【正文】 量的 風(fēng)孔草圖， 對每個風(fēng)孔草圖進(jìn)行切除拉伸，完成風(fēng)孔 的生成 ，如圖 所示 。通過讀取點云 文件 ， 提取 有效數(shù)據(jù) ， 再 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理， 將點云 數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)化成 相應(yīng)的 輪廓線點列。 （ 2）對于課題逆向工程中曲線及曲面的參數(shù)化設(shè)計，本文在曲線識別方面做了大量工作，曲面試別部分涉及甚少， 僅為回轉(zhuǎn)面求解 ，需要進(jìn)一步查找資料，完善算法。 最終 將輪輞零件和輪輻零件 在 SolidWorks 里 進(jìn)行裝配 結(jié)果如下 。 系統(tǒng)的主要工作點 （ 1） 車輪零件 測量方案設(shè)計。 圖 輪輻螺栓孔 工具條 濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 27 將 螺栓孔應(yīng)用在輪輻 上，然后圓周 陣列出相應(yīng)數(shù)量和尺寸的 螺栓孔 ， 再 經(jīng)切除拉伸完成螺栓孔特征的 生成 ，如圖 所示 。一般輪輞板材厚度為 7mm， 那么可以根據(jù)其板厚直接生成輪輞 零件 ，如圖 所示 。因此， 需要 在 ()WConnectToS 函數(shù)中添加 ()M anagerA ddC om m and函數(shù) 來 實現(xiàn) SolidWorks的 開發(fā)，在 ()F rom SWDiscon nect 中添加()Re d M a n g erm o v eC o m m a n函數(shù)釋放指針或空間 。 求風(fēng)孔所在平面 風(fēng)孔點云數(shù)據(jù)的測量是沿輪輻內(nèi)側(cè)邊緣處的圓周，故采用最小二乘法求解風(fēng)孔所在平面。相鄰幾何圖元類型為圓弧和圓弧， 為外切關(guān)系， 參數(shù)優(yōu)化方法為 兩圓弧圓心距離 為 兩圓弧 半徑之和。 （ 2）優(yōu)化拐點。 接下來 回轉(zhuǎn)母線 數(shù)據(jù)提取流程如 圖 所示： 經(jīng)回轉(zhuǎn)面求解方法，車輪各 部分 回轉(zhuǎn)母線的數(shù)據(jù) 點云 如圖 所示 ： 圖 輪輻外輪廓回轉(zhuǎn)母線數(shù)據(jù) 點云 點云數(shù)據(jù) 回轉(zhuǎn)軸 回轉(zhuǎn)母線 圖 回轉(zhuǎn)母線數(shù)據(jù)提取方法 濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 14 圖 輪輻內(nèi)輪廓回轉(zhuǎn)母 線數(shù)據(jù) 點云 圖 輪輞回轉(zhuǎn)面母線數(shù)據(jù) 點云 輪廓線識別 輪廓線幾何圖元類型 和識別方法 車輪零件 的 輪廓 線組成圖元均為 直線和圓弧， 所以 ，輪廓線 識別 主要 任務(wù) 是擬合直線和圓弧 圖元 。 得到回轉(zhuǎn)軸的參數(shù)后回轉(zhuǎn)母線的參數(shù)就能夠較容易得獲得。本系統(tǒng)采用約束隨機方向法進(jìn)行數(shù)據(jù)優(yōu)化求解。 共線誤差 作用 是矯正兩相鄰直線圖元共線 與否 。這樣分類不僅使數(shù)據(jù)清晰明了，增加了界面的簡介性和友好性，便于用戶進(jìn)一步操作。 工作狀態(tài)區(qū)，顯示當(dāng)前的工作狀態(tài)。 （ 3）中心孔測量 均勻采集中心孔數(shù)據(jù)點。 測量數(shù)據(jù)要求 沿母線方向獲取點云 ，以包含母線的全部特征 。 SolidWorks API 對象主結(jié)構(gòu)圖 如圖 所示 。 開發(fā)系統(tǒng)采用 Microsoft Visual Studio 2020 平臺 ， 該平臺提供 MFC(Microsoft Foundation Classes)支持， MFC 是微軟公司提供的類庫，以 C++類的形式封裝了Windows 的 API，并且包含了應(yīng)用程序框架，減少了開發(fā)應(yīng)用程序工作量。 C++語言最大的改進(jìn) 是 全面 支持面向?qū)ο?的程序設(shè)計，使編程效率 更高 ，對于問題 更 容易描述，程序更容易理解與維護(hù)。 （ 2）數(shù)據(jù)處理 讀取點云 測量 數(shù)據(jù) 文件 ， 經(jīng) 處理 生成 輪廓線的點列 數(shù)據(jù)庫 。 2) 點云測量 方案 設(shè)計，針對 數(shù)據(jù)處理 要求 對 測量方案設(shè)計。 逆向工程技術(shù) 成功 實現(xiàn)產(chǎn)品 的 快速 設(shè)計， 其 關(guān)鍵是設(shè)計參數(shù)。 逆向工程技術(shù) 經(jīng)過多年發(fā)展，出現(xiàn)了許多逆向軟件。逆向工程最早 的用途 是仿制加工設(shè)備，隨著 精確測量技術(shù)的發(fā)展 ， 使 設(shè)備 仿造精度 極大 提 升 ， 因此，逆向工程 研究 的 內(nèi)容 變得越來越 廣泛， 涵蓋了 幾何形狀與結(jié)構(gòu)反求 、制造工藝反求 、管理反求 、材料反求等等 方面 [57]。逆向工程技術(shù)廣泛涉及 計算機圖像處理、 計算機圖形學(xué)、 計算 幾何、 微分幾何、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、 概率統(tǒng)計、 軟件工程等 交叉專業(yè) 和 學(xué)科 ，是 CAD 領(lǐng)域最活躍分支之一 ， 尤其是 伴隨 計算機、測量和數(shù)控技術(shù)的飛速發(fā)展，逆向工程技術(shù) 逐漸 成為 船舶、 飛機、汽車領(lǐng)域 最主要 的數(shù)字化設(shè)計 方法 之一 [4]。