【正文】 在SolidWorks 中插入 點(diǎn)云和圖形數(shù)據(jù)， 實(shí)現(xiàn) 車(chē)輪的三維 建模 。 3) 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 設(shè)計(jì)， 對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)文件讀取 ， 實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)零件 求解 。車(chē)輪的整體 結(jié)構(gòu) 如下 ： 圖 車(chē)輪結(jié)構(gòu) 示意圖 （ 1）輪輞的加工工藝流程： 開(kāi)平 剪板下料 圈圓 壓平 閃光對(duì)焊 刨渣 液壓焊縫 擴(kuò)口 一序輥壓 二序輥壓 三序輥壓 擴(kuò)張 圖 輪輞的加工工藝流程 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 （ 2）輪輻的加工工藝流程： 由 上述 工藝流程可知， 車(chē)輪是由 板材鋼經(jīng)過(guò) 各種壓制 加工 再焊接到一起 而成， 具體的 加工尺寸 是從其 設(shè)計(jì)尺寸 獲得 。 （ 3） 輪廓線識(shí)別 將 經(jīng)數(shù)據(jù)處理的 點(diǎn)列識(shí)別為參數(shù)化的各個(gè)圖元 輪廓線 。 零件實(shí)體 點(diǎn)云測(cè)量 數(shù)據(jù)處理 輪廓線識(shí)別 圖 系統(tǒng)逆向設(shè)計(jì) 的流程 輪廓線識(shí)別模型重建 設(shè)計(jì)圖紙 落料 沖中心孔 旋壓 沖螺栓孔 沖風(fēng)孔 锪孔 車(chē)中心孔、外徑、端面 圖 輪輻的加工工藝流程 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 開(kāi)發(fā)環(huán)境 及語(yǔ)言 ++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì) 為了能更好的 完成 設(shè)計(jì) 任務(wù) ，車(chē)輪快速設(shè)計(jì)系統(tǒng) 使用 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法開(kāi)發(fā)。 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法 [1415]就是運(yùn)用面向?qū)ο蟮挠^點(diǎn)對(duì)現(xiàn)實(shí)中各種 事物進(jìn)行抽象，具體 的 過(guò)程 是由 對(duì)象與 類(lèi)實(shí)現(xiàn)的。對(duì)象與對(duì)象之間通過(guò)消息進(jìn)行 傳遞信息 。 系統(tǒng)的界面采用了 BCGControlBar 框架庫(kù)實(shí)現(xiàn)。 SolidWorks 提供的 API 接口分為兩種 ：一是， OLE （ Object Linking and Embedding，對(duì)象連接與嵌入） ；另一個(gè)是， COM（ Component Object Model， 組件對(duì)象模型 ）。 Environment Frame AttributeDef Modeler SWPropertySheet ModelDoc2 SldWorks 圖 SolidWorks API 對(duì)象主結(jié)構(gòu)圖 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 3 點(diǎn)云測(cè)量 方案 設(shè)計(jì) 測(cè)量方法 測(cè)量方法主要有 非接觸式測(cè)量、 接觸式測(cè)量。 由于 鋼制車(chē)輪 為 硬 質(zhì)零件， 不要求色澤和材質(zhì)， 只對(duì) 位置 、 尺寸有要求，因此 采用接觸式測(cè)量。針對(duì) 如上 要求，相應(yīng)的測(cè)量方案如下： （ 1）測(cè)量平臺(tái)上將 車(chē)輪輪輞豎直 放置 ， 如圖 所示 ，使車(chē)輪回轉(zhuǎn)軸與 三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x某個(gè)自由度 大致 重合。 由于 輪輻中心孔的中心軸與輪輻的中心軸重合， 風(fēng)孔 和 螺栓孔均 以輪輻中心軸為陣列軸， 由此可以單獨(dú)測(cè)出 中心孔、 風(fēng)孔 和 螺栓孔 的 點(diǎn)云數(shù)據(jù) ，經(jīng)過(guò)實(shí)體 拉伸切除 ，生成輪輻三維模型。 （ 4）螺栓孔測(cè)量 均勻采集螺栓孔數(shù)據(jù)點(diǎn)，可以求解出螺栓孔尺寸陣列半徑 。 DataExplor 的界面設(shè)計(jì) 圖 DataExplor 軟件界面 DataExplor 軟件界面采用 BCGControlBar 12 提供 的 MS Office 2020 Blue 樣式 ，如圖 所示 。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 DataExplor 的特征選擇 車(chē)輪參數(shù)測(cè)量共有六個(gè)部分，分別為： 輪輞截面線、輪輻 外側(cè) 截面線、輪輻中心孔、輪輻螺栓孔、輪輻風(fēng)孔和輪輻內(nèi)側(cè)截面線。輪輞 數(shù)據(jù)處理 任務(wù)是得到 輪輞回轉(zhuǎn)軸 線 和回轉(zhuǎn)母線；中心孔數(shù)據(jù)處理 任務(wù) 是 得到中心孔直 徑； 輪輻內(nèi)外輪廓線數(shù)據(jù)處理任務(wù)是得到內(nèi)外回轉(zhuǎn)母線； 螺栓孔數(shù)據(jù)處理 任務(wù) 是 得到 距中心軸布徑和 螺栓孔半徑 ；風(fēng)孔 數(shù)據(jù)處理 任務(wù) 是 得到 風(fēng)孔半徑 、高度 、布徑和方向。 如圖 所示： 圖 數(shù)據(jù) 類(lèi)型 選擇 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 DataExplor 的參數(shù)設(shè)置 選擇 點(diǎn)云 測(cè)量 數(shù)據(jù)特征 之 后， 需要添加識(shí)別參數(shù)以便 對(duì)輪廓線 進(jìn)行圖元識(shí)別 。 （ 4）圓度誤差 圓弧 擬合 時(shí)的 最大誤差。同心圓誤差 目的是 防止一個(gè)圓弧被識(shí)別 成 兩個(gè)圓心差別不大 連續(xù)的 圓弧 圖元 。 回轉(zhuǎn)面 求解方法 主要 有兩種： （ 1） 依據(jù) 選定數(shù)學(xué)模型近似 的擬合成 一般自由曲面，如 放樣曲面 [20]、 Bezier 曲面 [21] 、 掃成面 [22]或 B 樣條曲面 [2324]等； （ 2） 求解出回轉(zhuǎn)面的回轉(zhuǎn)母線和回轉(zhuǎn)軸 ， 即基于特征重構(gòu) 。約束隨機(jī)方向法原理簡(jiǎn)單、求解直接，它對(duì)目標(biāo)函數(shù)性態(tài)沒(méi)有特殊要求。具體 來(lái)說(shuō)就 是： 將回轉(zhuǎn)面 當(dāng)做一 圓柱面， 其上 所有數(shù)據(jù) 測(cè)量 點(diǎn)到 該 圓柱面距離和 是 最少 的 ， 也就是說(shuō)，回轉(zhuǎn)面的回轉(zhuǎn)軸 與 該圓柱面的中心軸是 重合 的 。 綜上所述， 回轉(zhuǎn)軸的成功 提取是求解回轉(zhuǎn)面的關(guān)鍵。 （ 3）將點(diǎn)云數(shù)據(jù)投影到 XOY 平面，利用最小二乘法擬合圓，得到回轉(zhuǎn)軸矢量經(jīng)過(guò)的圓心坐標(biāo)、半徑以及擬合誤差。 直線和圓弧 的 數(shù)學(xué)模型和 各 圖元 之 間的各種約束 形式 比較簡(jiǎn)單 ，結(jié)構(gòu)約束特征為垂直、對(duì)稱(chēng)、相切、平行等，幾何約束包 也極為簡(jiǎn)單 ， 比如說(shuō)半徑 、長(zhǎng)度 和坐標(biāo) 等。具體說(shuō) 輪廓線識(shí)別是根據(jù) 提取出來(lái)的母線數(shù)據(jù)，依照?qǐng)D元識(shí)別參數(shù)，尋找各母線拐點(diǎn)，將坐標(biāo)點(diǎn)分段，每一段均 為單獨(dú)的直線段或圓弧段特征 特征， 然后根據(jù)相切、相交等結(jié)構(gòu)約束建立輪廓線幾何模型， 最終利用優(yōu)化算法優(yōu)化輪廓線，建立一個(gè)最優(yōu)濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 的幾何模型。將所求拐點(diǎn)左右各浮動(dòng)十個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)， 依次 以該點(diǎn)為拐點(diǎn)， 計(jì)算擬合誤差，將 擬合誤差 最小點(diǎn)作為最優(yōu)拐點(diǎn)。 