1818_玩具汽車的逆向造型研究

1818_玩具汽車的逆向造型研究,玩具,汽車,逆向,造型,研究,鉆研 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。現(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)?？梢钥闯觯辞笏季S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發(fā)展起來的消化、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?，?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)是無法建立工件尺寸圖檔，因而也無法用現(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，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?？汕逦@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。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，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)效率等的門檻越來越高，同行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)也越來越激烈。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，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，其已為越來越多的行業(yè)帶來巨大利潤(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，無基準(zhǔn)點(diǎn)無限定光學(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，無法判別特定的幾何形狀；2.陡峭面不易測(cè)量，激光無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)于激光無法到達(dá)的表面，如掃描儀無法進(jìn)入的深孔或內(nèi)腔無法進(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，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)卦黾印Ｍ瑫r(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)來描述，而較平滑的地方則以較少的點(diǎn)數(shù)據(jù)來表達(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。提取出來少量點(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?。?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，這個(gè)功能對(duì)與較平滑的點(diǎn)群相當(dāng)?shù)暮糜?，可以來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，同時(shí)系統(tǒng)也會(huì)將圓心及半徑顯示出來，但這樣繪制出來的圓不一定準(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，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，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。基本幾何曲面的建構(gòu)在逆向工程中，由于測(cè)量出來的點(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，以便程序?qū)υ摢?dú)立點(diǎn)數(shù)據(jù)作運(yùn)算；一般來講，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。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)?！ぽ斎霂缀?，包括曲線、曲面和多曲面數(shù)據(jù)?！?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?，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.以下以兩種方式來大量去除點(diǎn)云，如下以拉動(dòng)線段來大量去除選定點(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)，