1818_玩具汽車的逆向造型研究
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南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目 玩具汽車的逆向造型研究專 業(yè) 名 稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 078105303學(xué) 生 姓 名 陳 江 波指 導(dǎo) 教 師 于 斐南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文1目 錄第一章 緒論1.1 逆向工程簡(jiǎn)介………………………………………………………………………31.1.1 逆向工程的概念…………………………………………………………………31.1.2 逆向工程的現(xiàn)狀及應(yīng)用…………………………………………………………41.1.3 逆向工程的一般步驟……………………………………………………………41.2 測(cè)量工具 ATOSⅠ介紹………………………………………………………………51.3 軟件 Pro/E 介紹……………………………………………………………………61.4CATIA 軟件介紹……………………………………………………………………71.5 本課題的意義和內(nèi)容………………………………………………………………9第二章 逆向工程中的測(cè)量技術(shù)2.1 測(cè)量方式…………………………………………………………………………112.2 零件掃描過程……………………………………………………………………122.3 本章小結(jié)…………………………………………………………………………15第三章 逆向工程的后處理及三維建模3.1 逆向工程的后處理………………………………………………………………153.1.1 逆向工程后處理的要求………………………………………………………153.1.2 曲線與曲面的連續(xù)性…………………………………………………………153.1.3 曲線的擬合……………………………………………………………………153.1.4 曲線的構(gòu)建……………………………………………………………………163.1.5 點(diǎn)數(shù)據(jù)處理……………………………………………………………………173.1.6 曲線的構(gòu)建和分析……………………………………………………………183.1.7 曲面構(gòu)建與分析………………………………………………………………193.2 基于 CATIA 軟件下逆向后處理…………………………………………………213.2.1 CATIA 曲面重構(gòu)工具介紹……………………………………………………213.2.2 平面特征………………………………………………………………………223.3 曲面重構(gòu)具體過程[4][5][6]…………………………………………………223.4 曲率分析…………………………………………………………………………303.5 本章小結(jié)…………………………………………………………………………32第四章 基于 Pro/E 的玩具汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及虛擬裝配4.1 各個(gè)零部件的設(shè)計(jì)……………………………………………………………32南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文24.1.1 規(guī)則實(shí)體重構(gòu)方法…………………………………………………………324.1.2 零件設(shè)計(jì)的一般步驟………………………………………………………334.2 虛擬裝配………………………………………………………………………384.3 本章小結(jié)………………………………………………………………………41第五章 結(jié)論參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………43致 謝………………………………………………………………………………44南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文3第一章 緒論1.1 逆向工程簡(jiǎn)介1.1.1 逆向工程的概念逆向工程(反求工程) 是利用對(duì)實(shí)物測(cè)量的數(shù)據(jù)重新構(gòu)造實(shí)物的計(jì)算機(jī)模型,然后利用 CAD/CAE/CAM 等計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)進(jìn)行分析、再設(shè)計(jì)、數(shù)控編程等操作,而后進(jìn)行加工。逆向工程現(xiàn)己發(fā)展為 CAD/CAM 中一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的范疇。通過實(shí)物模型產(chǎn)生 CAD 模型,可以使產(chǎn)品設(shè)計(jì)充分利用 CAD 技術(shù)的優(yōu)勢(shì),并適應(yīng)智能化、集成化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造過程中的信息交換。實(shí)施逆向工程可以充分發(fā)揮先進(jìn)的測(cè)量設(shè)備的優(yōu)越性,使其既可以作為 CAD/CAM 系統(tǒng)所需要的三維輸入裝置,又可以作為CAD/CAM 系統(tǒng)處理后的誤差檢測(cè)評(píng)估裝置,從而提高工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì),制造自動(dòng)化程度,縮短產(chǎn)品的試制開發(fā)周期,降低生產(chǎn)成本。將逆向工程技術(shù)定義為沒有工程圖紙的情況下,對(duì)物體的物理模型進(jìn)行測(cè)量,通過對(duì)測(cè)量信息的分析和處理來(lái)反求其 CAD 模型的過程。在這一意義下,逆向工程可以定義為:是將實(shí)物轉(zhuǎn)變?yōu)?CAD模型相關(guān)的數(shù)字化技術(shù)和幾何模型重建技術(shù)的總稱。逆向工程是綜合性很強(qiáng)的術(shù)語(yǔ),它是以設(shè)計(jì)方法學(xué)為指導(dǎo),以現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論、方法、技術(shù)為基礎(chǔ),運(yùn)用各種專業(yè)人員的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和創(chuàng)新思維,對(duì)己有新產(chǎn)品進(jìn)行解剖、深化和再創(chuàng)造,是對(duì)己有設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì),特別強(qiáng)調(diào)再創(chuàng)造是反求的靈魂。從工程應(yīng)用的目的出發(fā),將反求工程的研究領(lǐng)域拓寬到工藝、材料、原理等方面的反求,是廣義上的反求。應(yīng)該看到:逆向工程有其獨(dú)特的共性技術(shù)和內(nèi)容,還是一門新興的交叉學(xué)科分支?,F(xiàn)行產(chǎn)品中的各種復(fù)雜高新技術(shù),在逆向工程中都會(huì)遇到如何消化吸收并加以改進(jìn)和提高。所以對(duì)于新興技術(shù)的理解、消化和推廣上,逆向工程作用十分巨大。現(xiàn)代人們通稱的設(shè)計(jì)一般均指正向設(shè)計(jì)。它根據(jù)市場(chǎng)需要提出目標(biāo)和技術(shù)要求,使設(shè)計(jì)意圖變?yōu)楫a(chǎn)品。如何合理利用他人的設(shè)計(jì)思想,加快自身產(chǎn)品更新?lián)Q代的能力,是在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的今天站穩(wěn)腳跟,持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。實(shí)際上,在設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域,任何產(chǎn)品的問世,包括創(chuàng)新、改進(jìn)和仿制,都蘊(yùn)含著對(duì)已有科學(xué)、技術(shù)的應(yīng)用和借鑒改進(jìn)。可以看出,反求思維在工程中的應(yīng)用己源遠(yuǎn)流長(zhǎng),然而提出這種術(shù)語(yǔ)并作為一門學(xué)問去研究,則出現(xiàn)于 60 年代,逆向工程是各國(guó)技術(shù)進(jìn)步、發(fā)展,尤其是發(fā)展中國(guó)家迅速改變技術(shù)落后狀況,提高綜合設(shè)計(jì)、決策水平、制造水平,趕超世界先進(jìn)水平的迅捷之路。戰(zhàn)后日本工業(yè)恢復(fù)的需要使其首先對(duì)逆向工程進(jìn)行了較早的研究,日本提出“第一臺(tái)引進(jìn),第二臺(tái)國(guó)產(chǎn)化,第三臺(tái)出口”的口號(hào),用了近二十年時(shí)間迅速崛起成為世界經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)就是一個(gè)生動(dòng)的歷史證明 [1]。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文41.1.2 逆向工程的現(xiàn)狀及應(yīng)用逆向工程是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的消化、吸收和提高先進(jìn)技術(shù)的一系列分析方法以及應(yīng)用技術(shù)的組合,其主要目的是為了改善技術(shù)水平,提高生產(chǎn)率,增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力。