玩具汽車(chē)的逆向造型研究 畢業(yè)設(shè)計(jì)

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1、學(xué)士學(xué)位論文 目 錄 第一章 緒論 1.1逆向工程簡(jiǎn)介………………………………………………………………………3 1.1.1逆向工程的概念…………………………………………………………………3 1.1.2逆向工程的現(xiàn)狀及應(yīng)用…………………………………………………………4 1.1.3逆向工程的一般步驟……………………………………………………………4 1.2測(cè)量工具ATOSⅠ介紹………………………………………………………………5 1.3軟件Pro/E介紹……………………………………………………………………6 1.4CATIA軟件介紹…………………………………………………

2、…………………7 1.5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…………………………………………………………………………11 2.2零件掃描過(guò)程……………………………………………………………………12 2.3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………………………………………………………………15 3.1.1逆向工程后處理的要求………………………………………………………15 3.1.2曲線與曲面的連續(xù)性…………

3、………………………………………………15 3.1.3曲線的擬合……………………………………………………………………15 3.1.4曲線的構(gòu)建……………………………………………………………………16 3.1.5點(diǎn)數(shù)據(jù)處理……………………………………………………………………17 3.1.6曲線的構(gòu)建和分析……………………………………………………………18 3.1.7曲面構(gòu)建與分析………………………………………………………………19 3.2基于CATIA軟件下逆向后處理…………………………………………………21 3.2.1 CATIA曲面重構(gòu)工具介紹…………………………………………

4、…………21 3.2.2平面特征………………………………………………………………………22 3.3曲面重構(gòu)具體過(guò)程[4][5][6]…………………………………………………22 3.4曲率分析…………………………………………………………………………30 3.5本章小結(jié)…………………………………………………………………………32 第四章 基于Pro/E的玩具汽車(chē)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 4.1.1規(guī)則實(shí)體重構(gòu)方法…………………………………………………………32 4.1.2零件設(shè)計(jì)的一般步驟……………………………

5、…………………………33 4.2虛擬裝配………………………………………………………………………38 4.3本章小結(jié)………………………………………………………………………41 第五章 結(jié)論 參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………43 致 謝………………………………………………………………………………44 1 論文 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。

6、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(guò)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(guò)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(kāi)發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本。將逆向工程技術(shù)定義為沒(méi)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(guò)對(duì)測(cè)量信息的分析和處理來(lái)反求其CAD模型的過(guò)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)镃AD模型相關(guān)的數(shù)字化技

7、術(shù)和幾何模型重建技術(shù)的總稱(chēng)。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(zhuān)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(mén)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?，F(xiàn)代人們通稱(chēng)的設(shè)計(jì)一般均指正向設(shè)計(jì)。它根據(jù)市場(chǎng)需

8、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(wèn)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)?？梢钥闯?，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(mén)學(xué)問(wèn)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

9、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]。 1.1.2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)

10、品仿制中的應(yīng)用 有時(shí)，擬合制作的產(chǎn)品沒(méi)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?，?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

11、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(chē)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(méi)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

12、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(guò)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(guò)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(lèi)零件一般具有復(fù)雜的自由曲面外型，最終的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯⒊蔀樵O(shè)計(jì)這類(lèi)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(chēng)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,

13、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)

14、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(huà)、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(guò)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。

15、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(guò)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(guò)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)的非接觸式三坐標(biāo)掃

16、描設(shè)備。該設(shè)備采用可見(jiàn)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(kāi)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

17、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(lèi)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(chē)及汽車(chē)內(nèi)外飾件

18、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。

19、 （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(chē)的外表面掃描。 （4）測(cè)量范圍大 掃描頭的單幅測(cè)量范圍可以通過(guò)調(diào)整鏡頭, 實(shí)現(xiàn)多種測(cè)量范圍，單幅測(cè)量范圍從5040mm到20002000 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(guò)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，

20、經(jīng)過(guò)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)?？筛鶕?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?chē)c(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(guò)這種方式，消除了積累

21、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(kāi)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(guò)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

22、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(shuō)是很熟悉的，因而易于使用，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(guò)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(kāi)發(fā)。 2、全尺寸約束 在Pro/ENGINEER的設(shè)計(jì)過(guò)程中，將零件的尺寸和形狀結(jié)合起來(lái)考慮，通過(guò)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)，

