【摘要】文章研究的核心是解决冲压模具中损坏凹模零件修复问题。为了修复已经损坏的凹模零件，运用三维扫描仪扫描凹模零件，通过Geomagic Wrap和Geomagic Design X逆向工程软件来处理已经扫描的点云数字模型，重新建模设计凹模零件，形象直观地解决了已经损坏凹模零件的修復问题。本次凹模修复为往后相似零部件修复提供了一定参考意见。

【关键词】Geomagic  凹模  逆向工程  扫描  修复

在模具生产企业中，经过长期冲压加工，有许多冲压模具零件损坏，这些损坏的零件没有设计图纸，使损坏模具零件加工难度大幅度增加。本文运用三维扫描技术和Geomagic Design X软件对发生裂纹或崩刃等缺陷的凹模进行逆向建模，能够快速准确地还原初始模型结构，减少了已经损坏凹模零件重新设计时间，有效提高模具设计的经济效益，快速高效重构凹模三维模型。

1、三维模型数据采集

点云数据采集是逆向工程设计的源头，本次研究是应用北京三维天下有限公司的WIN3DD扫描仪采集凹模数据，该扫描仪具有较高的尺寸精度、较高的自动化操作和使用方便等优点。扫描仪的具体采集步骤如下：1）对于表面反光强烈的零件，不利于数据采集，表面需要喷涂显像剂;2）在扫描件的表面黏贴适当数量标定点;3）对凹模进行特征数据采集，获得其表面点云数据。扫描获得点云数字图形如图1所示。

2、点云数据分析与后处理

在扫描三维模型时，由于受到扫描技术等多种因素影响，故所采集的点云数据存在空洞、杂点等缺陷，运用采集点云数据进行优化处理，删除非连接项和体外孤点，去除杂点之后可以提高逆向建模的精度。用三维扫描仪扫描的数据以“.asc”的格式导入逆向建模软件Geomagic Wrap中，对导入的点云数据进行设置，比例为 “100%”，单位为“毫米”，运用该软件的点云数据处理方法，分别对已经扫描的点云文件进非连接项、体外孤点、减少噪音和着色等后处理，优化点云数字模型，并进行封装，最终获得由三角面片组成的三维数字模型，具体三角面片模型形如图2所示。

封装后所获得三角面片模型还存在一些钉状物和空洞等缺陷，可以利用该软件中的网格医生、去除钉状物和去除特征命令来修复三角面片模型，并保存为“.stl”格式，修复后的三角面片模型如图3所示。

3、三维模型重新建模

将点云数字图形封装成三角面片后，即将进行三维实体重新建模阶段。运用Geomagic Design X逆向建模软件进行预处理和三维实体重新建模，最终得到三维实体数字模型。

3.1 冲压凹模预处理

预处理过程中最关键的两个步骤就是划分“领域组”和 “视图对齐”操作，如图4所示。

1）领域组。在重构三维模型的过程中，需要提取产品表面特征，由于凹模零件结构不太复杂，可以采用“领域组”命令中自动分割的方法来划分领域，并对划分不合理领域进行手动分割和合并，直至获得合理领域划分。

2）视图对齐。视图对齐分为“自动对齐”和“手动对齐”两种方法，由于“自动对齐”会出现太多的数字模型信息，以至于无法准确选择坐标系，故这里选择“手动对齐”中追加参考点和参考平面方法，确保凹模模型坐标系对齐。

3.2重构凹模三维模型

1）提取。运用Geomagic Design X软件中面片草图命令，利用投影数字模型截面方法来提取凹模轮廓线。

2）拟合。拟合冲压凹模截面轮廓线，该轮廓线要光顺连接，最终得到三维实体数字模型轮廓线。

3）拉深。运用Geomagic Design X软件中实体拉深命令，拉深凹模轮廓线到数字模型的上表面领域，并对凹模实体数字模型倒圆角，获得凹模三维数字实体模型。

4）凹模数字模型。获得凹模三维实体数字模型后，需要关闭面片、领域和参考平面，并打开实体模型按钮，通过Geomagic Design X软件输出“.stp”格式三维建模实体文件，如图5所示。

4、重新构建模型质量分析（偏差检查）

为了确保三维模型的尺寸精度和完整性，需要对已经逆向建模零件进行尺寸偏差分析与检测，获得三维数字模型的质量检测分析结果。

4.1偏差分析

由于受到扫描仪自身精度和操作误差等因素影响，给零部件尺寸偏差和点云数据完整性带来较大影响，根据企业对凹模零件质量实际需求，设定逆向设计三维模型与原始产品数据模型上下尺寸偏差为0.1mm，通过彩色图形进行偏差检查，所创建三维模型与三角面片偏差在许用范围之内，因此逆向建模的三维模型符合凹模零件的使用要求，有效提高模具维修精度，具体分析情况如图6所示。

4.2三维模型质量分析

凹模三维模型重新建模之后，仍需要分析零部件的连续性和环境写像，观察凹模数字模型表面的连续性和光顺性来分析评估三维数字模型质量。由环境写像和连续性分析图（如图7所示）可知，重新建模的凹模数字模型表面光顺，满足凹模零件表面质量设计要求。

5、结语

本研究基于逆向工程中缺损凹模零件重新建立数字模型的方法，提炼出了基于Geomagic软件的凹模逆向建模过程。研究结果说明，此方法运用该软件提取二维面片草图，且利用拉深命令成功逆向建模，并对凹模数字模型进行倒圆角，操作简单便捷，实体建模精度高等特点。运用此种方法，有利于凹模数字模型重新建模，有利于降低模具维修成本，有利于提高模具维修精度。

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作者简介：陈森林（1976-），男，安徽合肥人，合肥职业技术学院机电工程学院讲师（工程师），硕士，研究方向：模具设计与制造、CAD/CAM、逆向工程技术。