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基于扫描点云的模型修改技术(ThinkDesign的AMD和CMD功能)

时间:2011-02-26 10:04:19 来源:

  本文探讨了基于扫描点云的模型修改技术(ThinkDesign的AMD和CMD功能)相关内容。

  引言

  ThinkDesign1979年诞生于意大利的Think3公司,是一款可以自由发挥你的创造力和想象力的超现代造型设计软件。它拥有全球领先的混合建模核心技术和独有的全局形状建模技术(Global Shape Modeling,简称GSM)。GSM是一个快速创建和修改的工具,用户在设计的任何阶段都可以迅速准确的进行设计修改,而不必重新建模。

  基于GSM功能,ThinkDesign推出了一种基于扫描点云的模型修改技术-AMD&CMD技术,笔者经过一段时间的学习和应用,在此将其功能做个简单介绍。

  基于测量点云的曲面自适应修改(AMD: Adaption On Measured Data)

  计算机辅助设计在新产品设计中得到了广泛的应用,设计师借助3D辅助设计软件来设计、渲染一个虚拟的3D数字模型。但是,往往在数字环境下看起来很好的产品放到实际环境中时,就不是那么回事了,为了保证数字模型和物理模型尺寸的一致,新产品的典型设计流程包括下面几个阶段:

新产品典型设计流程

图1 新产品典型设计流程

  从图1可以看出,物理样机仍然是产品研发过程中非常重要的一个环节,数字和物理环境之间需要彼此交互,即数字模型常常需要根据物理样机的修改而修改。以往我们常常采用逆向的方式来重新构建3D模型,其逆向过程使修改变得困难和修改周期长。

  3D数字模型如何快速根据物理样机的改变而改变,这就是AMD的功能,它解决了根据相似物理模型建立数字模型的问题。物理模型通过机械加工或手工修改后,测量其外形,原来的3D模型就可以基于测量的点云来变形,且保持数字模型的质量。

需要修改的曲面和物理模型的扫描点云网格

图2 需要修改的曲面和物理模型的扫描点云网格

  通过图2所示,我们可以看出轮眉的物理模型已经做了修改,那么相应的数字模型得重新构建。这里我们可以采用AMD的功能自动去识别曲面与网格之间的变形量,然后采用GSM Replicate功能将此变形量应用到需要修改的曲面上去,图3是GSM Replicate的修改界面,从中我们可以看出GSM Replicate在修改过程中可以设置变形量的比率值,并可以动态查看曲面的变化过程与检查曲面的变化质量。

采用GSM Replicate功能修改曲面

图3 采用GSM Replicate功能修改曲面

  基于测量点云的回弹补偿修改(CMD:Compensation On Measure Data)

  回弹是板料冲压成形过程中一种常见、但又很难解决的现象。通常,企业前期采用CAE分析来预防回弹,后期根据试模数据来修改回弹。这两种方法都存在一个耗时费力的问题,那就是如何快速的根据CAE的数据或试模的数据来快速修改模具型面。

冲压产品典型设计制造流程

图4 冲压产品典型设计制造流程

  Compensator是基于GSM技术开发的用于进行板料回弹补偿的CAD工具,它提供了上述两种问题的解决方法。 在实际应用中,由于新材料特性不确定等因素导致CAE的分析常常与实际冲压结果不一致,基于这个原因,think3与BMW合作,推出了一种基于测量点云的回弹补偿修改功能—CMD.

CMD回弹补偿功能图示

图5 CMD回弹补偿功能图示

  CMD除了可以基于FEM(Finite Element Method)的数据外,还可以基于测量的数据来做回弹补偿,通过自动计算曲面与点云网格之间的变形量,然后采用GSM Replicate功能将此变形量应用到需要修改的曲面上去。下面通过B_Pillar 的回弹修改过程来简单介绍CMD的应用。

  第一步:扫描实际冲压件,对齐点云与将要修改的曲面,将扫面点云网格化处理。

点云网格化处理

图6 点云网格化处理

  第二步:需要修改的曲面网格化处理

  ThinkDesign可以将需要修改的曲面进行网格化处理,网格化时注意网格尺寸大小和点云网格大小保持一致。

曲面网格化处理

图7 曲面网格化处理

  第三步: 裁剪网格

  这里,我们修改的是整体拉延OP10的型面,所以采用同一个边界将点云网格和曲面网格做裁剪,ThinkDesign可以自动获取网格的边界。

网格裁剪

图8 网格裁剪

  第四步: 计算分析,得出3D变化数据

  设定CMD相关参数后计算点云网格与曲面网格之间的变形量,变形量数据以图9所示的小平面来表示。

生成3D变形参考数据

图9 生成3D变形参考数据

  第五步:Global Replicate运算得出回弹补偿后的拉延型面

  GSM Replicate可以设置变形量的比率值,默认的比率值在0~1之间,有的时候我们希望补偿多一点,该值也可以超过1。

  如果修改的不是整体拉延型面,比如压料面不修改,那么在GSM Replicate运算中,修改对象可以不选择压料面,最后再将压料面与其他部分桥接起来。

GSM Replicate 运算结果

图10 GSM Replicate 运算结果

  结论

  AMD&CMD技术提供了一种快速基于扫描点云修改3D数据的解决方案,促进了数字和物理模型的融合,它可以广泛应用于工业设计与汽车模具设计行业,其具有如下特点:

  ·大大节省模型修改时间。

  ·修改后的型面保持和原先型面相同的曲面拓补结构和曲面质量。

  ·不需要逆向过程。