世界各國(guó)在經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展中,應(yīng)用逆向工程消化吸收先進(jìn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn),給人們有益的啟示。據(jù)統(tǒng)計(jì),各國(guó)百分之七十以上的技術(shù)源于國(guó)外,逆向工程作為掌握技術(shù)的一種手段,可使產(chǎn)品研制周期縮短百分之四十以上,極大提高了生產(chǎn)率。因此研究逆向工程技術(shù),對(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的提高,具有重大的意義。逆向工程的應(yīng)用領(lǐng)域大致可分為以下幾種情況:(1)在產(chǎn)品仿制中的應(yīng)用有時(shí),擬合制作的產(chǎn)品沒有原始的設(shè)計(jì)圖檔,而是由委托單位交付樣品或?qū)嵨锬P停?qǐng)制作單位復(fù)制。傳統(tǒng)的復(fù)制方法是用立體雕刻機(jī)或三軸仿形銑床以 1: 1 的比例制作模具,再生產(chǎn)產(chǎn)品。這種方法屬于模擬型復(fù)制,其缺點(diǎn)是無(wú)法建立工件尺寸圖檔,因而也無(wú)法用現(xiàn)有的 CAD 軟件對(duì)其進(jìn)行修改,故已漸為新型的數(shù)字化逆向工程系統(tǒng)所取代。在這種情況下,在對(duì)零件原形進(jìn)行三維反求的基礎(chǔ)上形成零件的設(shè)計(jì)圖紙或 CAD 模型,并以此為依據(jù)生成數(shù)控加工的 NC 代碼,加工復(fù)制出一個(gè)相同的零件。(2)在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的要求越來(lái)越高。為贏得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),不僅要求產(chǎn)品的功能先進(jìn),而且要求外形美觀。而在造型中針對(duì)產(chǎn)品外形的美學(xué)設(shè)計(jì),已不是傳統(tǒng)訓(xùn)練下的機(jī)械工程師所能勝任的。一些具有美工背景的設(shè)計(jì)師們可利用 CAD 技術(shù)構(gòu)想創(chuàng)新的美觀外形,再以手工方式塑造出模型,如木模、石膏模、粘土模、膠模、工程塑膠模、玻璃纖維模等,然后再以三維測(cè)量的方式建立曲面模型。在美學(xué)設(shè)計(jì)特別重要的領(lǐng)域,例如汽車外型設(shè)計(jì)廣泛采用真實(shí)比例的木制或泥塑模型來(lái)評(píng)估設(shè)計(jì)的美學(xué)效果,而不采用在計(jì)算機(jī)屏幕上縮小比例的物體投視圖的方法,此時(shí)需用逆向工程的設(shè)計(jì)方法。(3)在舊產(chǎn)品改進(jìn)中的應(yīng)用在對(duì)舊產(chǎn)品改進(jìn)時(shí),有時(shí)并沒有零件的 CAD 模型,因此需要利用逆向工程技術(shù)建立產(chǎn)品的幾何模型,然后再利用傳統(tǒng)的 CAD 軟件對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)。當(dāng)要設(shè)計(jì)需要通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試才能定型的工件模型時(shí),通常采用逆向工程的方法。比如航天航空領(lǐng)域,為了滿足產(chǎn)品對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)等要求,首先要求在初始設(shè)計(jì)模型的基礎(chǔ)上經(jīng)過各種性能測(cè)試(如風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)等)建立符合要求的產(chǎn)品模型,這類零件一般具有復(fù)雜的南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文5自由曲面外型,最終的實(shí)驗(yàn)?zāi)P蛯⒊蔀樵O(shè)計(jì)這類零件及反求其模具的依據(jù)。(4)在 RPM (Rapid Prototyping Manufacturing,快速原型制造) 中的應(yīng)用快速原型制造(又稱 RP 技術(shù))是 80 年代后期興起的一種基于材料累加法的高新制造技術(shù),被認(rèn)為是近 20 年來(lái)制造領(lǐng)域的一次重大突破。RPM 綜合了機(jī)械、CAD,數(shù)控、激光以及材料科學(xué)等各種技術(shù),可以自動(dòng)、直接、快速、精確地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵?,用以?duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行快速評(píng)估、修改及功能試驗(yàn),大大縮短了產(chǎn)品的研制周期。而以 RP 系統(tǒng)為基礎(chǔ)的快速工裝模具制造(Quick Tooling/Molding)和快速精鑄技術(shù)(Quick Casting)等則可實(shí)現(xiàn)零件的快速制造(Quick Manufacturing)。為應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù),首先應(yīng)該有產(chǎn)品的三維幾何模型。盡管己經(jīng)出現(xiàn)了許多成功的三維 CAD 軟件,但運(yùn)用這些軟件建立一個(gè)復(fù)雜的零件模型,仍相當(dāng)費(fèi)時(shí)。有時(shí)工程界提供的是實(shí)物,需要由實(shí)物制造模具或作設(shè)計(jì)上的改進(jìn),因此在 RPM 中經(jīng)常利用逆向工程技術(shù)來(lái)建立產(chǎn)品的幾何模型。此外,在計(jì)算機(jī)圖形和動(dòng)畫、工藝美術(shù)和醫(yī)療康復(fù)工程等領(lǐng)域,也經(jīng)常需要根據(jù)實(shí)物快速建立物體的三維幾何模型。另一個(gè)重要的應(yīng)用如修復(fù)破損的藝術(shù)品或缺乏供應(yīng)的損壞零件等,此時(shí)不需要對(duì)整個(gè)零件原型進(jìn)行復(fù)制,而是借助逆向工程技術(shù)抽取零件原形的設(shè)計(jì)思想,指導(dǎo)新的設(shè)計(jì).這是由實(shí)物逆向推理出設(shè)計(jì)思想的一種漸近過程。因此,逆向工程技術(shù)在這些領(lǐng)域中也具有重要的應(yīng)用價(jià)值。1.1.3 逆向工程的一般步驟逆向工程一般可分為四個(gè)階段:1.零件原形的數(shù)字化通常采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)或激光掃描等測(cè)量裝置來(lái)獲取零件原形表面點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。2.從測(cè)量數(shù)據(jù)中提取零件原形的幾何特征按測(cè)量數(shù)據(jù)的幾何屬性對(duì)其進(jìn)行分割,采用幾何特征匹配與識(shí)別的方法來(lái)獲取零件原形所具有的設(shè)計(jì)與加工特征。3.零件原形 CAD 模型的重建將分割后的三維數(shù)據(jù)在 CAD 系統(tǒng)中分別做表面模型的擬合,并通過各表面片的求交與拼接獲取零件原形表面的 CAD 模型。 4.重建 CAD 模型的檢驗(yàn)與修正采用根據(jù)獲得的 CAD 模型重新測(cè)量和加工出樣品的方法來(lái)檢驗(yàn)重建的 CAD 模型是否滿足精度或其他試驗(yàn)性能指標(biāo)的要求,對(duì)不滿足要求者重復(fù)以上過程,直至達(dá)到零件的設(shè)計(jì)要求。1.2 測(cè)量工具 ATOSⅠ介紹德國(guó) GOM 公司獨(dú)家研制的 ATOS 流動(dòng)式光學(xué)掃描儀是目前市場(chǎng)上最為先進(jìn)的南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文6非接觸式三坐標(biāo)掃描設(shè)備。該設(shè)備采用可見光,將特定的光柵條紋投影到測(cè)量工件表面,借助兩個(gè)高分辨率 CCD 數(shù)碼相機(jī)對(duì)光柵干涉條紋進(jìn)行拍照,利用光學(xué)拍照定位技術(shù)和光柵測(cè)量原理,可在極短的時(shí)間獲得復(fù)雜工件表面的完整點(diǎn)云。其獨(dú)特的流動(dòng)式設(shè)計(jì)和不同視角點(diǎn)云的自動(dòng)拼合技術(shù),使掃描不需要借助于機(jī)床的驅(qū)動(dòng),掃描范圍可達(dá) 12m,而掃描大型工件則變得高效、輕松和容易。其高質(zhì)量的完美掃描點(diǎn)云可用于產(chǎn)品開發(fā)、逆向工程、快速成型、質(zhì)量控制,甚至可實(shí)現(xiàn)直接加工。ATOS 系統(tǒng)作為第三代逆向工程用數(shù)字化系統(tǒng)中最杰出的代表,他的工作原理在硬件結(jié)構(gòu)及軟件功能方面極具有領(lǐng)先性。ATOS 系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)光測(cè)量的方式,利用光柵投影單元將一組具有相位信息的光柵條紋投影到測(cè)量工件表面,利用左右兩個(gè)高分辨率數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行同步的測(cè)量,利用立體相機(jī)測(cè)量的原理,可以在極短的時(shí)間內(nèi)獲得物體表面大量的三維數(shù)據(jù)。 