曲面偏移

点击【曲面偏移】，选择铸件主体内表面，如图所示，距

离选择0

，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.8

特征部件三模型设计(5)

剪切

点击【剪切】命令，【工具要素】选择偏移面，【对象体】选择轮廓6拉伸部分，【残留体】选择选择如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.8

特征部件三模型设计(6)

布尔合并

点击【布尔运算】，选择【合并】，【工具要素】选择特征3和铸件主体，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.8

特征部件三模型设计再次点击【拉伸】

，选择草图轮廓中的内圆，向内拉伸，拉伸距离30mm

，【结果运算】选择【剪切】，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.9

特征部件四模型设计(1)

创建轮廓基准面7

点击【追加参照平面】，选择【多个点】，在特征

部件四表面选择多个点，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.9

特征部件四模型设计(1)

创建轮廓基准面7

点击【追加参照平面】，选择【多个点】，在特征

部件四表面选择多个点，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.9

特征部件四模型设计点击【面片草图】，选择参照平面作为【基准面】，由基准面向下偏移的距离5mm

，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.9

特征部件四模型设计(2)

绘制轮廓草图7

点击【三点圆弧圆】、【变换要素】、【圆】等命令，绘制轮廓线，调整位置使绘制轮廓线与粉线重合，如图所示，点击【确2

逆向设计过程。定】l

2.9

特征部件四模型设计(2)

绘制轮廓草图7

点击【三点圆弧圆】、【变换要素】、【圆】等命令，绘制轮廓线，调整位置使绘制轮廓线与粉线重合，如图所示，点击【确2

逆向设计过程。定】l

2.9

特征部件四模型设计(3)

拉伸

点击【拉伸】命令，选择轮廓草图5

，向下拉伸距离24mm

，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.9

特征部件四模型设计(4)

曲面偏移

点击【曲面偏移】，选择铸件内地面，如图所示，距离选

择0

，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.9

特征部件四模型设计(5)

剪切

点击【剪切】命令，【工具要素】选择偏移面，【对象体】选择拉伸体部分，【残留体】选择选择如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.9

特征部件四模型设计(6)

布尔合并

点击【布尔运算】，选择【合并】，【工具要素】选择拉伸体和铸件主体，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.10

特征部件五模型设计(1)

创建轮廓基准面8

点击【面片草图】，点击铸件底面作为【基准面】，如图10-61所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.10

特征部件五模型设计(2)

绘制轮廓草图8

点击【圆】、【三点圆弧】、【剪切】等命令，绘制

轮廓线，调整位置使绘制轮廓线与粉线重合，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.10

特征部件五模型设计(3)

拉伸

点击【拉伸】命令，选择轮廓草图8

，向下拉伸距离20mm

，如图所示，【结果运算】选择【合并】，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.10

特征部件五模型设计再次点击【拉伸】，选择草图轮廓8中的曲线，向下拉伸20mm

，如图所示，【结果运算】选择【剪切】，点击【确定】。2

逆向设计过程l2.11

特征部件六模型设计(1)

创建领域组

点击【领域组】，选择【延长至近似部位】，鼠标左键

点击区域1

，点击【插入】；继续选中区域2

，点击【插入】创建领域组，

相同操作完成其余领域，如图所示。2

逆向设计过程l2.11

特征部件六模型设计(2)

回转

点击【回转精灵】，对图所示领域组分别进行回转操作，点击2

逆向设计过程【确定】。l

2.12

特征部件七模型设计(1)

创建参考基准面9

点击【面片草图】，点击铸件底座上表面作为【基准面】，向上偏移距离37.5mm

，如图10-67所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.12

特征部件七模型设计(2)

绘制直线

点击【直线】命令，从圆心开始绘制两条直线，使其平分

加强筋，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.12

特征部件七模型设计(3)

曲面拉伸

点击【曲面拉伸】

，选择轮廓草图中绘制的两条直线，【拉伸距离】12.5mm

，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.12

特征部件七模型设计(4)

创建轮廓基准面10

点击【面片草图】，选择曲面拉伸2作为基准面，偏移距离0mm

，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.12

特征部件七模型设计(5)

绘制轮廓草图9

点击【直线】、【三点圆弧】、【圆角】等命令，绘制铸件轮廓线，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.12

特征部件七模型设计(6)

拉伸

点击【拉伸】，选择轮廓草图，正、反方向均拉伸距离1.5mm，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.12

特征部件七模型设计(7)

倒圆角

点击【圆角】命令，半径选择2mm

，选择上一步拉伸体边缘，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.12

特征部件七模型设计(8)

圆形阵列

点击【圆形阵列】命令，【回转轴】选择铸件轴线，【要素】选择2

，【交差角】为90°，如图所示，点击确定。2

逆向设计过程l

2.12

特征部件七模型设计继续点击【圆形阵列】，【回转轴】选择铸件轴线，【要素】选择2，【交差角】为180°，如图所示，点击确定。2

逆向设计过程l

2.12

特征部件七模型设计继续点击【圆形阵列】，【回转轴】选择铸件轴线，【要素】选择2，【交差角】为270°，如图所示，点击确定。2

逆向设计过程l

2.12

特征部件七模型设计继续点击【圆形阵列】，【回转轴】选择铸件轴线，【要素】选择2，【交差角】为125.5°，如图所示，点击确定。2

逆向设计过程l

2.12

特征部件七模型设计(9)

布尔合并

点击【布尔运算】，【操作方法】选择【合并】，选择铸

件主体和各阵列特诊，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.13

特征部件八模型设计(1)

创建轮廓基准面11

点击【面片草图】，选择曲面拉伸1作为基准面，偏移距离0mm

，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.13

特征部件八模型设计(2)

绘制轮廓草图10

点击【直线】、【剪切】等命令，绘制轮廓线，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.13

特征部件八模型设计(3)

拉伸

点击【拉伸】命令，选择轮廓草图10中曲面，正、反方向拉伸距离均为1.5mm

，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.13

特征部件八模型设计(4)

倒圆角

点击【圆角】命令，选择【固定圆角】，半径输入1.5mm，选择拉伸体各边缘，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.13

特征部件八模型设计(5)

圆形阵列

继续点击【圆形阵列】，【回转轴】选择铸件轴线，【要素】选择2

，【交差角】为55°，如图所示，点击确定。2

逆向设计过程l

2.13

特征部件八模型设计继续点击【圆形阵列】，【回转轴】选择铸件轴线，调整参数后按上述步骤完成其他阵列，如图所示，点击确定。2

逆向设计过程l

2.13

特征部件八模型设计(6)

布尔合并

点击【布尔运算】，【操作方法】选择【合并】，选择铸

件主体和各阵列特诊，如图所示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.13

特征部件八模型设计(7)

曲面偏移

点击【曲面偏移】，选择铸件内表面，距离选择0

，如图所

示，点击【确定】。2

逆向设计过程l

2.13

特征部件八模型设计(8)

剪切

点击【剪切】命令，【工具要素】选择偏移面，【对象体】选择拉伸体部分，【残留体】选择选择如图所示，点击【确定】。2