23、也不能多標(biāo)尺寸(過(guò)約束)。 3、尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)修改 Pro/ENGINEER設(shè)計(jì)過(guò)程中是通過(guò)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(guò)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(kāi)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(kāi)發(fā)。數(shù)據(jù)管理模塊的開(kāi)發(fā)研制，正是專(zhuān)門(mén)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/ENGIN

24、EER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(mén)的。換言之，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)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(guò)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(kāi)發(fā)全過(guò)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(kāi)發(fā)周期的任一點(diǎn)進(jìn)行修改，卻沒(méi)有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠

25、使開(kāi)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供了開(kāi)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(mén)

26、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)

27、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(lèi)型加工機(jī)床(兩軸半至五軸各型加工中心、兩軸及四軸車(chē)床、兩軸及四軸電火花線切割機(jī)等)及各種加工方式(銑、車(chē)、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(chēng)為CL DATA (CUTTER LOC

28、ATION 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(shuō)是最高檔的CAD/CAM軟件，由法國(guó)Dassault公司開(kāi)

29、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(shuō)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(chē)、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(kāi)發(fā)效率。通過(guò)其豐富的產(chǎn)品線提供一個(gè)集成的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)環(huán)境。為了保證其最大的靈活

30、性，CATIA在提供了面對(duì)復(fù)雜設(shè)計(jì)與仿真的CATIAP2、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CATIAP1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(kāi)發(fā)的全過(guò)程。CATIA涵蓋的范圍是一個(gè)跨行業(yè)的解決方案，包括汽車(chē)、航空航天、消費(fèi)品、制造與裝配、工廠設(shè)計(jì)、火車(chē)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)

31、縫的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)環(huán)境； （1）CATIA的解決方案是一個(gè)可信賴(lài)的、經(jīng)過(guò)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

32、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(chē)行業(yè)），對(duì)個(gè)人而言，其發(fā)展前景遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)軟件業(yè)（眾所周知，除極少數(shù)人外，大多從事軟件

33、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(zhuān)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(chē)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(chē)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

34、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(kāi)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(shuō)，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(lèi)：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 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

35、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(kāi)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)

36、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

37、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 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(chē)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(guò)程 1、ATOS掃描儀類(lèi)型選用 ATOS掃描儀有4種型號(hào)：ATOS S

38、TD型、ATOS II型、ATOS III型、ATOS1四種。 圖2-1 ATOS掃描儀類(lèi)型圖 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(guò)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(méi)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

39、位進(jìn)行測(cè)量，例如裝在汽車(chē)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(guò)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(kāi)始就沒(méi)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、過(guò)度的。因?yàn)槭褂谜呖梢酝ㄟ^(guò)后續(xù)軟件的強(qiáng)大

40、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(guò)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(guò)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

41、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(pán)：40 GB以上 操作系統(tǒng)：WINDOWS 98/2000/NT/XP 2.3本章小結(jié) 通過(guò)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 范圍，則更加側(cè)重要求高質(zhì)量

42、的曲面。 3.1.2曲線與曲面的連續(xù)性 3.1.6曲線的構(gòu)建和分析 經(jīng)過(guò)處理過(guò)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 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 C 輸入、生成和過(guò)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

43、后通過(guò)型曲線建立曲面。通過(guò)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(méi)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(guò)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。基于曲面的方法可以快速建立光滑的曲面，并控制曲面對(duì)掃描數(shù)據(jù)的偏差，使誤差最小。 3.2.2平面特征 小

44、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。 3.3曲面重構(gòu)具體過(guò)程[4][5][6] 圖3-25曲面曲率分析圖（三） 圖3-26曲面曲率分析圖（四） 圖3-27曲面曲率分析圖（五） 3.5本章小結(jié) 本章是探討逆向工程關(guān)鍵的一步，逆向工程的后處理技術(shù)。首先論述向工程處理的內(nèi)容和處理的原理，然后結(jié)合大型軟件CATIA的逆向工程功能將掃描得到的覆蓋件的點(diǎn)云圖處理成零件圖。通過(guò)此章的研究，可以看到逆向工程后處理的好壞將直接影響到零件重構(gòu)的精度，通過(guò)CAT