ATOS 每次所得到數(shù)據(jù)是一幅類似照片狀的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù),對(duì)于掃描一個(gè)整體零件來(lái)講,ATOS 系統(tǒng)利用首創(chuàng)的參考點(diǎn)技術(shù)將每幅點(diǎn)云拼接起來(lái),以得到一個(gè)完整的點(diǎn)云數(shù)據(jù)模型。為防止利用參考點(diǎn)技術(shù)拼接點(diǎn)云數(shù)據(jù)造成累計(jì)誤差,超出技術(shù)要求,故 GOM 公司最先發(fā)明了數(shù)碼相機(jī)定位技術(shù) ,即 TRITOP 系統(tǒng),利用特有的數(shù)碼點(diǎn)和參考點(diǎn)來(lái)構(gòu)建一個(gè)完整的座標(biāo)定位系統(tǒng),而掃描頭所掃描的數(shù)據(jù)則會(huì)自動(dòng)根據(jù)參考點(diǎn)的位置而自動(dòng)粘貼上去,利用這樣的方法,從而使掃描大到 10 米的汽車及汽車內(nèi)外飾件而成為可能,且精度也可以達(dá)到 0.1mm/m。ATOS 掃描儀的技術(shù)優(yōu)勢(shì): (1)高質(zhì)量的掃描點(diǎn)云 ATOS 采用高分辨率 CCD 數(shù)碼相機(jī)采集數(shù)據(jù),可在短時(shí)間內(nèi)獲得任何復(fù)雜表面的密集點(diǎn)云(點(diǎn)距 0.03~0.5mm) ,并可根據(jù)表面的曲率變化生成完美的網(wǎng)格面,便于后期的曲面重建和直接加工。可清晰獲得細(xì)小特征,并可方便提取工件表面特征(圓孔、方孔、邊界線、黑膠帶線等) 。測(cè)量的綜合精度<0.1mm/m。 (2)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,便于攜帶 整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)由掃描頭、三角架、控制器及電腦組成,可放置在兩個(gè)手提箱內(nèi)隨處攜帶,設(shè)備安裝、標(biāo)定工作可在 10min 完成,無(wú)需預(yù)熱即可掃描,可在任何環(huán)境下進(jìn)行測(cè)量。 (3)測(cè)量效率高 單幅掃描時(shí)間只需 1 或 8 秒,6 小時(shí)即可完成 1:1 整車的外表面掃描。 (4)測(cè)量范圍大 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文7掃描頭的單幅測(cè)量范圍可以通過調(diào)整鏡頭, 實(shí)現(xiàn)多種測(cè)量范圍,單幅測(cè)量范圍從 50×40mm 到 2000×2000 mm;掃描點(diǎn)云的密度為 0.03mm ~ 1mm,適合測(cè)量不同尺寸零件:10mm ~ 12m。 (5)具有自我監(jiān)測(cè)功能 采用雙 CCD 測(cè)量方式,可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自我監(jiān)測(cè),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)測(cè)量精度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),同時(shí)可以監(jiān)測(cè)掃描過程中由于振動(dòng)和環(huán)境光線變化對(duì)測(cè)量精度的影響,保證掃描精度。 (6)方便使用、性能穩(wěn)定 系統(tǒng)軟件和硬件均采用模塊化設(shè)計(jì),性能穩(wěn)定。設(shè)備操作簡(jiǎn)單,經(jīng)過兩天的培訓(xùn)即可熟練的操作,軟件提供完善的在線幫助和批處理功能,可適用于生產(chǎn)線檢測(cè)。(7)首創(chuàng)的參考點(diǎn)拼合技術(shù) 不同視角的測(cè)量數(shù)據(jù)依靠粘貼在工件表面公共的三個(gè)參考點(diǎn),可自動(dòng)拼合在統(tǒng)一坐標(biāo)系內(nèi),從而獲得完整的掃描數(shù)據(jù)。可根據(jù)工件尺寸選擇不同直徑的參考點(diǎn)(1mm~8mm) ,對(duì)于被參考點(diǎn)覆蓋而在工件表面留下的空洞,軟件可根據(jù)周圍點(diǎn)云的曲率變化進(jìn)行插補(bǔ)。 (8)先進(jìn)的數(shù)碼相機(jī)定位技術(shù) 對(duì)于復(fù)雜的大型工件,采用數(shù)碼相機(jī)拍照和整和定位計(jì)算,可迅速測(cè)量出全部參考點(diǎn)的空間三坐標(biāo)值,從而建立統(tǒng)一的參考點(diǎn)的坐標(biāo)框架,再利用 ATOS 掃描頭進(jìn)行測(cè)量,獲得完整的掃描點(diǎn)云。通過這種方式,消除了積累誤差,提高大型工件的掃描精度。1.3 軟件 Pro/E 介紹 Pro/ENGINEER 軟件由美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司開發(fā)而成,是機(jī)械 CAD/CAM 軟件的后起之秀,它采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù),集三維實(shí)體和曲面造型、裝配造型、三維工程圖、數(shù)控加工、有限元分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真、飯金設(shè)計(jì)、加工和裝配工藝過程。設(shè)計(jì)及模具設(shè)計(jì)等功能于一體,特別是其全參數(shù)化和全相關(guān)功能強(qiáng)大的實(shí)體造型技術(shù),精悍、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)和能支持所有 UN 工 X 平臺(tái) Windows,Windows/NT平臺(tái),使它成為快速成形技術(shù)行業(yè)中市場(chǎng)占有率最高的 CAD 軟件的核心技術(shù)特點(diǎn):1、基于特征 Pro/ENGINEER 使用用戶熟悉的特征作為產(chǎn)品幾何模型的構(gòu)造要素。這些特征是一些普通的機(jī)械對(duì)象,并且可以按預(yù)先設(shè)置很容易的進(jìn)行修改。例如:設(shè)計(jì)特征有弧、圓角、倒角等等,它們對(duì)工程人員來(lái)說是很熟悉的,因而易于南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文8使用,并以這些簡(jiǎn)單特征為基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行更為復(fù)雜的幾何形體的構(gòu)造。裝配、加工、制造以及其他學(xué)科都使用這些領(lǐng)域獨(dú)特的特征。通過給這些特征設(shè)置參數(shù)(不但包括幾何尺寸,還包括非幾何屬性),然后修改參數(shù)很容易的進(jìn)行多次設(shè)計(jì)疊代,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。2、全尺寸約束在 Pro/ENGINEER 的設(shè)計(jì)過程中,將零件的尺寸和形狀結(jié)合起來(lái)考慮,通過尺寸約束實(shí)現(xiàn)對(duì)幾何形狀的控制。幾何造型必須以完整的尺寸參數(shù)為出發(fā)點(diǎn)(全約束),不能漏標(biāo)尺寸(欠約束) ,也不能多標(biāo)尺寸(過約束) 。3、尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)修改Pro/ENGINEER 設(shè)計(jì)過程中是通過編輯尺寸數(shù)值來(lái)驅(qū)動(dòng)幾何形狀的改變。Pro/ENGINEER 提供了獨(dú)特的 Pro/GRAMME,讓設(shè)計(jì)者可以通過簡(jiǎn)單的編程,來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)模型尺寸修改的程序化,從而實(shí)現(xiàn)程序化修改產(chǎn)品的幾何形狀,并可以利用此功能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的系列化,建立產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)零件等。4、全數(shù)據(jù)相關(guān)為加速投放市場(chǎng),需要在較短的時(shí)間內(nèi)開發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實(shí)現(xiàn)這種效率,必須允許多個(gè)學(xué)科的工程師對(duì)同一產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)。數(shù)據(jù)管理模塊的開發(fā)研制,正是專門用于管理并行工程中同時(shí)進(jìn)行的各項(xiàng)工作,由于使 Pro/ENGINEER 獨(dú)特的全相關(guān)性功能,因而使之成為可能。Pro/ENGINEER 是建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)上的,不像一些傳統(tǒng)的 CAD/CAM 系統(tǒng)建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)上。所謂單一數(shù)據(jù)庫(kù),就是工程中的資料全部來(lái)自一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù),使得每一個(gè)獨(dú)立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作,不管他是哪一個(gè)部門的。