隨著科學(xué)技術(shù) 迅猛 發(fā)展，產(chǎn)品更新 迭代 速度 加 快， 為了占領(lǐng)市場 優(yōu)勢維持生存 發(fā)展 ，企業(yè)必然要 具備 一定 的新產(chǎn)品 研發(fā) 能力。逆向工程 正如其名，與傳統(tǒng)設(shè)計制造過程相反，是先有實物后有設(shè)計參數(shù)。 因此， 逆向工程技術(shù)的一項關(guān)鍵技術(shù)是 數(shù)據(jù)采集 技術(shù) [1112]。另外一方面，隨著網(wǎng)絡(luò)通訊的 發(fā)展，世界 各國 制造企業(yè) 會需要根據(jù) 客戶提供的 樣品進(jìn)行產(chǎn)品再設(shè)計。造型軟件 DataMining 根據(jù) 上一步 數(shù)據(jù)處理的結(jié)果， 在SolidWorks 中插入 點云和圖形數(shù)據(jù)， 實現(xiàn) 車輪的三維 建模 。車輪的整體 結(jié)構(gòu) 如下 ： 圖 車輪結(jié)構(gòu) 示意圖 （ 1）輪輞的加工工藝流程： 開平 剪板下料 圈圓 壓平 閃光對焊 刨渣 液壓焊縫 擴口 一序輥壓 二序輥壓 三序輥壓 擴張 圖 輪輞的加工工藝流程 濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 4 （ 2）輪輻的加工工藝流程： 由 上述 工藝流程可知， 車輪是由 板材鋼經(jīng)過 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)計尺寸 獲得 。 零件實體 點云測量 數(shù)據(jù)處理 輪廓線識別 圖 系統(tǒng)逆向設(shè)計 的流程 輪廓線識別模型重建 設(shè)計圖紙 落料 沖中心孔 旋壓 沖螺栓孔 沖風(fēng)孔 锪孔 車中心孔、外徑、端面 圖 輪輻的加工工藝流程 濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 5 開發(fā)環(huán)境 及語言 ++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計 為了能更好的 完成 設(shè)計 任務(wù) ，車輪快速設(shè)計系統(tǒng) 使用 面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法開發(fā)。對象與對象之間通過消息進(jìn)行 傳遞信息 。 SolidWorks 提供的 API 接口分為兩種 ：一是， OLE （ Object Linking and Embedding，對象連接與嵌入） ；另一個是， COM（ Component Object Model， 組件對象模型 ）。 由于 鋼制車輪 為 硬 質(zhì)零件， 不要求色澤和材質(zhì)， 只對 位置 、 尺寸有要求，因此 采用接觸式測量。 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， 由此可以單獨測出 中心孔、 風(fēng)孔 和 螺栓孔 的 點云數(shù)據(jù) ，經(jīng)過實體 拉伸切除 ，生成輪輻三維模型。 DataExplor 的界面設(shè)計 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 。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。 （ 4）圓度誤差 圓弧 擬合 時的 最大誤差。 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) 。具體 來說就 是： 將回轉(zhuǎn)面 當(dāng)做一 圓柱面， 其上 所有數(shù)據(jù) 測量 點到 該 圓柱面距離和 是 最少 的 ， 也就是說，回轉(zhuǎn)面的回轉(zhuǎn)軸 與 該圓柱面的中心軸是 重合 的 。 （ 3）將點云數(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)過的圓心坐標(biāo)、半徑以及擬合誤差。具體說 輪廓線識別是根據(jù) 提取出來的母線數(shù)據(jù)，依照圖元識別參數(shù)，尋找各母線拐點，將坐標(biāo)點分段，每一段均 為單獨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，建立一個最優(yōu)濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 15 的幾何模型。 基于圖元 Agent 識別 輪廓線 基于圖元 Agent 的輪廓線識別 原理是 ，輪廓線 上 每 m 個數(shù)據(jù)點 組成一個圖元Agent， 如此輪廓線點列就 被劃分 為 n 段 連續(xù) 圖元 Agent，然后 計算求解 使圖元 Agent生長， 一增一減，結(jié)果使得一部分 圖元 Agent 的數(shù)據(jù)點 增加 ，另 部分 慢慢 減少至消失，經(jīng)過多次從左到右和從右到左的圖元 Agent 生長， 最終 完成 識別輪廓線 。 輪廓線識別 應(yīng)用實例 下面以輪輞輪廓線識 別數(shù)據(jù)處理 過程為例 ， 演示車輪快速設(shè)計系統(tǒng)工作流程。 DataMining 軟件 簡介 建立 工程 安裝 A P I