45、IA軟件的某些功能可以完成逆向工程的后處理。 第四章 基于Pro/E的玩具汽車(chē)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) Pro/E是美國(guó)參數(shù)化技術(shù)公司( Parametric Tech-nologyCorporation,簡(jiǎn)稱(chēng)PTC)的軟件產(chǎn)品。Pro/E具有全參數(shù)化和全相關(guān)的造型技術(shù)模塊,在實(shí)體造型功能和方便的編輯功能方面,可以說(shuō)是遙遙領(lǐng)先與其它軟件。接口上,Pro/E軟件具有IGS、STL、OBJ等多種輸入輸出數(shù)據(jù)文件,能與UG、I-DEAS、MasterCAM和CATIA等CAD/CAM軟件系統(tǒng)交換數(shù)據(jù),是理想的設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)[7]。 4.1.1規(guī)則實(shí)體重構(gòu)方法 （1）

46、主要通過(guò)拉伸及切除材料命令來(lái)實(shí)現(xiàn)，所謂拉伸即選定一個(gè)平面，再次平面上繪制由測(cè)量量得的尺寸圖形（必須是封閉圖形）然后使用拉伸命令，控制拉伸高度，從而得到拉伸實(shí)體； （2）其次還通過(guò)旋轉(zhuǎn)命令來(lái)重構(gòu)規(guī)則的球形實(shí)體，或是球形實(shí)體的組合及變化實(shí)體，所謂運(yùn)用旋轉(zhuǎn)方法構(gòu)造實(shí)體即：在選定平面繪制好草圖后，在繪制一條中心軸線，然后利用旋轉(zhuǎn)命令讓繪制的草圖繞中心軸線旋轉(zhuǎn)一定角度得到旋轉(zhuǎn)體； （3）除此之外，還可以用掃描、混合掃描和螺旋掃描來(lái)制作具有特定變化特征的實(shí)體，如彈簧、鋼管等，此種方法即先繪制實(shí)體的延伸軌跡，然后再繪制界面特征，并定義變量，最后完成實(shí)體的設(shè)計(jì)[8]。 4.1.2零件設(shè)計(jì)的一般步驟 以

47、玩具汽車(chē)中的以構(gòu)件為例，來(lái)詳細(xì)說(shuō)明Pro/E中零件的設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)過(guò)程。 （1） 打開(kāi)Pro/E，新建零件，不選缺省模板，選擇中國(guó)制尺寸進(jìn)入繪制三維圖環(huán)境如下圖： 圖4-1 Pro/E零件設(shè)計(jì)環(huán)境圖 （2）根據(jù)零件的特點(diǎn)，選擇相應(yīng)的命令，并進(jìn)行草繪，然后將其設(shè)計(jì)成三維實(shí)體，下面是以玩具汽車(chē)的零部件的設(shè)計(jì)的具體過(guò)程： （1）按尺寸繪制草圖，并拉伸為平板，如下所示： 圖4-14 Pro/E零件設(shè)計(jì)-曲面重構(gòu)總圖 4.2虛擬裝配 Pro/E的裝配原理為六點(diǎn)定位原理，即：限制零件的六個(gè)方向上的自由度，從而使其達(dá)到完全定位的目的，其約束類(lèi)型有，如下圖所示：

48、圖4-15 Pro/E虛擬裝配-約束種類(lèi)圖 具體操作步驟，如下所示 （1）新建一組件，進(jìn)行裝配； （2）通過(guò)插入—元件—裝配，導(dǎo)入需要進(jìn)行裝配的零件，如下所示： 圖4-16 Pro/E虛擬裝配-開(kāi)啟圖 （3）以一輪系結(jié)構(gòu)件為例來(lái)具體說(shuō)明裝配過(guò)程，首先導(dǎo)入車(chē)輪，如下所示： 圖4-17 Pro/E虛擬裝配-步驟圖（一） （4）然后再插入支撐架，如下所示： 圖4-18 Pro/E虛擬裝配-步驟圖（二） （5）建立約束來(lái)限制兩者之間的相對(duì)位置，使用軸對(duì)齊，和面匹配，結(jié) 圖4-19 Pro/E虛擬裝配-步驟圖（三） （6