換言之,在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的任何一處發(fā)生改動(dòng),亦可以前后反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。這種獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計(jì)的完整的結(jié)合,使得一件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)全過程統(tǒng)一起來(lái)。這一優(yōu)點(diǎn),使得設(shè)計(jì)更優(yōu)化,產(chǎn)品質(zhì)量更高,產(chǎn)品能更好地推向市場(chǎng)。Pro/ENGINEER 的全相關(guān)性保證在開發(fā)周期的任一點(diǎn)進(jìn)行修改,卻沒有任何損失,并使并行工程成為可能,所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。5、裝配管理Pro/ENGINEER 的基本結(jié)構(gòu)能夠使設(shè)計(jì)者使用一些直觀的命令,例如“嚙合” 、 “插入” 、 “對(duì)齊”等很容易的把零件裝配起來(lái),同時(shí)保持設(shè)計(jì)意圖。高級(jí)的功能支持大型復(fù)雜裝配體的構(gòu)造和管理,這些裝配體中零件的數(shù)量不受限制。作為世界一流的三維 CAD/CAM 軟件, Pro/ENGINEER 不僅提供了復(fù)雜的功能而且還為用戶提南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文9供了開發(fā)接口,同時(shí) Pro/ENGINEER 還自帶一個(gè) PROGRAM 模塊。 6、制造加工 現(xiàn)今加工制造業(yè)所面臨的加工目標(biāo)要求多,如工件復(fù)雜性、精度要求及生產(chǎn)效率等的門檻越來(lái)越高,同行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈。在眾多強(qiáng)勁對(duì)手中,需要更進(jìn)一步提高加工技術(shù)的水平,才能在同行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。在 PRO/E 的 CAD/CAM系列模塊中,除了提供用于建立計(jì)算機(jī)幾何模型的輔助工具(CAD),還提供了在設(shè)計(jì)產(chǎn)品加工制造工藝時(shí)所需要的輔助工具(CAM),使用戶在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)上更得心應(yīng)手,加工制造技術(shù)更快速,生產(chǎn)程序更具有效率,上市時(shí)間更加領(lǐng)先,質(zhì)量更加可靠。讓用戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)流程連貫化,因此更具有競(jìng)爭(zhēng)力。在產(chǎn)品加工制造的環(huán)節(jié)上,PRO/E 在設(shè)計(jì) NC 加工制造程序上提供了功能強(qiáng)大的輔助工具一 PRO/NC 加工制造模塊。使用戶可以利用 PRO/NC 將產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)幾何模型與計(jì)算機(jī)輔助制造進(jìn)行整合,配合 NC 加工制造技術(shù)上所需要的各項(xiàng)加工參數(shù):加工所需要的模型、加工坯料、夾具、加工刀具、加工機(jī)床及各種加工參數(shù)等等,來(lái)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的各種加工工藝。PRO/NC 多樣化的加工輔助制造程序設(shè)計(jì)工具,可以分別針對(duì)各類型加工機(jī)床(兩軸半至五軸各型加工中心、兩軸及四軸車床、兩軸及四軸電火花線切割機(jī)等)及各種加工方式(銑、車、鉆、電火花加工等等),自動(dòng)產(chǎn)生適用于加工機(jī)床及加工刀具與控制器所需要的加工控制數(shù)據(jù)。利用輸出的加工控制數(shù)據(jù)可進(jìn)行實(shí)際加工,制造出所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品及零件模型。工程師利用 PRO/NC 設(shè)計(jì)好加工程序后,產(chǎn)生的加工刀具相對(duì)于加工坐標(biāo)的路徑數(shù)據(jù)稱為 CL DATA (CUTTER LOCATION DATA)。所得到的 CL DATA 可以利用 PRO/NC-CHECK 在計(jì)算機(jī)中模擬所設(shè)計(jì)的加工程序切削材料時(shí)的狀況,由此觀察廢料的產(chǎn)生及避免加工失敗。還可以協(xié)助制造工程師達(dá)到制造流程最佳化的目的,并檢驗(yàn)產(chǎn)品在進(jìn)行切削時(shí)的狀況。設(shè)計(jì)加工制造程序所產(chǎn)生的 CL DATA,可經(jīng)由 PRO/NCPOST 進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換,得到適用于實(shí)際加工所需要的機(jī)械控制碼(NCCODE)。所產(chǎn)生的 NC CODE配合適當(dāng)?shù)墓ぞ呒凹庸C(jī)床,可以實(shí)際應(yīng)用 PRO/NC 所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品加工制造工藝。1.4 CATIA 軟件介紹1、CATIA 簡(jiǎn)介CATIA 應(yīng)該說是最高檔的 CAD/CAM 軟件,由法國(guó) Dassault 公司開發(fā),后Dassault 被美國(guó)的 IBM 公司收購(gòu)。該軟件原運(yùn)行于 IBM 的工作站上,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為VM/CMS,現(xiàn)已成移植至個(gè)人 PC,這又使這一功能強(qiáng)大的軟件的使用者更加廣泛。與 UG、EUCLID 、PRO/E 等相比,該軟件在曲面造型方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),應(yīng)該說南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文10是任何一個(gè) CAD 三維軟件所不能比的,因而廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、船舶等行業(yè)的復(fù)雜曲面造型設(shè)計(jì)中(據(jù)信現(xiàn)在國(guó)內(nèi)幾乎所有的飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院所都用CATIA) 。CATIA 軟件的曲面造型技術(shù)為這些行業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了先進(jìn)、方便、快捷的手段,使設(shè)計(jì)更趨完美,周期越來(lái)越短,極大地提高了開發(fā)效率。通過其豐富的產(chǎn)品線提供一個(gè)集成的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。為了保證其最大的靈活性,CATIA 在提供了面對(duì)復(fù)雜設(shè)計(jì)與仿真的 CATIA P2、P3 平臺(tái)軟件的同時(shí),還配備了面對(duì)相對(duì)簡(jiǎn)單建模需求的 CATIA P1 平臺(tái) [2] 。CATIA 是 CAD/CAM 業(yè)界的領(lǐng)導(dǎo)者,其作為全球 CAD/CAM 市場(chǎng)的領(lǐng)袖,有20 年以上豐富的經(jīng)驗(yàn),擁有大大小小 9000 多家客戶,IBM 的 CATIA 解決方案極大的提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。從概念設(shè)計(jì)到最終的產(chǎn)品,CATIA 廣泛的集成解決方案加快了產(chǎn)品開發(fā)的全過程。CATIA 涵蓋的范圍是一個(gè)跨行業(yè)的解決方案,包括汽車、航空航天、消費(fèi)品、制造與裝配、工廠設(shè)計(jì)、火車及重型機(jī)械等,比其它任何 CAD/CAM 的產(chǎn)品都廣泛,它提供了一套全面的解決方案,可以建設(shè)一個(gè)完善而無(wú)縫的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境;(1)CATIA 的解決方案是一個(gè)可信賴的、經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)的、先進(jìn)的解決方案,具有象 IBM 等這樣幾十家工業(yè)巨頭將 CATIA 作為核心設(shè)計(jì)和制造系統(tǒng),更重要的是 CATIA 可以根據(jù)不同規(guī)模、不同應(yīng)用的企業(yè)定制完全適合本企業(yè)的最佳解決方案;(2)CATIA 特有的并行工程能力,可使所有的設(shè)計(jì)者、制造廠及供應(yīng)商等都能共享相同的數(shù)據(jù)庫(kù),大幅度降低生產(chǎn)改變時(shí)及修改零部件所需的費(fèi)用。(3)CATIA 已成為世界工業(yè)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn),主流軟件。