摘 要

随着社会经济的发展和工业制造水平的提高，产品拥有了越来越复杂的外观，进而造成了越来越困难的制造过程，传统的产品制造模式已经很难精准地完成产品的设计和制造。逆向设计因其快速高效的特点在制造业中的地位也变得越来越重要。目前，逆向工程技术已在产品的复制、仿制、改进及创新设计领域普及开来，是消化吸收先进技术和缩短产品设计开发周期的重要支持手段。

本论文以玻璃瓶的逆向设计为出发点，在掌握玻璃瓶逆向设计所需相关软件的基础上完成玻璃瓶的逆向设计和LOGO重构的工作。

其主要工作内容包括：采集玻璃瓶的点云数据；借助Geomagic studio软件对玻璃瓶样的点云数据进行加工和处理；在UG软件里实现玻璃瓶样的逆向设计和LOGO的重构；借助Geomagic Qualify软件对重构的玻璃瓶和点云数据进行3D检测和偏差分析。

关键词：玻璃瓶逆向设计；点云数据；Geomagic；三维检测

Abstract

With the development of social economy and the improvement of industrial manufacturing level, the product has become more and more complex appearance, which has caused more and more difficult manufacturing process, the traditional product manufacturing model has been difficult to accurately complete the product design and manufacturing. Reverse design because of its fast and efficient features in the manufacturing industry has become increasingly important. At present, reverse engineering technology has been in the field of product reproduction, imitation, improvement and innovation design popular. It is the digestion and absorption of advanced technology and shorten the product design and development cycle of the important means of support.

In this paper, the reverse design of glass bottles as a starting point. In the mastery of the glass bottle reverse design required software based on the completion of the reverse design of glass bottles and LOGO reconstruction work.

The main work includes: Collect the glass of the point cloud data; With the Geomagic studio software on the glass-like point cloud data processing and processing; In the UG software to achieve the glass-like reverse design and LOGO reconstruction; Geomagic Qualify software was used to perform 3D detection and deviation analysis on reconstructed glass and point cloud data.

Key Words：Glass bottle reverse design; point cloud data; Geomagic; 3D detection目录

第1章 绪论 1

1.1 逆向设计技术概述 1

1.1.1 逆向工程的发展背景 1

1.1.2 逆向设计的意义 1

1.2 逆向工程的工作流程 2

1.3 逆向工程的主要技术 2

1.4 逆向工程的应用领域 2

1.5 课题来源和文本研究内容及意义 3

1.5.1 课题来源 3

1.5.2 本文研究的内容及意义 3

1.6 本章小结 3

第2章 基于Geomagic Studio软件的玻璃瓶逆向设计 5

2.1啤酒瓶点云数据的采集 5

2.2 Geomagic Studio 软件简介 5

2.3 玻璃瓶点云数据的点阶段处理 5

2.3.1 导入点云数据 5

2.3.2 噪点清除和多余点云的删除 6

2.3.3 数据采样 6

2.3.4 封装三角形网格 7

2.4 玻璃瓶点云数据的边阶段处理 7

2.4.1 创建流形 7

2.4.2 填充孔 7

2.4.3 拟合孔 8

2.4.4 网格医生 8

2.4.5 简化多边形 9

2.5 玻璃瓶点云数据的曲面阶段处理 9

2.5.1 探测轮廓线 10

2.5.2 编辑轮廓线 11

2.5.3 构造曲面片 11

2.5.4 构造栅格 11

2.5.5 拟合曲面 12

2.5.6 转换到CAD模型 12

2.6 本章小结 13

3.1 点云数据的截面线创建和导出 14

3.1.1 创建截面线 14

3.1.2 导出截面线 15

3.2 UG里三维模型再设计 15

3.2.1 截面线导入UG并进行参数测量 15

3.2.2 三维CAD模型再设计 15

3.3 LOGO的再设计 17

3.4 本章小结 18

第4章 玻璃瓶在Geomagic Qualify中的三维检测 19

4.1 Geomagic Qualify系统简介 19

4.2 Geomagic Qualify的辅助阶段 19

4.3 测量模型和参考模型的对齐操作 19

4.3.1 创建特征 19

4.3.2 最佳拟合对齐 19

4.4 检测结果与分析 20

4.4.1 比较结果 20

4.4.2 结果分析 21

4.5 本章小结 21

第5章 结论与展望 22

5.1 结论 22

5.2 展望 22

参考文献 23

致谢 25

1. 绪论

逆向设计过程即为人们对实物样品进行数据采集和数据处理等数字化处理并得到CAD数据，然后利用软件对数据进行加工，重新创建出样品的3D曲面模型，实现实物的逆向三维造型设计，最后通过CAD/CAE/CAM系统进行进一步的分析和再设计的过程。^[1]

1.1 逆向设计技术概述

1.1.1 逆向工程的发展背景

因为蓬勃发展的先进制造技术和人们生活水平的愈来愈好，造成消费者对使用产品的性能和造型提出了更高的要求。消费者对产品的要求已不单单局限于使用功能上的满足，还把注意力更多地放置在是否拥有造型时尚并富有个性的外观上。然而伴随着越来越复杂的外观的要求，产品的设计和制造过程也变得愈来愈困难，传统的产品制造模式（即设计人员首先就预期产品的外形、性能等因素展开构思，设计出满足要求的方案，然后通过CAD/CAE技术把设计方案进行三维模型的建立、仿真、优化等操作，最后将最终模型投入制造完成产品）也变得困难起来，不但耗费大量人力物力，而且最终产品的质量也差强人意。基于以上状况，制造者为了避免传统制造模式的弊端，提高产品的生产率，提高社会经济竞争力，发现了更为先进的产品制造模式。该模式为手工模型或实体样品进行数据测量，将之转换为数字化数据，通过先进技术和专业软件的支持对数据进行加工和管理，并实现进一步的分析和再设计，最后获得满足设计要求的模型。那么，上述所说的先进产品制造模式能够付诸行动需要一个一步到位的解决手段：实物转化到数据再到产品。至此，逆向工程应景而生，给制造业带来了高效的重构手段。^[2]

逆向工程（Peverse Engineering，RE）又名逆向设计，是产品设计技术再生产过程，即对一个目标产品进行逆向研究和分析，从而推算模拟并获得该模型的组成和设计要素，并制作出拥有类似功能，却并不一模一样的产品。