49、）接下來(lái)將另一個(gè)輪導(dǎo)入，并依此原理進(jìn)行裝配，結(jié)果如下所示： 圖4-20Pro/E虛擬裝配-步驟圖（四） （7）最后將輪軸導(dǎo)入，實(shí)現(xiàn)輪系的整體裝配，如下圖所示： 圖4-21Pro/E虛擬裝配-步驟圖（五） （8）以此原理可得總的玩具汽車(chē)的裝配圖，如下所示： 圖4-22 Pro/E虛擬裝配總圖（一） 圖4-24 Pro/E虛擬裝配總圖（三） 4.3本章小結(jié) 本章介紹了使用Pro/E進(jìn)行零件設(shè)計(jì)的方法及過(guò)程，并介紹了虛擬裝配的原理及主要過(guò)程等，最后用Pro/E現(xiàn)了零件之間的虛擬裝配，由以上的作圖及裝配過(guò)程可以看出Pro/E具有強(qiáng)大的機(jī)械設(shè)計(jì)功能，可

50、以提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量并縮短設(shè)計(jì)周期。 第五章 結(jié)論 本文結(jié)合逆向工程技術(shù)在玩具汽車(chē)重構(gòu)中的應(yīng)用，研究了逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)及其在實(shí)際應(yīng)用中需要注意的問(wèn)題。主要研究工作和成果概括如下: 1、在對(duì)接觸式和非接觸式測(cè)量方法的基礎(chǔ)上，分析不同測(cè)量方法的優(yōu)缺點(diǎn)，得出要根據(jù)工作的具體需要來(lái)選擇合適的測(cè)量設(shè)備和測(cè)量方法的結(jié)論，并應(yīng)用ATOS I光學(xué)掃描儀高效率、高精度的完成摩托車(chē)覆蓋件的數(shù)據(jù)獲取工作。 2、對(duì)數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行研究，得出逆向工程數(shù)據(jù)處理的一般流程，并應(yīng)用CATIA軟件完成玩具車(chē)覆蓋件的數(shù)據(jù)處理工作，獲得完整、正確的數(shù)據(jù)以方便后續(xù)模型重建工作的進(jìn)行。 3、了解曲

51、線曲面的基本理論，得出結(jié)論:在建模過(guò)程中要準(zhǔn)確反映設(shè)計(jì)意圖，根據(jù)建模要求選擇適當(dāng)?shù)那鏈?zhǔn)則，不需要一味地追求高質(zhì)量的曲面，只需保證建模的速度和質(zhì)量。 4、介紹CATIA和Proe軟件，充分利用軟件的優(yōu)勢(shì)，完成玩具汽車(chē)模型的重構(gòu)工作。 總之，采用逆向工程技術(shù)完成玩具汽車(chē)覆蓋件的模型重建能夠提高設(shè)計(jì)精度，獲得較高的模型質(zhì)量，縮短設(shè)計(jì)和制造周期，使產(chǎn)品能夠快速進(jìn)入市場(chǎng)提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，具有重要的意義。 參考文獻(xiàn) [1] 李春玲. 復(fù)雜曲面激光測(cè)量與重構(gòu)相關(guān)技術(shù)研究[D].山東大學(xué)碩士學(xué)位論文.2005.4.26 [2] 趙

52、艷平. 逆向工程在摩托車(chē)覆蓋件建模中的應(yīng)用[D].西南交通大學(xué)碩士學(xué)位論文.2006.4 [3] 謝斌. 逆向工程在汽車(chē)覆蓋件成形技術(shù)上的應(yīng)用[D].合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文.2005.5 [4] 金濤，童水光.逆向工程技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003 [5] 許智欽，孫長(zhǎng)庫(kù).3D逆向工程技術(shù)[M].北京:中國(guó)計(jì)量出版社，2002 [6] 李江雄.復(fù)雜曲面反求工程CAD建模技術(shù)研究[D].浙江大學(xué)博十學(xué)位論文.1998. [7] 沈精虎．Pro /ENGINEER 2001中文版典型實(shí)例[M]．人民郵電出版社，2002．8，10～52 [8] 孫江宏，段大高，黃小龍．中文版Pro /ENGINEER 2001入門(mén)與實(shí)例應(yīng)用[M]．中國(guó)鐵道出版社，2003．4，5～100 致謝 在老師和同學(xué)的幫助下，加上自己的努力，我順利完成了此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，在這里我要對(duì)幫助過(guò)我的所有人表示最衷心的感謝。整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，于斐老師對(duì)我的指導(dǎo)給了我很大的幫助, 讓我能夠更好的， 更快的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。 在此， 我對(duì)于斐老師的指點(diǎn)與幫助表示最真摯的感謝。 22