近年來(lái),應(yīng)用于 CATIA解決方案在商業(yè)應(yīng)用方面碩果累累,豐富的應(yīng)用軟件支持整個(gè)產(chǎn)品周期,從構(gòu)想、設(shè)計(jì)直到制造維護(hù)。并且 CATIA 已成為工業(yè)界的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn),是歐洲、北美和亞洲頂尖制造商所用的核心系統(tǒng)。(4)CATIA 在造型風(fēng)格、設(shè)計(jì)等方面具有獨(dú)特長(zhǎng)處,為各種產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造提供了端對(duì)端(end-to-end) 的解決方案。CATIA 涉及生產(chǎn)、加工和人員三個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域。(5)CATIA 的可伸縮性和并行工程的能力可顯著縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。CATIA軟件已成為世界各地設(shè)計(jì)師和工程師的設(shè)計(jì)最佳工具。2、應(yīng)用 CATIA 軟件從事設(shè)計(jì)的技術(shù)人員前景:由于 CATIA 軟件的強(qiáng)大功能,其已為越來(lái)越多的行業(yè)帶來(lái)巨大利潤(rùn),因此從事南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文11設(shè)計(jì)的人員薪水也極為可觀(目前特別是外企或私企的汽車行業(yè)) ,對(duì)個(gè)人而言,其發(fā)展前景遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過軟件業(yè)(眾所周知,除極少數(shù)人外,大多從事軟件業(yè)者很難逃脫其年齡瓶頸) ,是絕對(duì)金領(lǐng)。這也是眾多大專院校學(xué)生面對(duì)日益激烈的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng),可以增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力,把握自己未來(lái)的發(fā)展的一個(gè)強(qiáng)大工具。1.5 本課題的意義和內(nèi)容本文的選題背景是探討利用逆向工程這一先進(jìn)的制造技術(shù)手段來(lái)解決玩具汽車覆蓋件成形技術(shù)中的一些難題,縮短覆蓋件模具的制造周期,加速玩具汽車工業(yè)的發(fā)展。本課題的工作主要有五個(gè)部分:第一章介紹逆向工程的相關(guān)概念,及發(fā)展現(xiàn)狀;第二章首先介紹逆向工程的測(cè)量技術(shù),著重?cái)⑹鋈S激光掃描儀的測(cè)量原理;第三章主要論述了基于 CATIA 的后處理技術(shù);第四章主要介紹了基于 Pro/E 的實(shí)設(shè)計(jì)及虛擬裝配; 第五章是總結(jié)部分,對(duì)全文進(jìn)行總的論述。第二章 逆向工程中的測(cè)量技術(shù)在產(chǎn)品開發(fā)中,以逆向方式處理的產(chǎn)品往往具有尺寸不易掌握的特性,這包括外觀的造型以結(jié)構(gòu)上的各種機(jī)構(gòu)的位置。也就是說,該產(chǎn)品數(shù)據(jù)不是以直接的繪制的方式就可獲得的。因此,逆向工程的第一任務(wù)就是如何獲得工程技術(shù)人員所要的點(diǎn)數(shù)據(jù),以用于后繼的模型建構(gòu)。2.1 測(cè)量方式逆向工程所需要的測(cè)量按其特性及應(yīng)用,一般可分為兩大類:接觸式測(cè)量與非接觸式測(cè)量,下表列出它們的技術(shù)特點(diǎn)。表 2-1 非接觸式與接觸式測(cè)量的比較表南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文12總上所述可知非接觸式測(cè)量用于表面不規(guī)則的曲面測(cè)測(cè)量,而接觸式用于規(guī)則的幾何體的測(cè)量。由于本課題研究的是屬于曲面形狀零件的汽車覆蓋件,經(jīng)比較選用非接觸式測(cè)量方式的激光測(cè)量。非接觸式測(cè)量一般是基于三角法測(cè)量原理,可分為點(diǎn)接觸式、線接觸式、面接觸式三種。非接觸式探頭一般用于不規(guī)則曲面的測(cè)量,因不規(guī)則曲面對(duì)于接觸式探頭的半徑補(bǔ)償相當(dāng)不易,而且測(cè)量速度相當(dāng)慢。2.2 零件掃描過程1、ATOS 掃描儀類型選用ATOS 掃描儀有 4 種型號(hào):ATOS STD 型、 ATOS II 型、ATOS III 型、ATOS1 四種。圖 2-1 ATOS 掃描儀類型圖測(cè)量方式 非接觸式 接觸式 測(cè)量精度傳感器測(cè)量速度前置作業(yè)工件材料測(cè)量死角誤差10 - 100 P7"1光電接收器件1000-12000 點(diǎn)/秒需噴漆,無(wú)基準(zhǔn)點(diǎn)無(wú)限定光學(xué)陰影處及光學(xué)焦距變化處隨曲面變化大1 um 開關(guān)器件 人工控制 設(shè)定坐標(biāo)系統(tǒng),校正基準(zhǔn)面 硬質(zhì)材料 工件內(nèi)部不易測(cè)量 部分失真 優(yōu)勢(shì)1.測(cè)量速度快,曲面獲取容易;2.不必做探頭半徑補(bǔ)償;3.可測(cè)量柔軟、易碎、不可接觸薄件、皮毛、變形細(xì)小等工作; 4.無(wú)接觸力,不會(huì)傷害精密表面1.精度較高; 2.可直接測(cè)量工件的特定幾何 缺點(diǎn)1.測(cè)量精度較差,無(wú)法判別特定的幾何形狀;2.陡峭面不易測(cè)量,激光無(wú)法照到的地方不易測(cè)量;3.工件表面與探頭表面不是垂直,則測(cè)量的誤差較大;4.工件表面的暗程度會(huì)影響到1.需逐點(diǎn)測(cè)量,速度慢;2.測(cè)量前要做半徑補(bǔ)償; 3.接觸力大小會(huì)影響測(cè)量精度; 4.接觸力會(huì)造成工件及探頭表 面磨損,影響光滑度; 5.斜面測(cè)量時(shí),不易補(bǔ)償半徑,精度難以保證;6.測(cè)量工件內(nèi)部時(shí),形狀會(huì)影響測(cè)量值南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文13顯然欲提高測(cè)量精度一定要減小儀器到被測(cè)物體之間的距離,但由于到儀器盲區(qū)的限制,不能無(wú)限縮小。這里選用 ATOS I。2、ATOS 掃描儀掃描儀使用特點(diǎn)該掃描儀體積小、重量輕尺寸:寬 245mm、長(zhǎng) 250mm、高 80mm、重量為 2 公斤,可以架在攝影用的一般三腳架上工作。儀器接通電源后,通過一根 USB 電纜和計(jì)算機(jī)相連即可進(jìn)行工作。由于測(cè)量時(shí)對(duì)工件以及儀器沒有嚴(yán)格的定位要求,因此可以到達(dá)一些接觸式三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x難以到達(dá)的部位進(jìn)行測(cè)量,例如裝在汽車內(nèi)部或飛機(jī)內(nèi)部工作。由于是采用激光非接觸測(cè)量,因此也可以對(duì)柔軟物體表面進(jìn)行測(cè)量,一些薄板覆蓋件。 掃描范圍不受限制,掃描速度快由于后續(xù)軟件具有點(diǎn)云拼接功能,可以非常容易實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的整體掃描。點(diǎn)云拼接功能使得我們可以通過旋轉(zhuǎn)被測(cè)物體或移動(dòng)儀器的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的全面數(shù)據(jù)采集。故其測(cè)量范圍不受限制從而實(shí)現(xiàn)對(duì)大型工件的掃描。圖 2-2 ATOS I 掃描儀總裝配圖3、掃描定位由于掃描從一開始就沒有定位某一個(gè)坐標(biāo)原點(diǎn)和坐標(biāo)方向,所以掃描的結(jié)果是以掃描儀中心為原點(diǎn)的空間自由坐標(biāo)系,這時(shí)的任何一點(diǎn)的三坐標(biāo)值都是相對(duì)的、南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文14過度的。因?yàn)槭褂谜呖梢酝ㄟ^后續(xù)軟件的強(qiáng)大功能將初始測(cè)得的空間自由坐標(biāo)平移和旋轉(zhuǎn)到自己要求的坐標(biāo)位置上去。這個(gè)過程極其方便,這時(shí),點(diǎn)云上任何一個(gè)點(diǎn)的三坐標(biāo)尺寸都可變換成使用者所需的新坐標(biāo)系。4、掃描儀對(duì)被掃物體表面的要求以及掃描角度的選取該掃描儀對(duì)于激光無(wú)法到達(dá)的表面,如掃描儀無(wú)法進(jìn)入的深孔或內(nèi)腔無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。因此該掃描儀不適合測(cè)量軸和孔的配合零件。被測(cè)物體的表面以白色亞光為最佳。對(duì)于透明體和反光很強(qiáng)的物體必須經(jīng)過表面噴涂處理后,同樣可以進(jìn)行掃描。我們要求光束盡量與被測(cè)物體表面垂直,在士 30 度范圍內(nèi)都是允許的。當(dāng)大于 30度后采集到的數(shù)據(jù)雖可在后續(xù)軟件中得到適當(dāng)裁減,但會(huì)影響掃描數(shù)據(jù)的精確程度。5、對(duì)控制掃描儀的計(jì)算機(jī)硬件配置要求CPU:PIV 以上,運(yùn)算速度 2. 