本文探討了基于掃描點(diǎn)云的模型修改技術(shù)(ThinkDesign的AMD和CMD功能)相關(guān)內(nèi)容。

　　引言

　　ThinkDesign1979年誕生于意大利的Think3公司，是一款可以自由發(fā)揮你的創(chuàng)造力和想象力的超現(xiàn)代造型設(shè)計(jì)軟件。它擁有全球領(lǐng)先的混合建模核心技術(shù)和獨(dú)有的全局形狀建模技術(shù)(Global Shape Modeling，簡(jiǎn)稱(chēng)GSM)。GSM是一個(gè)快速創(chuàng)建和修改的工具，用戶(hù)在設(shè)計(jì)的任何階段都可以迅速準(zhǔn)確的進(jìn)行設(shè)計(jì)修改，而不必重新建模。

　　基于GSM功能，ThinkDesign推出了一種基于掃描點(diǎn)云的模型修改技術(shù)-AMD&CMD技術(shù)，筆者經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，在此將其功能做個(gè)簡(jiǎn)單介紹。

　　基于測(cè)量點(diǎn)云的曲面自適應(yīng)修改(AMD: Adaption On Measured Data)

　　計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用，設(shè)計(jì)師借助3D輔助設(shè)計(jì)軟件來(lái)設(shè)計(jì)、渲染一個(gè)虛擬的3D數(shù)字模型。但是，往往在數(shù)字環(huán)境下看起來(lái)很好的產(chǎn)品放到實(shí)際環(huán)境中時(shí)，就不是那么回事了，為了保證數(shù)字模型和物理模型尺寸的一致，新產(chǎn)品的典型設(shè)計(jì)流程包括下面幾個(gè)階段：

圖1 新產(chǎn)品典型設(shè)計(jì)流程

　　從圖1可以看出，物理樣機(jī)仍然是產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，數(shù)字和物理環(huán)境之間需要彼此交互，即數(shù)字模型常常需要根據(jù)物理樣機(jī)的修改而修改。以往我們常常采用逆向的方式來(lái)重新構(gòu)建3D模型，其逆向過(guò)程使修改變得困難和修改周期長(zhǎng)。

　　3D數(shù)字模型如何快速根據(jù)物理樣機(jī)的改變而改變，這就是AMD的功能，它解決了根據(jù)相似物理模型建立數(shù)字模型的問(wèn)題。物理模型通過(guò)機(jī)械加工或手工修改后，測(cè)量其外形，原來(lái)的3D模型就可以基于測(cè)量的點(diǎn)云來(lái)變形，且保持?jǐn)?shù)字模型的質(zhì)量。

圖2 需要修改的曲面和物理模型的掃描點(diǎn)云網(wǎng)格

　　通過(guò)圖2所示，我們可以看出輪眉的物理模型已經(jīng)做了修改，那么相應(yīng)的數(shù)字模型得重新構(gòu)建。這里我們可以采用AMD的功能自動(dòng)去識(shí)別曲面與網(wǎng)格之間的變形量，然后采用GSM Replicate功能將此變形量應(yīng)用到需要修改的曲面上去，圖3是GSM Replicate的修改界面，從中我們可以看出GSM Replicate在修改過(guò)程中可以設(shè)置變形量的比率值，并可以動(dòng)態(tài)查看曲面的變化過(guò)程與檢查曲面的變化質(zhì)量。

圖3 采用GSM Replicate功能修改曲面

　　基于測(cè)量點(diǎn)云的回彈補(bǔ)償修改(CMD:Compensation On Measure Data)

　　回彈是板料沖壓成形過(guò)程中一種常見(jiàn)、但又很難解決的現(xiàn)象。通常，企業(yè)前期采用CAE分析來(lái)預(yù)防回彈，后期根據(jù)試模數(shù)據(jù)來(lái)修改回彈。這兩種方法都存在一個(gè)耗時(shí)費(fèi)力的問(wèn)題，那就是如何快速的根據(jù)CAE的數(shù)據(jù)或試模的數(shù)據(jù)來(lái)快速修改模具型面。