基于圖元 Agent 識(shí)別 輪廓線 基于圖元 Agent 的輪廓線識(shí)別 原理是 ，輪廓線 上 每 m 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn) 組成一個(gè)圖元Agent， 如此輪廓線點(diǎn)列就 被劃分 為 n 段 連續(xù) 圖元 Agent，然后 計(jì)算求解 使圖元 Agent生長(zhǎng)， 一增一減，結(jié)果使得一部分 圖元 Agent 的數(shù)據(jù)點(diǎn) 增加 ，另 部分 慢慢 減少至消失，經(jīng)過(guò)多次從左到右和從右到左的圖元 Agent 生長(zhǎng)， 最終 完成 識(shí)別輪廓線 。 （ 2） 直線與直線。 輪廓線識(shí)別 應(yīng)用實(shí)例 下面以輪輞輪廓線識(shí) 別數(shù)據(jù)處理 過(guò)程為例 ， 演示車(chē)輪快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)工作流程。 算法如下： 定義 風(fēng)孔所在平面 為： 0???? DCzByAx ,( 0?C ) CDyCBxCAz ???? 記 CDaCBaCAa ??????210 , 210 ayaxaz ??? 對(duì)于一系列的 n 個(gè)點(diǎn) )3( ?n ： 1,1,0),( ?? nizyx iii ? 用最小二乘法擬合計(jì)算上述平面方程，則使 ? ???? ????102210ni zayaxaS最小。 DataMining 軟件 簡(jiǎn)介 建立 工程 安裝 A P ISolidW ork s 2 0 1 0后， 在 N E TS tu d ioV isu a l .2 0 0 8中 便 可以建立SolidWorks 二次開(kāi)發(fā) 項(xiàng)目 。 圖 車(chē)輪快速設(shè)計(jì)菜單 在 SolidWorks 里 通過(guò) 車(chē)輪快速設(shè)計(jì)工具箱 ，如圖 所示 ，對(duì)車(chē)輪的 輪輞，輪輻等 各部分特征 分別 進(jìn)行設(shè)計(jì)。 車(chē)輪快速設(shè)計(jì)工具箱 功能簡(jiǎn)介如下： （ 1） 點(diǎn)云 ，生成根據(jù) 數(shù)據(jù)處理 點(diǎn)云數(shù)據(jù) 后擬合 出的輪廓線的點(diǎn)列； （ 2） 線條 ，生成經(jīng) 輪廓線參數(shù)化識(shí)別后的 輪廓 圖元； （ 3） 提取 ， 提取對(duì)應(yīng)的特征尺寸、位置關(guān)系等參數(shù) ； （ 4） 應(yīng)用 ，添加 各 部分 特征 到 車(chē)輪零件， 完成 車(chē)輪模型 的生成任務(wù) 。 圖 輪輞三維模型 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 輪輻 回轉(zhuǎn)體 的生成 圖 輪輻的回轉(zhuǎn)輪廓 輪輻內(nèi)外輪廓線 在 SolidWorks 中 經(jīng) 過(guò) 修改形成封閉的 回轉(zhuǎn)體輪廓線特征草圖 ，如圖 所示 ， 然后旋轉(zhuǎn)拉伸 生成回轉(zhuǎn)體零件模型 ，如圖 所示 。 其中 螺栓孔的數(shù)量和起始角度需要 手動(dòng)輸入 。 圖 輪輻螺栓孔 生成 風(fēng)孔的 生成 風(fēng)孔 的位置在 輪輻旋壓部分， 求解風(fēng)孔參數(shù) 需要 要確立風(fēng)孔所在平面 ， 因此 建立了 風(fēng)孔的局部坐標(biāo)系。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 圖 輪輻風(fēng)孔 生成 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 6 結(jié) 論 本文 通過(guò)分析 逆向工程在國(guó)內(nèi)外 的發(fā)展現(xiàn)狀， 以及 測(cè)量技術(shù)和曲面重構(gòu)方面的成果，結(jié)合當(dāng)前課題，逆向工程中曲線及曲面的參數(shù)化設(shè)計(jì)， 以 車(chē)輪快速設(shè)計(jì)為實(shí)例 ，綜合實(shí)際運(yùn)用中存在的主要問(wèn)題，提出了一整套的解決方法。 車(chē)輪零件 點(diǎn)云數(shù)據(jù)十分 的龐大，為此，需要設(shè)計(jì)一個(gè) 比較 簡(jiǎn)單高效的 測(cè)量方法，在保證數(shù)據(jù) 的 準(zhǔn)確性