0 GHz顯卡內(nèi)存:64 MB內(nèi)存:512MB 以上硬盤:40 GB 以上 操作系統(tǒng):WINDOWS 98/2000/NT/XP2.3 本章小結(jié)通過本章的研究,逆向工程的掃描主要分為接觸掃描和非接觸掃描,由于所要掃描的零件是一個(gè)三維曲面零件,故采用了非接觸的三維掃描儀進(jìn)行掃描。首先論敘了掃描的步驟,然后在此基礎(chǔ)上選用了 ATOS I 掃描儀掃描儀零件。第三章 逆向工程的后處理及三維建模3.1 逆向工程的后處理3.1.1 逆向工程后處理的要求在逆向工程中,曲面模型重建是最重要、最繁雜的一環(huán),因?yàn)樽詈笠瓿赡P偷募庸?,需要的是平滑的曲面模型或是由良好的點(diǎn)群所產(chǎn)生的三角網(wǎng)格,所以點(diǎn)群數(shù)據(jù)的處理、曲面的構(gòu)建方式及邊修與分析功能的健全,是逆向工程曲面模型重建相當(dāng)重要的一部分。在逆向工程計(jì)劃的執(zhí)行上,應(yīng)該對(duì)所建模型有一個(gè)通盤的了解,主要涉及到以下內(nèi)容:(1)后繼承接的工作南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文15各種不同領(lǐng)域的應(yīng)用,其模型建構(gòu)在處理上也大不相同,即使是在同一工業(yè)用的產(chǎn)品隨著產(chǎn)品種類的不同,對(duì)精度與曲面質(zhì)量的要求也大不相同。所以在計(jì)劃執(zhí)行以前,應(yīng)該對(duì)后繼的要求有所了解。(2)必須要達(dá)到的精度要求及其可能性可能產(chǎn)生的誤差包括測(cè)量時(shí)造成的誤差和曲面建構(gòu)時(shí)點(diǎn)數(shù)據(jù)與曲面間的誤差。各種產(chǎn)品需要達(dá)到的精度標(biāo)準(zhǔn)各有不同,配合件的要求較高,非配合件的精度要求則較低,然而這些都必須在計(jì)劃執(zhí)行前做一個(gè)規(guī)劃,以達(dá)到任務(wù)的完滿完成。(3)必須要達(dá)到的曲面質(zhì)量:平滑程度與連續(xù)性以已往的逆向工程的經(jīng)驗(yàn)來(lái)講,高精度和高質(zhì)量的曲面一直是追求的兩大目標(biāo),大多數(shù)情況下,兩者是相互沖突的,如果要一個(gè)曲面與點(diǎn)數(shù)據(jù)完全吻合,那么該曲面必然有很多波動(dòng)。必須再兩者有所折中,在大部分的情況下,只要誤差沒有超過允許范圍,則更加側(cè)重要求高質(zhì)量的曲面。3.1.2 曲線與曲面的連續(xù)性曲面的連續(xù)性大致可分為位置連續(xù)、切線連續(xù)和曲率連續(xù)。位置連續(xù)是表示曲面鍵或曲線間僅在邊界上相接的關(guān)系,這種相接的關(guān)系有可能形成一個(gè)尖銳的邊界。切線連續(xù)是表示曲面間或曲線間的連續(xù)處有相同的切線角度,切線連續(xù)可以符合大多數(shù)工業(yè)的要求。曲率連續(xù)是表示曲面間或曲線間的連續(xù)處有相同的曲率,曲率連續(xù)的曲面能滿足特殊的要求。隨著 CAD/CAM 技術(shù)發(fā)展,各種自由曲面和曲線的理論應(yīng)運(yùn)而生,如 Bezier,B-Spline,NURBS 等。3.1.3 曲線的擬合曲線的擬合原理用測(cè)量?jī)x所得到的點(diǎn)數(shù)據(jù)來(lái)簡(jiǎn)歷曲線的方式一般有兩種:近似的方式和插值的方式。近似的方式采用近似的方式來(lái)擬合曲線,首先必須指定一個(gè)允許誤差值,并設(shè)定控制點(diǎn)求出一個(gè)曲線后,將測(cè)量點(diǎn)投影到這個(gè)曲線來(lái),求出點(diǎn)到曲線的誤差量,若作大的誤差量大于允許誤差,則要增加控制點(diǎn)的數(shù)目,再重新一最小二乘法來(lái)求出曲線,直至測(cè)量的點(diǎn)投影到曲線后的所有誤差值小于允許值。再近似法的流程中必須一直增加控制點(diǎn)的數(shù)目,以求得與測(cè)量點(diǎn)更為接近的曲線,直至誤差小于允許值,因此系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算所需要得時(shí)間會(huì)與測(cè)量得到的點(diǎn)數(shù)據(jù)和指定的允許誤差值有關(guān),如果測(cè)量的數(shù)據(jù)很密或是指定的允許誤差很小,則運(yùn)算的時(shí)間相當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)。插值法插值法是在兩個(gè)相鄰測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)中插值,得到通過這些點(diǎn)的曲線。以插值方式建立近似的曲線,其優(yōu)點(diǎn)是所得到的曲線必會(huì)通過所有測(cè)量的點(diǎn)數(shù)據(jù),因此曲線與點(diǎn)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文16數(shù)據(jù)的誤差為零。其缺點(diǎn)是當(dāng)數(shù)據(jù)量大時(shí),則曲線控制地點(diǎn)也相當(dāng)?shù)卦黾?。同時(shí)若點(diǎn)數(shù)據(jù)有噪聲存在,則所簡(jiǎn)歷地曲線將不平滑。因此,使用插值法最好先將數(shù)據(jù)平滑化以除去噪聲。3.1.4 曲線的構(gòu)建當(dāng)完成模型的掃描測(cè)量之后,可利用曲線,曲面重建來(lái)完成整體模型的構(gòu)建。而構(gòu)建良好的整體模型取決于曲線,曲面整合發(fā)展環(huán)境的優(yōu)劣。因此在構(gòu)建的過程中,無(wú)論是曲面上的曲線,或是由原始點(diǎn)數(shù)據(jù)所擬合出的曲線,均可成為構(gòu)建曲面的有效工具,所以,對(duì)于曲線的建立與修編,使其能與曲面構(gòu)建功能相整合,是重建原始模型的關(guān)鍵之一。另一方面,在曲面模型構(gòu)建的過程中,其相關(guān)的構(gòu)建方式與修編功能,也是建立良好模型的基礎(chǔ)。因此在測(cè)量的過程中,噪聲是影響測(cè)量結(jié)果的主要因素,若能將噪聲的影響降至最低,則能構(gòu)建出較好的的曲面。然而在測(cè)量方法上的改進(jìn)是有限的。所以在曲線架構(gòu)方面也需要更佳的技術(shù),方能彌補(bǔ)測(cè)量上的限制。為了得到最好的曲面模型,必須結(jié)合曲面修編功能,才能改善逆向工程模型重建的質(zhì)量。 從逆向工程的決度上來(lái)看,曲線的構(gòu)建是非常的重要的。因此為曲線外形構(gòu)建的好壞,會(huì)影響后繼曲面模型的重構(gòu)。所以,曲線的擬合在曲面重建過程中起著重要的作用。曲線構(gòu)建的方式有很多種,下面介紹切割曲線和邊界曲線的基本原理。所謂切割曲線,即利用平面切割點(diǎn)數(shù)據(jù)或用鼠標(biāo)在屏幕上移動(dòng)所產(chǎn)生的軌跡,與原始點(diǎn)數(shù)據(jù)做交集,再將交集后得到的點(diǎn)數(shù)據(jù),經(jīng)排序后利用曲線擬合的算法擬合出曲線。與點(diǎn)數(shù)據(jù)交集的過程中,必須利用到坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的觀念。就是將點(diǎn)數(shù)據(jù)在三維空間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)還成在屏幕平面上所視的坐標(biāo)。再把鼠標(biāo)的坐標(biāo)與點(diǎn)數(shù)據(jù)在平面上的坐標(biāo)兩者所產(chǎn)生的直線方程相比較,看彼此是否有相交。若兩者之間有相交,則在此點(diǎn)數(shù)據(jù)區(qū)間內(nèi)必有解,再利用得到的解,經(jīng)由線性內(nèi)插的公式而得到相應(yīng)的 3D點(diǎn)坐標(biāo)。最后再將這些點(diǎn)數(shù)據(jù),用曲線擬合出方程式,進(jìn)而求得相應(yīng)的參數(shù)曲線。所謂邊界曲線,是點(diǎn)數(shù)據(jù)前處理中判斷邊界的方法,而在邊界判別之后,選取所判定的邊界點(diǎn),并利用這些邊界點(diǎn)來(lái)重新擬合出曲線。一般而言,曲面與曲面之間的邊界,即是斜率不連續(xù)之處。在掃描數(shù)據(jù)中,若有斜率與曲率不連續(xù)的邊界點(diǎn),通常稱之為特征點(diǎn) [3]。3.1.5 點(diǎn)數(shù)據(jù)處理點(diǎn)數(shù)據(jù)處理大致可分為:點(diǎn)數(shù)據(jù)的坐標(biāo)定位,數(shù)據(jù)雜點(diǎn)的刪除,數(shù)據(jù)的噪聲濾除、排序、平滑化及篩減,利用特征搜尋功能找出曲面的趨勢(shì)或特征,切割除需要南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文17的點(diǎn)或剖切點(diǎn)數(shù)據(jù)。1、點(diǎn)數(shù)據(jù)的坐標(biāo)定位無(wú)論使用的是何種設(shè)備,在掃描過程中不免需要將待測(cè)物體作移動(dòng),以實(shí)現(xiàn)完整點(diǎn)數(shù)據(jù)的獲取,這將會(huì)造成輸入軟件中數(shù)據(jù)的點(diǎn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生坐標(biāo)不統(tǒng)一的現(xiàn)象,目前部分掃描設(shè)備具備自動(dòng)將不同角度的掃描點(diǎn)數(shù)據(jù)作定位的功能,但是畢竟還是有部分的點(diǎn)數(shù)據(jù)必須通過人工或后處理軟件達(dá)到點(diǎn)數(shù)據(jù)的定位。