基于Geomagic Studio和NX10的玩具逆向造型

摘 要：随着儿童玩具市龆栽创玩具的需求量增加，逆向造型技术也越来越多的应用于原创玩具的开发。故而逆向造型的过程与方法直接影响产品开发的进度和质量，文章着手Geomagic Studio和nx10从逆向造型的点云采集、点云处理、曲面造型和结果分析等四个方面介绍逆向造型全过程，以期缩短原创玩具的开发周期。

关键词：Geomagic Studio；NX10；玩具；逆向造型

随着儿童玩具市场对原创玩具的需求规模越来越大，各玩具生产商为了缩短新产品的开发周期以圈占市场，纷纷采用逆向造型技术。该技术旨在使用泥塑或其他手工方法快速制造玩具样本，再通过采集样本表面点云数据后，使用Geomagic Studio和NX10进行逆向造型的方式获得数字模型，最后用于制造模具和批量生产。本文将从零件表面点云数据采集、点云处理、逆向造型和结果分析等四个方面介绍逆向造型的全过程。

1 零件表面点云数据采集

零件表面点云数据采集是逆向造型的首要环节，是通过特定的测量方法和设备，将实物模型表面形状转换成几何空间坐标点，测量所得数据结果一般称为“点云”。常见的采集设备分为接触式和非接触式两类，接触式主要通过探头与模型表面接触实现表面数据的采集，该设备测量精度高，但速度慢、效率低；非接触式主要运用光学反射原理采集数据，该设备测量精度较低，但速度快，效率高。本文中采用三维天下Win3D白光扫描仪完成玩具的点云数据采集，采集结果如图1所示。

2 点云处理

由于采集点云时，无论采用哪一种测量方法和设备，都会产生错误点、杂点和噪声点，为了提高最终逆向模型的精确度，必须对点云数据进行进一步处理。本文主要借助Geomagic Studio完成点云数据的整理，通过“非连接项”“体外孤点”、“减少噪音”和手动删除外部区域点等操作完成玩具区域外所有杂点的清除，最后进行点云“封装”，形成三角片体，结果如图2所示。通过“网格医生”“去除特征”“删除钉状物”“砂纸”“简化”和“裁剪”等命令完成三角片体的孔洞填充和表面光顺，结果如图3所示，将最终结果另存为STL文件。

3 逆向造型

将前一步生成的STL文件导入至NX10建模环境中，首先将STL模型的中心点移动至WCS坐标绝对原点，便于后期逆向造型。

利用“草绘”“截面曲线”“样条曲线”“通过曲线网格”等命令，完成玩具主曲面的绘制，为了优化两端曲面的质量，应采取“补面”措施，以达到最优效果，结果如图4所示。由于该零件为左右对称件，故完成一侧曲面镜像即可，右侧部分三个钳子部分的曲面建模可借鉴主曲面的建模方法，结果如图5所示。

创建玩具钳子部分曲面，根据曲面变化位置，利用“修剪片体”“草绘”“投影”“桥接”“曲线组”和“通过曲线网格”等命令完成钳子部分曲面的创建。再利用“截面曲线”“草绘”和“旋转”等命令创建玩具的眼睛特征，镜像右侧部分曲面特征，修剪多余片体、缝合曲面并倒圆角，结果如图6所示。

4 结果分析

逆向造型完成后，为了检查结果的正确度，需对造型结果与原始STL文件进行检查分析。在NX10建模环境中使用“偏差度量”命令可得到分析结果，设置检查公差为±0.05mm，结果如图7所示，通过“错误报告”显示逆向模型的合格率为92.3%，这表明逆向模型与采集的点云数据重合度很高，逆向模型较精准的反映了泥塑模型的几何外形，符合原创玩具产品的要求。

5 结束语

本文介绍了玩具逆向造型的流程及关键技术，并以常见玩具为例，使用三维扫描仪采集点云数据，并利用Geomagic Studio和NX10对采集的点云数据进行优化处理和曲面逆向造型，最后对逆向造型结果进行分析。分析结果表明，逆向模型能呈现与泥塑模型一致的特征，并用于后续的生产制造。综上所述，这种逆向造型思路能够满足原创玩具的设计需求，同时也为其他逆向造型提供参考。

参考文献

[1]基于geomagic与UG的曲面模具重建与数控仿真[J].现代机械，2016（2）：30-33.

[2]基于NX10的气缸盖气道的逆向设计[J].科技经济导刊，2016（35）：67-68.

作者简介：谭伟林（1983-），女，湖南株洲人，湖南铁路科技职业技术学院助理实验师，研究方向：逆向造型。

彭志强（1987-），男，湖南常德人，湖南铁路科技职业技术学院讲师，研究方向：数控加工技术、逆向造型。