Geomagic与SolidWorks之间的快速数据共享

1 引言

    逆向工程(Reverse Engineering，RE)也称为反求工程，是相对于传统的正向工程而言，它是指从样品到三维数字实体，再到最终产品的设计工程。采用逆向工程的设计方法主要是为了借鉴现有产品的设计思想，进行再次开发及设计。在此过程中，可以通过软件工具来研究现有产品的设计思想，提高产品设计的速度与质量，进而缩短产品研发周期，增强企业竞争力。

    现有的逆向工程软件较多，如Imageware、Geomagic、Polyworks等，它们有较强的点云(Point Cloud)处理能力，可以生成高级别的曲面，但其建模能力略显不足。而CAD软件，如UG、Pro/Engineer、SolidWorks等，虽然带有逆向性质的插件，但这些插件的点云处理能力较弱。因此，为了发挥它们各自的优势，可以利用逆向工程软件的点云处理功能生成曲线或曲面，再导入CAD系统进行设计。本文针对这一过程中的数据共享问题，给出了快速解决该问题的方法。

2 使用软件及研究对象

    本文使用Geomagic Studio和SolidWorks软件，分别对应用实例进行前期和后期处理。所选研究对象实物为贵州省境内自然形成的平塘掌布救星石。

3 Geomagic Studio处理阶段

    研究Geomagic Studio的点处理、多边形处理和曲面处理过程，并总结一些有利于快速进入CAD系统的处理方法与技巧。

    3.1 点处理阶段(Point Phase)

    在点处理阶段，需要对采集的点云数据进行拆分和拼接处理，进行注册，并建立基准。

    一般来说，注册后的点云数据密度很高。一方面，这种点云不利于软件的处理，甚至会引起CAD软件无法读取数据的现象；另一方面，在实际应用中通常也不需要这种高密度点云(除非是在高精度或微小细节处理领域)。因此，需要对点云数据进行采样，一般使用“统一采样(Uniform sample)”功能，通过增大曲率优先选项的系数，以获得较好的细节精度。然后，需要剔除外孤点，噪音点及非连接项。

    为未经处理的局部原始点云，为经上述过程处理后的局部点云。在这两个图中，无法分辨未经处理的高密度点云，而经过处理的点云清晰可见(由若干个点组成了一个“产”字)。

3.2 多边形处理阶段(Polygon Phase)

    经过点处理后，就可以对点云进行封装(Wrap)，进入多边形处理阶段。在此阶段，通常需要进行“填充孔(Fill hole)”操作，为了便于后续的松弛操作，以“曲率填充”为宜(如孔周围为平面，则采用“平面填充”较好)。在对细节要求较高的区域，建议先对整体进行较小的“松弛(Relax)”，再用“砂纸(Sandpaper)”工具进行局部修改，先使用“清除”选项，再使用“松弛”选项。对于有些偏差较大的区域，还要进行“偏移选择(Offset selection)”处理，来改变多边形的位置。重复上述命令后，便可达到理想的效果，如能在这一过程中使用相交区域检查功能，结果将会更好。

    3.3 曲面处理阶段(Shape Phase)

    进入形状阶段后，先对整个对象进行“探测曲率(Detect curvature)”操作，如果细节要求较高，则可考虑将敏感性参数设为“0”，然后进入曲面片编辑过程。

    在曲面片编辑过程中，应结合“构造网格(Construct Grids)”命令进行检查。对于检查出来的相交区域或相交路径，可使用“编辑曲面片(Edit patches)”、“移动面板(Shuffle panels)”及“绘制曲面片布局图(Draw patch layout)”命令来解决。具体地说，先执行“松弛曲面片(Relax patches)”命令，以减少操作次数，然后使用“修理曲面片(Repair patches)”命令检查相交路径，如果存在相交路径，则重复上述操作，否则利用“构造网格”命令来检查。经“构造网格”命令检查后，若存在相交区域，则取消该操作，回到曲面片编辑过程进行编辑和修整；如果经检查后没有相交区域，就可以进入“网格阶段(Grids phase)”。一般情况下，通过曲面片编辑处理后，网格阶段不必进行修整即可直接“拟合曲面(Fit surfaces)”。在拟合曲面过程中，建议使用“常数”选项，该选项允许修改拟合后的曲面，为了追求最好的细节，可将表面张力调到最小，控制点数目调到最大。为探测曲率后的多边形效果，为表面张力接近“0”时的曲面，它表达了该软件在这种情况下所能达到的最佳曲面细节。