2、雜點(diǎn)數(shù)據(jù)的刪除事實(shí)上,無(wú)論是以接觸式或非接觸式所獲取的點(diǎn)數(shù)據(jù)都會(huì)有不需要的點(diǎn)數(shù)據(jù)存在,這時(shí)可將不需要的點(diǎn)用圈選工具將不要的點(diǎn)數(shù)據(jù)圈起來(lái)并刪除。3、數(shù)據(jù)的噪聲濾除、排序、平滑化及篩減當(dāng)工程師得到點(diǎn)數(shù)據(jù)后,必須檢查點(diǎn)群,刪除不需要的雜點(diǎn)。利用軟件的排序功能,將要用來(lái)建構(gòu)曲線和曲面的點(diǎn)數(shù)據(jù)作排序并使其平滑化;如果點(diǎn)數(shù)據(jù)太多,也可利用刪減工具,將點(diǎn)數(shù)減少;通常特征變化較大的地方需要較多的點(diǎn)數(shù)據(jù)來(lái)描述,而較平滑的地方則以較少的點(diǎn)數(shù)據(jù)來(lái)表達(dá);使用分析工具了解自己做了某些工作后,可能產(chǎn)生的誤差有多少。4、利用特征搜尋功能找出曲面建構(gòu)的概況或特征在建構(gòu)一個(gè)模型之前,應(yīng)先考慮整個(gè)模型的建構(gòu)概況,再下手去編輯曲面。通常模型的建構(gòu)式由平滑曲面與平滑曲面相交,經(jīng)過延伸與修剪等編輯后,再與交接處導(dǎo)圓角或制作其他曲面,這樣的方式得到的曲面比較能達(dá)到加工要求。所以再見構(gòu)一個(gè)模型的曲面之前,應(yīng)考率這個(gè)模型的建構(gòu)方式,甚至可以用鉛筆在模型上作大致的規(guī)劃。而點(diǎn)群數(shù)據(jù)與后處理軟件能幫助找到模型的特征,以便做出精確的曲面分隔處。(1)利用決度變化的搜尋方式設(shè)定一角度變化的最大和最小值范圍,找出數(shù)據(jù)變化量。(2)利用光反射原理找出特征用打光的方式再不同角度,不同的距離打光,依照光打在模型上的顏色區(qū)分曲面區(qū)域。(3)利用已有的圓角面找出原來(lái)的曲面交線利用后處理軟件的功能找出圓角面之前的特征曲線。5、點(diǎn)群或剖面點(diǎn)數(shù)據(jù)的切割在了解了特征分隔之后,接下來(lái)的工作是利用點(diǎn)群找出曲線建構(gòu)需要的點(diǎn)數(shù)據(jù),模型的邊界可以用部分特征搜尋的結(jié)果,所要建構(gòu)曲面的 U, V 曲面可以用剖面的方南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文18式指定平面法向量與間隔,將所要的剖面點(diǎn)數(shù)據(jù)提取出來(lái)。提取出來(lái)少量點(diǎn)的數(shù)據(jù)后,可以發(fā)現(xiàn),如果用所有的點(diǎn)數(shù)據(jù)去繪制曲線,曲線仍然回有波動(dòng)的情況,這是因?yàn)辄c(diǎn)數(shù)據(jù)太多所致,這時(shí)可采用平滑化功能,將這些少量點(diǎn)群作平滑化處理,并斟酌刪減數(shù)據(jù),以備后續(xù)曲線構(gòu)建所用。3.1.6 曲線的構(gòu)建和分析經(jīng)過處理過的點(diǎn)數(shù)據(jù)可以建立精確且平滑的曲線,曲線的構(gòu)建與分析對(duì)后續(xù)曲面的構(gòu)建是很重要的。在經(jīng)過了平滑化與點(diǎn)數(shù)據(jù)篩減后,通常可以看到,自動(dòng)貼合的自由曲線會(huì)有抖動(dòng)的現(xiàn)象。這是由于曲線的控制點(diǎn)過多造成的,根據(jù)點(diǎn)數(shù)據(jù)構(gòu)建的特性,精度與平滑化是必須關(guān)注的地方。通常在建構(gòu)自由曲線之前,根據(jù)提供的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,如公差,曲線階數(shù),控制點(diǎn)數(shù)以及曲線的邊界條件等。在曲線構(gòu)建出來(lái)以后,也可用曲線修編工具,對(duì)既有的曲線作平滑化或邊界連續(xù)性的修改 [3]。從逆向工程的角度來(lái)講,在構(gòu)建曲線時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)情況:現(xiàn)有的硬件設(shè)備大多可取得大量的點(diǎn)群,即使經(jīng)過部分提取或特征搜尋,點(diǎn)數(shù)據(jù)還是相當(dāng)?shù)亩唷?shí)際上曲線的建構(gòu)并不需要太多的點(diǎn),應(yīng)斟酌調(diào)整參數(shù)。連續(xù)的曲線之間是否達(dá)成良好的連續(xù)性,這對(duì)后續(xù)曲面之間的連續(xù)性相當(dāng)大的影響。同一曲面的建構(gòu)曲線最好擁有相同的曲線參數(shù)。如果以相同的參數(shù)的曲線建構(gòu)曲面,可得到較高質(zhì)量的曲面。在所選定的視角上繪制直線時(shí),系統(tǒng)會(huì)將該直線投影在點(diǎn)數(shù)據(jù)上。當(dāng)把視角作為變換時(shí),可以發(fā)現(xiàn)該直線己自動(dòng)的貼覆于點(diǎn)數(shù)據(jù)成為一條曲線。在參數(shù)設(shè)定窗口調(diào)整曲線階數(shù)和控制點(diǎn)。曲線繪制以后,可以利用曲線與點(diǎn)群的誤差分析,分析曲線的精度與平滑度。由于點(diǎn)數(shù)據(jù)在特征所處在疏密程度不一定都一樣,也不一定清楚,所以繪制曲線時(shí)是否能點(diǎn)選到正確的位置是無(wú)法預(yù)料的。此外,視角的選擇更為重要,2D 的屏幕上所呈現(xiàn)的視覺是 3D 的狀態(tài),常會(huì)有因視角不同而造成誤判的情形,所以在使用本功能之前,可以利用軟件的顯示功能,如用三角網(wǎng)格化的顯示方式或打光的方式,幫助特征位置凸出,來(lái)辨別位置。1、剖面曲線的建構(gòu)所謂剖面曲線的建構(gòu),其采用的方式和點(diǎn)數(shù)據(jù)處理中的剖面點(diǎn)數(shù)據(jù)一樣,可以將點(diǎn)數(shù)據(jù)的剖面點(diǎn)群繪制出曲線。其操作方式為指定剖面法向量和剖面間隔等參數(shù),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將曲線繪制出來(lái),這個(gè)功能對(duì)與較平滑的點(diǎn)群相當(dāng)?shù)暮糜?,可以?lái)且出緩緩變化的曲線,供建構(gòu)和拉伸曲面。由于這樣的曲線是系統(tǒng)自動(dòng)建構(gòu)出來(lái)的,所以免不了要進(jìn)行后續(xù)的修編,經(jīng)修編的曲線能構(gòu)建出比較復(fù)合加工要求的曲面。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文19除了上述兩種逆向工程軟件常用的曲線建構(gòu)以外,也有簡(jiǎn)單的幾何曲線建構(gòu)功能,如模型上有一圓孔,也可用自動(dòng)搜尋功能,將圓繪制出來(lái),同時(shí)系統(tǒng)也會(huì)將圓心及半徑顯示出來(lái),但這樣繪制出來(lái)的圓不一定準(zhǔn)確,有參考價(jià)值.。2、曲線修編曲線的修編主要是:曲線延伸、修剪、連接等,就逆向工程的軟件來(lái)講,大多數(shù)通過點(diǎn)群所得到的曲線多要經(jīng)過修編??梢酝ㄟ^拖動(dòng)控制點(diǎn)或線上的點(diǎn)的方式來(lái)調(diào)整曲線的走向,而編輯曲線的參數(shù)也是使曲線簡(jiǎn)單化的主要方式,通常越簡(jiǎn)單的曲線越能構(gòu)建高質(zhì)量的曲面。這些功能再配合曲線與點(diǎn)群的誤差分析功能,將可以調(diào)整出最佳的曲線狀態(tài)。有的部分軟件采用比較直觀的方式使曲面平滑化,但參數(shù)設(shè)定完成后,系統(tǒng)會(huì)以逐步變化的方式,將曲線的變化顯示出來(lái),以消除曲線扭曲的情形。3.1.7 曲面構(gòu)建與分析在逆向工程軟件中,曲面的構(gòu)建方式主要有兩種:利用點(diǎn)數(shù)據(jù)構(gòu)建和利用曲線構(gòu)建。利用曲線構(gòu)建與一般的 CAD 系統(tǒng)相似。下面主要論述一下利用點(diǎn)數(shù)據(jù)的方式來(lái)構(gòu)建曲面的功能。在構(gòu)建曲面之前,首先要注意幾點(diǎn)事項(xiàng):在建模的初期,應(yīng)對(duì)模型整體的建構(gòu)有一定的初步的規(guī)劃??梢栽谀P蜕瞎蠢粘銮媾c曲面間隔:也可將模型的一些簡(jiǎn)單幾何要素找出來(lái),作為后續(xù)曲面建模與模型基準(zhǔn)的參考;必須了解對(duì)精度與平滑度之間取舍的允許度。在允許的精度誤差上,會(huì)舍棄精度取平滑度;必須對(duì)后處理的過程有全盤的了解。由于不同的曲面建構(gòu)、不同的軟件以及后續(xù)的加工等,都可能造成不同的結(jié)果,所以必須了解后續(xù)工作的動(dòng)作過程,以控制誤差的允許度:曲面的建構(gòu)應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單。簡(jiǎn)單的曲面有利于后續(xù)工作的修編,較容易構(gòu)建出較高質(zhì)量的平滑曲面模型。在曲面編輯之前,如能利用軟件的分析功能,來(lái)充分掌握各建構(gòu)曲線的精度與控制點(diǎn),則建構(gòu)出高質(zhì)量曲面的可能性較大?;編缀吻娴慕?gòu)在逆向工程中,由于測(cè)量出來(lái)的點(diǎn)數(shù)據(jù)坐標(biāo)可能沒有固定,所以用點(diǎn)數(shù)據(jù)建構(gòu)基本幾何要素的功能就顯得相當(dāng)重要了,利用這些基本幾何要素,可以很方便地找到平面、模型的孔位、定位用基準(zhǔn)等。要對(duì)基本幾何體做出快速的分析。隨著測(cè)量系統(tǒng)的不同,測(cè)量出來(lái)的精度也有差異,最好要配合軟件的分析功能,分析顯示基本幾何信息,如尺寸,位置等,再作適度的調(diào)整,求出最佳的結(jié)果。