常影　明哲　佟沐霖　梁丽青　杨珊珊、吉林农业科技学院机械工程学院　、吉林农业科技学院水利与土木工程学院



基于Geomagic Studio的汽车悬架控制臂点云数据处理

常影1明哲1佟沐霖1梁丽青2杨珊珊2
1、吉林农业科技学院机械工程学院2、吉林农业科技学院水利与土木工程学院

摘要：汽车悬架控制臂是决定汽车性能的主要因素之一，由于其曲面结构复杂，通过正向建模获得零件模型较困难。应用逆向建模可以缩短建模周期，降低研发成本。本文主要研究基于Geomagic Studio软件的汽车悬架控制臂点云数据处理。

关键词：Geomagic Studio；汽车悬架控制臂；逆向建模；点云数据

引言

随着科学技术的飞快发展，人们对新事物、新车型、新技术、新体验要求越来越高。汽车不仅仅是简单的代步工具，人们更需要驾驶时舒适。这就不仅仅要求汽车的外形漂亮吸引人，同时还要具有良好的性能。汽车悬架系统决定了汽车的驾驶性能，对汽车行驶的稳定性、安全性和舒适性影响很大。而汽车悬架控制臂是汽车悬架系统中的主要零部件，其性能会直接影响汽车驾驶的性能［1-3］。而汽车上的零部件大多复杂，正向建模很困难，这就增加了建模的成本和建模的周期。采用逆向建模技术，可以应用三维扫描仪获得零件的点云数据，然后再将数据导入逆向建模软件，经过数据处理和模型建立，最终获得零件的模型。逆向建模不仅缩短了产品的建模周期和成本，还可以快速有效地优化产品，为产品的创新设计提供了很好的帮助。

本文研究汽车悬架控制臂零件的性能，选择某一汽车悬架控制臂零件实体，获得点云数据，再应用逆向建模软件对其点云数据进行处理，为后期的模型建立提供一定的基础。本文应用Geomagic Studio软件对汽车悬架控制臂进行点云数据处理［4-6］。处理的方法如下：首先应用非接触式三维扫描仪获得多组点云数据；然后导入Geomagic Studio软件中，应用减少噪音模块对采集到的数据进行噪音处理并进行偏差分析，如果不符合要求，则需要重新进行噪音处理直到满足精度要求为止；最后对多组点云数据进行对齐操作，拟合成一个数据，填充缺少的部分数据，并进行偏差分析，检查所得数据是否满足要求，如不满足则需要重新拟合数据直到满足精度要求为止。汽车悬架控制臂的点云数据处理流程如图1所示。

图1　汽车悬架控制臂逆向造型流程图

1　点云数据采集

影响逆向建模精度的一个关键因素就是获得的点云数据质量。数据获取扫描方式主要分为接触式和非接触式两种仪器。对于点云数据质量要求高的可以采用接触式三维扫描仪，但同时要求零件表面硬度高，这样可以降低接触时的磨损程度。对于零件表面硬度很低，并且要求扫描速度快的可以采用非接触式扫描仪，并且可以多次测量，测量数据较完整。

本文中的汽车悬架控制臂零件实体相对比较大，而且结构复杂，所以需要多次快速地完成点云数据的获取，所以选择非接触式三维扫描仪获取点云数据。

2　基于Geomagic Studio的点云数据处理

逆向建模的误差主要受到三维扫描仪以及点云数据处理两个因素影响。点云数据处理的操作直接影响得到的模型误差大小。所以如何能够快速去除噪音点并得到最多的反应特征点是非常重要的。本文将三维扫描仪得到的点云数据导入Geomagic Studio软件中进行数据处理，主要包括点云数据噪音处理、噪音偏差分析、点云数据对齐、填充孔、偏差分析等过程。

2.1点云数据噪音处理

三维扫描仪获得的点云数据是“.stl”格式的，可以直接导入Geomagic Studio软件中。打开点云数据，进入网格医生模块，选择相应的选项进行自动噪音处理，快速删除一些杂点，如图2所示。然后应用减少噪音模块，通过勾选不同的形状，对该区域内的杂点数据进行删除，即可进一步对点云数据进行除噪，如图3所示。

图2　网格医生噪音处理

图3　减少噪音

2.2噪音偏差分析

经过上述网格医生和噪音处理后，基本上看不到有噪音，但是为了检测是否已完全消除噪音，可以应用噪音偏差分析模块，检查是否还有遗漏的噪音点未处理，如图4所示。如果没有达到要求，则需要重新进行噪音处理，直到没有噪音为止。

图4　噪音偏差分析

从图中可以看到，此时已经没有噪音点，满足去噪要求。

2.3点云数据对齐

汽车悬架控制臂模型比较大，曲面结构复杂，为了得到精度更高的模型，对零件进行多扫描。在对模型进行重建的过程中需要对多组数据同时进行参考。在Geomagic Studio软件中有点云对齐模块，可以把多组数据拟合在一起，综合去抽取、保留精准点，去除一些杂点。首先将一组点云数据打开，然后导入多组点云数据，确定固定点云和浮动点云，进行手动注册。通过这种方法将多组点云数据拟合到一组数据，如图5所示。

图5　点云数据对齐

2.4填充孔

经过点云数据处理，相对来说得到的点云数据最全。但是仍然会发现在点云数据中有些小孔没有数据，如果直接应用此数据进行曲线、曲面建立，则会缺少一些特征点，所以此时应该想办法对这些小孔进行合理填充，从而降低建模误差，如图6所示。

图6　（a）填充孔前

图6　（b）填充孔后

2.5偏差分析

为了检验最后所得到的数据是否在允许误差范围内，应用Geomagic Studio软件中的偏差分析模块对所得点云数据进行分析，如图7所示。从图中可以看到标准偏差为0.179mm，小于1mm，满足逆向建模要求，保存文件为“.igs”格式，为后续的曲线、曲面建立奠定一定基础。

图7　偏差分析

3　结论

本文对建模的方法进行了介绍，对汽车悬架控制臂的结构进行了探索，分析了逆向建模的优点。本文对汽车悬架控制臂点云数据的获取及应用Geomagic Studio软件进行点云数据处理进行了详细的研究。为后续的模型建立奠定一定基础，为像汽车悬架控制臂这样类似零件图纸不全、结构复杂、正向建模周期长、生产成本高的问题找到一定的解决方法。

参考文献：

［1］蒋翠翠，上官文斌.汽车悬架控制臂［J］.现代零部件，2008，2∶90-92.

［2］上官文斌，徐驰.汽车悬架控制臂液压衬套动态特性实测与计算分析［J］.振动与冲击，2007，26（9）∶7-11.

［3］何小静，上官文斌.汽车悬架下控制臂的有限元分析［J］.噪声与振动控制，2012，32（3）∶125-128.

［4］成思源，谢绍旺.Geomagic Studio逆向工程技术及应用［M］.北京∶清华大学出版社，2010.

［5］马金锋，高东强，林欢等.基于Geomagic Qualify的曲面模型精度分析［J］.制造业自动化，2013，35（9）∶6-8.

［6］付伟，张海.基于Geomagic Studio软件的逆向工程设计［J］.工具技术，2007，41（11）∶54-57.

作者简介：常影，1988年出生，吉林省长春市人，助教，研究方向：模具设计、数控加工及逆向建模等。

基金项目：吉林农业科技学院青年基金项目（吉农院合字［2015］第212号）。