4 数据转换

    4.1 Geomagic Studio与SolidWorks格式转换分析

    SolidWorks可以兼容Geomagic Studio中的DXF、IGS(或IGES)及STL(ASCⅡ或binary)格式，其中，STL文件可以采用ASCⅡ码和二进制两种存储方式，因为SolidWorks可以运行二进制STL文件，且该文件比ASCⅡ码文件小得多，因此下文所述的STL文件均指二进制文件。

    本节将Geomasic Studio在不同阶段的输出文件，分别按照DXF、IGS(IGES)和STL三种文件格式进行讨论，分析它们在SolidWorks中的导入情况。

    4.2 DXF格式导入

    以这种格式导入时，可以选择“2D”方式或“曲线／模型”方式。

    当以“2D”方式导入时，它会在一个草图中，此时需要进行很大改动，无法很好继承Geomagic Studio所形成的文件；当以“曲线/模型”方式导入时，会出现导入时间过长、占用计算机资源较多等问题，而且也存在不能很好继承Geomagic Studio文件的问题(但对于外形简单的零件也可采用)。在一般情况下，如果一定要以DXF格式导入，那么采用“2D”导入方式较好。图8给出了多边形在Geomagic Studio中的效果；图9是在SolidWorks中以“2D”方式导入后的效果，它是经过放大的，可以看出，导入后的模型由曲线组成。

    4.3 IGS(或IGES)格式导入

    由Geomagic Studio形成的这种格式文件，SolidWorks一般不能直接用“IGES(*igs，*iges)”打开，而需要通过“打开”中的“点云文件”方式。当用“点云文件”打开后，它只能显示点云数据，因此需要在SolidWorks中用“Scanto 3D”插件重新生成曲面，其优点是可以不在网格向导中再对点云进行处理。采用这种导入方式不能直接把曲面或多边形导入SolidWorks，也就是说，在Geomagic Studio中对曲面或多边形进行的编辑未能很好地应用，因此这是一种不完全的导入。这种方法可以在点云封装后导入SolidWorks，从而弥补SolidWorks点云处理能力不足的问题，使其快速进入曲面和实体编辑状态。

    4.4 STL格式导入

    STL格式可以很好地实现Geomagic Studio与SolidWorks之间的数据共享，下面分两种情况对这种导入格式进行讨论。

    (1)多边形阶段输出STL文件的导入分析

    经过Geomagic Studio处理阶段，可获得理想的多边形STL文件。在SolidWorks中，提供了STL文件的多种导入方式(如“图形实体”、“实体”、“曲面实体”等)，其中对再次设计有帮助的有“实体”和“曲面实体”两种方式，它们分别将导入的文件转换为SolidWorks中的零件实体和曲面实体。当然，这种导入方式不是万能的，它也要受到导入曲面片数目的限制。如果要以“实体”方式导入，就需要在Geomagic Studio中对多边形进行加厚，从而增加了曲面片数量，很可能因曲面片过多而无法导入实体。因此，要根据输出文件的曲面数目决定采用什么方式将STL文件导入SolidWorks。通常，在Geomagic Studio中已对多边形进行了简化(一般要精简5％-30％)，如果精简量较多，可以采用“实体”方式导入，直接生成需要的实体，以最快方式进入后期设计，但这样会影响软件运行速度；如果保持的细节较多，则采用“曲面实体”方式较好，这样可以加快软件运行速度。为经Geomagic Studio处理，多边形阶段输出STL前的效果。是采用“曲面实体”方式导入后的效果，它导入后是一个曲面，可以很好利用SolidWorks中的设计功能，提高运行速度，是多边形阶段的理想导入方式。

(2)曲面阶段输出STL文件的导入分析

    曲面阶段输出的STL文件光滑性好，曲面较细腻，对于外形复杂、曲面细节要求较高的产品来说，是一种较理想的输出阶段。但由于其输出文件较大(如本例中，曲面阶段输出的STL文件比多边形阶段增大了4倍)，因此在导入SolidWorks时，导入速度会很慢，而且由于文件大、运行速度慢，会给后期设计带来困难。因此，对于外形简单、细节要求不高的产品，可考虑在多边形阶段导出。为在曲面阶段输出STL前的效果；是在SolidWorks中的效果，由于SolidWorks对曲面的处理精度有限，所以相比，在曲面细节上还有一定差距。

相关标签搜索：Geomagic与SolidWorks之间的快速数据共享  广州有限元培训  solidworks培训  CAD培训  ansys培训  solidworks  proe培训  运动仿真  有限元FEA  

编辑