圖4 沖壓產(chǎn)品典型設(shè)計(jì)制造流程

　　Compensator是基于GSM技術(shù)開(kāi)發(fā)的用于進(jìn)行板料回彈補(bǔ)償?shù)腃AD工具，它提供了上述兩種問(wèn)題的解決方法。 在實(shí)際應(yīng)用中，由于新材料特性不確定等因素導(dǎo)致CAE的分析常常與實(shí)際沖壓結(jié)果不一致，基于這個(gè)原因，think3與BMW合作，推出了一種基于測(cè)量點(diǎn)云的回彈補(bǔ)償修改功能—CMD.

圖5 CMD回彈補(bǔ)償功能圖示

　　CMD除了可以基于FEM(Finite Element Method)的數(shù)據(jù)外，還可以基于測(cè)量的數(shù)據(jù)來(lái)做回彈補(bǔ)償，通過(guò)自動(dòng)計(jì)算曲面與點(diǎn)云網(wǎng)格之間的變形量，然后采用GSM Replicate功能將此變形量應(yīng)用到需要修改的曲面上去。下面通過(guò)B_Pillar 的回彈修改過(guò)程來(lái)簡(jiǎn)單介紹CMD的應(yīng)用。

　　第一步：掃描實(shí)際沖壓件，對(duì)齊點(diǎn)云與將要修改的曲面，將掃面點(diǎn)云網(wǎng)格化處理。

圖6 點(diǎn)云網(wǎng)格化處理

　　第二步：需要修改的曲面網(wǎng)格化處理

　　ThinkDesign可以將需要修改的曲面進(jìn)行網(wǎng)格化處理，網(wǎng)格化時(shí)注意網(wǎng)格尺寸大小和點(diǎn)云網(wǎng)格大小保持一致。

圖7 曲面網(wǎng)格化處理

　　第三步： 裁剪網(wǎng)格

　　這里，我們修改的是整體拉延OP10的型面，所以采用同一個(gè)邊界將點(diǎn)云網(wǎng)格和曲面網(wǎng)格做裁剪，ThinkDesign可以自動(dòng)獲取網(wǎng)格的邊界。

圖8 網(wǎng)格裁剪

　　第四步： 計(jì)算分析，得出3D變化數(shù)據(jù)

　　設(shè)定CMD相關(guān)參數(shù)后計(jì)算點(diǎn)云網(wǎng)格與曲面網(wǎng)格之間的變形量,變形量數(shù)據(jù)以圖9所示的小平面來(lái)表示。

圖9 生成3D變形參考數(shù)據(jù)

　　第五步：Global Replicate運(yùn)算得出回彈補(bǔ)償后的拉延型面

　　GSM Replicate可以設(shè)置變形量的比率值，默認(rèn)的比率值在0~1之間，有的時(shí)候我們希望補(bǔ)償多一點(diǎn)，該值也可以超過(guò)1。

　　如果修改的不是整體拉延型面,比如壓料面不修改，那么在GSM Replicate運(yùn)算中，修改對(duì)象可以不選擇壓料面，最后再將壓料面與其他部分橋接起來(lái)。

圖10 GSM Replicate 運(yùn)算結(jié)果

　　結(jié)論

　　AMD&CMD技術(shù)提供了一種快速基于掃描點(diǎn)云修改3D數(shù)據(jù)的解決方案，促進(jìn)了數(shù)字和物理模型的融合，它可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)與汽車(chē)模具設(shè)計(jì)行業(yè)，其具有如下特點(diǎn)：

　　·大大節(jié)省模型修改時(shí)間。

　　·修改后的型面保持和原先型面相同的曲面拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)和曲面質(zhì)量。

　　·不需要逆向過(guò)程。