1、利用點(diǎn)數(shù)據(jù)貼合自由曲面南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文20利用點(diǎn)數(shù)據(jù)貼合自由曲面使利用點(diǎn)群以類似投影的方式建構(gòu)曲面,這個(gè)功能可以用于建構(gòu)區(qū)域性的大曲面,通常建構(gòu)出來(lái)的曲面會(huì)大于點(diǎn)群,后續(xù)可利用曲面延伸與修剪等修編工具。在使用此功能前,請(qǐng)注意下列事項(xiàng):在執(zhí)行本功能前,需要將點(diǎn)數(shù)據(jù)作區(qū)分。必須先對(duì)部分所要建構(gòu)曲面的點(diǎn)數(shù)據(jù)獨(dú)立切割出來(lái),以便程序?qū)υ摢?dú)立點(diǎn)數(shù)據(jù)作運(yùn)算;一般來(lái)講,本功能對(duì)變化較小或漸進(jìn)變化的點(diǎn)群有較好的效果。在使用本功能前對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)作噪聲濾除與平滑化處理。遵循曲面簡(jiǎn)單化原則,盡可能以較少的控制點(diǎn)來(lái)建構(gòu)曲面,其參數(shù)應(yīng)從 3 階 10 各控制點(diǎn)開始,在一般情況下 3 階曲面已經(jīng)足夠滿足要求了??梢酝ㄟ^控制參數(shù),如控制曲線逼近控制點(diǎn)的比例;控制與點(diǎn)數(shù)據(jù)的平均誤差;控制平滑度等參數(shù)。2、利用點(diǎn)數(shù)據(jù)與邊界曲面建構(gòu)曲面利用點(diǎn)數(shù)據(jù)與邊界曲線建構(gòu)的曲面使逆向工程特有的曲面,此構(gòu)建方法中最快的一種,它有較精確的邊界控制,利用這種貼合點(diǎn)數(shù)據(jù)建構(gòu)曲面的方式,可以很快的將自由造型的曲面建構(gòu)出來(lái)。利用本功能,應(yīng)注意下列事項(xiàng):必須用 4 條連接的曲線來(lái)形成曲面建構(gòu)的邊界。要注意邊界曲線的平滑度,是否有扭曲現(xiàn)象。對(duì)區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)數(shù)據(jù)應(yīng)先做好噪聲濾除與平滑化處理,并注意變化。控制點(diǎn)來(lái)建構(gòu)曲面,其參數(shù)應(yīng)從 10 各控制點(diǎn)開始,逐步視情況而增加。遵循曲面簡(jiǎn)單的原理,盡量用較少的控制點(diǎn)來(lái)建構(gòu)曲面,其參數(shù)應(yīng)從 10 個(gè)控制點(diǎn)開始,逐步視情況而增加。建構(gòu)了區(qū)塊狀的曲面后,需將曲面與曲面作邊界連續(xù)性的編輯,此時(shí)相鄰的曲面間有相同的曲面參數(shù)者連續(xù)性較好。3、曲面編輯逆向工程的軟件中的曲面編輯主要有:曲面延伸、曲面修剪、曲面參數(shù)重新定義等,較高級(jí)的則會(huì)提供用拖拉曲面控制點(diǎn)編輯曲面的工具,或曲面平滑、曲面貼合點(diǎn)數(shù)據(jù)。通過逆向工程得到的數(shù)據(jù)很多時(shí)候是不同格式的文件,要把這些數(shù)據(jù)拿到進(jìn)行后續(xù)操作,一種是通過第 3 種軟件把格式的文件轉(zhuǎn)換成格式文件,再把轉(zhuǎn)換后的文件輸入中。另一種是把所有操作都在其中完成。3.2 基于 CATIA 軟件下逆向后處理3.2.1 CATIA 曲面重構(gòu)工具介紹CATIA 曲面重構(gòu)工具是集成于 CATIA 軟件中的專門用于逆向工程建模的工具模塊。曲面重構(gòu)工具最初是響應(yīng)汽車、飛機(jī)、船舶工業(yè)的要求開發(fā)的,當(dāng)時(shí)汽車工南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文21業(yè)需要一個(gè)工具幫助設(shè)計(jì)諸如車身面板之類的光滑曲面?,F(xiàn)在曲面重構(gòu)工具是一個(gè)完全集成于 CATIA 的一個(gè)可用于逆向工程的工具模塊,曲面重構(gòu)工具是一種非參數(shù)化環(huán)境工具。它使用戶可以專注于模型的特征區(qū)域,并使用不同的工具來(lái)獲取期望的形狀和曲面屬性。獨(dú)立幾何也是 CATIA 的超級(jí)特征,為了將設(shè)計(jì)活動(dòng)孤立在一個(gè)單一的特征中,曲面重構(gòu)工具使用了“型特征”的概念,獨(dú)立幾何超級(jí)特征即為型特征。獲取曲面重構(gòu)工具時(shí),就開始使用型特征。型特征時(shí)一個(gè)復(fù)合特征,包括所有創(chuàng)建或輸入到掃描工具中的幾何和參數(shù)。所有的輸入型特征,在其中創(chuàng)建的幾何都成為型特征的一部分。型特征的內(nèi)部對(duì)象,如單獨(dú)的曲面,曲線等,在型特征外部或它們相互之間沒有父子從屬關(guān)系。這樣便可以自由操作曲面,而無(wú)需考慮型特征對(duì)象之間及模型其余部分之間的參照和父子關(guān)系。利用掃描工具可完成下述任務(wù):·輸入、生成和過濾原始數(shù)據(jù)。·輸入幾何,包括曲線、曲面和多曲面數(shù)據(jù)。·創(chuàng)建和修改曲線。·手工或自動(dòng)修改幾何;幾何從后續(xù)特征收縮到型特征。掃描工具提供了根據(jù)掃描數(shù)據(jù)建立光滑曲面的工具,根據(jù)掃描數(shù)據(jù)的特點(diǎn),誤差和光滑程度的需要,基于個(gè)人的逆向工程的經(jīng)驗(yàn),可以選擇基于曲線、曲面或兩者結(jié)合起來(lái)進(jìn)行模型重建。1、基于曲線的逆向工程:首先根據(jù)數(shù)據(jù)建立型曲線,然后通過型曲線建立曲面。通過這個(gè)方法可獲得最終的曲面或獲取用于基于曲面的方法的起始曲面,這種方法在大多數(shù)情況下,要獲取光滑曲面,只能使用掃描數(shù)據(jù)的一小部分。這通常會(huì)導(dǎo)至曲面和沒使用的掃描點(diǎn)之間存在比較大的誤差。要減少誤差,定義曲面時(shí)應(yīng)使用更多的型曲線,但曲面的質(zhì)量會(huì)下降。2、基于曲面的逆向工程:在基于曲面的逆向工程里,可根據(jù)常規(guī)的 CATIA 曲面和型曲面建立曲面的復(fù)制曲面,然后讓曲面適應(yīng)掃描數(shù)據(jù),以獲取規(guī)定誤差內(nèi)的曲面。通過增加和去除柵格線,可以提高控制曲面的光滑程度和靈活控制細(xì)節(jié)的能力?;谇娴姆椒梢钥焖俳⒐饣那妫⒖刂魄鎸?duì)掃描數(shù)據(jù)的偏差,使誤差最小。3.2.2 平面特征小三角平面;向幾何的選定區(qū)域添加小三角平面的一個(gè)單獨(dú)的層;填充選定幾何的所有凹陷部分,填充需要附加體積的區(qū)域,以便定義在掃描時(shí)變模糊的邊。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文223.3 曲面重構(gòu)具體過程 [4][5][6]1.輸入原始數(shù)據(jù)打開 CATIA 的點(diǎn)云編輯處理特征環(huán)境,在此環(huán)境下導(dǎo)入掃描的玩具汽車覆蓋件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。如圖 3-3 所示圖 3-2 點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入圖2.編輯輸入的點(diǎn)云使點(diǎn)云以點(diǎn)的形式顯示圖 3-3 點(diǎn)云數(shù)據(jù)編輯圖處理后的結(jié)果如下圖:南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文23圖 3-4 點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理完成圖3.使用 去除噪聲點(diǎn)及多余的測(cè)量點(diǎn)圖 3-5 點(diǎn)云數(shù)據(jù)除雜點(diǎn)圖4.以下以兩種方式來(lái)大量去除點(diǎn)云,如下以拉動(dòng)線段來(lái)大量去除選定點(diǎn):圖 3-6 點(diǎn)云數(shù)據(jù)除雜點(diǎn)方法一展示圖以所繪制線段來(lái)大量刪除點(diǎn)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文24圖 3-7 點(diǎn)云數(shù)據(jù)除雜點(diǎn)方法二展示圖處理后的點(diǎn)云如下:圖 3-8 點(diǎn)云數(shù)據(jù)除雜點(diǎn)完成圖5 運(yùn)用單個(gè)點(diǎn)拾取方式取出多余的點(diǎn)圖 3-9 逐點(diǎn)去除點(diǎn)云雜點(diǎn)處理圖處理中的圖形:南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文25圖 3-10 逐點(diǎn)去除點(diǎn)云雜點(diǎn)過程圖將處理后的圖形用三角面片擬合,觀看大體外觀圖 3-11 三角面片擬合過程圖以兩點(diǎn)間距離為 50mm 處理后的圖形:圖 3-12 小間距三角面片擬合完成圖以兩點(diǎn)間距離為 70mm 處理后的圖形南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文26圖 3-13 大間距三角面片擬合完成圖由于中間部分點(diǎn)云缺失,造成曲面性狀不完整,并出現(xiàn)多種缺陷如下:這對(duì)于曲面的重構(gòu)設(shè)置了一個(gè)巨大的難題。圖 3-14 大間距三角面片數(shù)據(jù)缺失部分圖5.以頂部曲面為例,介紹曲面的做法及修剪。首先,選取控制點(diǎn),
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