【正文】 。調(diào)整后進(jìn)行預(yù)覽，滿意后單擊“完成”按鈕 。即在整個三角平面構(gòu)成的烏龜模型的表面分布 300 塊曲面塊，來完全分割該模型。系統(tǒng)會按照設(shè)置的參數(shù)對小平面的特征進(jìn)行平滑處理，效果如 圖 3. 17 所示。 選中需要刪除的小平面，單擊工具欄中的“刪除”按鈕 ，即可刪除多余的小平面。區(qū)別在于：包絡(luò)階段包含了所有原始點云的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，也就是說在包絡(luò)階段雖然點云沒有顯示出來，但在系統(tǒng)內(nèi)部還是保存了這些點云的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；而當(dāng)進(jìn)入小平面階段就會把原始的點云刪掉。系統(tǒng)將根據(jù)設(shè)定的靈敏度對點云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并刪除界外值。以這種格式導(dǎo)出的三維模型就可以在其他三維設(shè)計軟件中繼續(xù)修改了。在 Imageware13 中打開后得到如圖 圖 導(dǎo)入后的原始點云 點云數(shù)據(jù)清理 進(jìn)行點數(shù)據(jù)處理是進(jìn)行曲面重構(gòu)的第一步。曲面重構(gòu)階段主要采用 Pro/E中重新造型模塊，擬采用自動創(chuàng)建樣條曲面的方式生成樣條曲面，在在此基礎(chǔ)上采用修改數(shù)學(xué)屬性、修改曲面、曲面重新構(gòu)造三種方式對曲 面進(jìn)行調(diào)整修正，以使本次的復(fù)雜曲面達(dá)到需要的精度和構(gòu)思意圖。另外一種是用 NURBS曲面表示，通過用戶指定重構(gòu)曲面的次數(shù)和范圍，自動進(jìn)行參數(shù)分割，由點云數(shù)據(jù)反求 NURBS曲面的控制頂點。越來越多的三維設(shè)計軟件如 MDT, Solid Works、 Pro/E、 UG等，都得到了廣泛的應(yīng)用。以近似法來擬合曲面的優(yōu)點是擬合的曲線不需要通過每個量測點，因此對于量測時的噪聲將有抑除的作用。 5) 點云的重定位整合，在重新裝夾后多次掃描形成的數(shù)據(jù)要進(jìn)行重定位整合，目前一般的 CAD 軟件還都沒有此項功能，需要手工“縫合”，在測量件上選取兩次定位狀態(tài)下的基準(zhǔn)點，在兩次定位測量的過程中，分別測量兩次定位狀態(tài)下的基準(zhǔn)點的坐標(biāo)值，然后以一定的判斷規(guī)則判別出各基準(zhǔn)點的測量精度，最后在 CAD 系統(tǒng)中顯示定位下的測量數(shù)據(jù)，并移動某一定位下的數(shù)據(jù)，使該定位下的所有測量數(shù)據(jù)整合到另一定位下。 目前 ,模型數(shù)字 化的方法主要分為非接觸式測量和接觸式測量兩大類。 3)Pro/SCANTOOLS 模塊 Pro/SCANTOOLS 是一個完全集成于 Pro/ENGINEER 實體建模中的逆向曲面構(gòu)建模塊，它可以接受有序點（測量線），也可以接受點云數(shù)據(jù)，且可以用來構(gòu)造非 A 級的自由曲面，一 般應(yīng)用于電器產(chǎn)品、汽車內(nèi)飾件、塑料件等行業(yè)。 Pro/Engineer 軟件逆向工程模塊簡介 Pro/ENGINEER 軟件由美國參數(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，集三維實體和曲面造型、裝配造型、三維工程圖、數(shù)控加工、有限元分析、機(jī)構(gòu)運動仿真、鈑金設(shè)計、加工和裝配工藝過程。根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計需要來決定。 b) 創(chuàng)建曲線。由于測量工具及測量方式的限制，有時會出現(xiàn)一些噪音點， Imageware12 軟件有很多工具來對點云進(jìn)行判斷，去掉噪音點，以保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。最新的產(chǎn)品版本更注重于高級曲面、 3D 檢測、逆向工程和多邊形造型，為產(chǎn)品的設(shè)計、工程和制造營造了一個直覺 的柔性設(shè)計環(huán)境。表面質(zhì)量差。完成一個層面后工作臺下降一個層厚，反復(fù)進(jìn)行此過程便獲得需要的零件。依據(jù)計算機(jī)上構(gòu)成的工件三維設(shè)計模型 (圖 1. 2 (a))，對其進(jìn)行分層切片，得到各層截面的二維輪廓 (圖 1. 2 (b))。 4 模型重構(gòu) 這個環(huán)節(jié)是逆向工程中最關(guān)鍵、最復(fù)雜的環(huán)節(jié)。 因為有長期專門從事逆行工作的專業(yè)技術(shù)人員，所以工作效率 很高。本文著重研究了逆向工程的實現(xiàn)方法和其關(guān)鍵技術(shù)，對于企業(yè)及個人學(xué)習(xí)和提高逆向工程方面的知識有著重要意義。 “引進(jìn)、消化、吸收、創(chuàng)新”是被證明了的新產(chǎn)品快速開發(fā)的有效途徑。在浙江大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、西安交通大學(xué)、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)等也先后開展了復(fù)雜曲面反求工程 CAD 問題的研究。 1986 年， Frain 則提出了構(gòu)造 C 連續(xù)三角 BernsteinBezier 曲面的方法。 在國外，逆向工程越來越受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的重視，目前逆向工程已經(jīng)發(fā)展成CAD/CAM 系統(tǒng)中的一個相對獨立的研究分支。隨后，Piegl 等人系統(tǒng)地探索了 B 樣條曲線曲面的構(gòu)造及其形狀調(diào)整問題，并敘述了 NURBS 方法。 在我國，復(fù)雜曲面反求技術(shù)是 20 世紀(jì) 90 年代后期才迅速發(fā) 展和推廣的。 課題意義 逆向工程在我國對逆向工程技術(shù)的研究起步較晚，主要局限于一些大學(xué)和科研院所，其中浙江大學(xué)李永青教授、清華大學(xué)姜元庚，劉佩軍等的研究是領(lǐng)先全國的，但是也有理論重滯后生產(chǎn)實際，與國外如火如荼的研究熱相比明顯的差距?？焖俪尚透鶕?jù)計算機(jī)上構(gòu)造的三維陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 共 39 頁 模型 , 能在很短時間內(nèi)直接制造出產(chǎn)品樣品 , 是制造業(yè)企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)服務(wù)的一項重要技術(shù)。且 向設(shè)計以已有實物為參照物，比較直觀。在本次設(shè)計中，這個因素影響不大，故不作太多討論。 快速成型的技術(shù)原理、早期發(fā)展和特點功能 快速成型原理 快速成型（也稱快速原型）制造技術(shù) (Rapid Prototyping amp。 快速成型工藝方法 目前快速成型主要工藝方法及其分類見 圖 1. 3 所示 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 共 39 頁 圖 1. 3 快速成型主要工藝方法及其分類 1) 立體光固化成型法（ SL, StereoLithography） 光固化法 (SL)是以液態(tài)光敏樹脂為原材料，在計算機(jī)控制下的紫外激光按預(yù)定零件各分層截面的輪廓軌跡對液態(tài)樹脂逐點掃描，使樹脂薄層產(chǎn)生光聚合 (固化 )反應(yīng)，從而形成薄層截面。 FDM 的優(yōu)點是材料利用率高，材料成本低，可選材料種類多，工藝簡潔。擁有廣大的用戶群，如 BMW、 Boeing、 GM、 Chrysler、 Ford、Toyota。有時候由于零件形狀復(fù)雜，一次掃描無法獲得全部的數(shù)據(jù)，或是零件較大無法一次掃描完成，這就需要移動或旋轉(zhuǎn)零件，這樣會得到很多單獨的點云。 Imageware12 軟件能提供很多種生成點的網(wǎng)格和點的分段工具，這些工具使用起來靈活方便，還可以一次生成多個點的分段。Imageware12 軟件提供很多工具來調(diào)整和修改曲線。比較曲面與點云的吻合程度，檢查曲面的光順性及與其他曲面的連續(xù)性，同時可以進(jìn)行修改，例如可以讓曲面與點云對齊，可以調(diào)整曲面的控制點讓曲面更光順，或?qū)η孢M(jìn)行重構(gòu)等處理。只是把點云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成三角面片，通過三角面片來求解截面線、邊界線和特征線，也可用來做 RP 或NC 加工編程 。 4)Facet Feature 模塊 Facet Feature（小平面特征）是 Pro/ENGINEER 新增的建模工具，可以輸入實物模型掃描點云數(shù)據(jù)或用三坐標(biāo)測量機(jī)所測得的數(shù)據(jù)，可以糾正設(shè)備誤差引起的點云數(shù)據(jù)錯誤，也可以對點云進(jìn)行點云去噪、點云精簡、平滑濾波、點云數(shù)據(jù)點修補(bǔ)、三角網(wǎng)格劃分和三角平面處理等。掃描得到的產(chǎn)品外形數(shù)據(jù)會不可避免的引入數(shù)據(jù)誤差，尤其是尖銳邊陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 13 頁 共 39 頁 和邊界附近的測量數(shù)據(jù)，測量數(shù)據(jù)中的壞點，可能使該點及其周圍的曲面片偏離原曲面，所以要對原始點云數(shù)據(jù)應(yīng)進(jìn)行預(yù)處理，通常要經(jīng)過以下步驟： 1) 去掉噪音點，常用的檢查方法是將點云顯示在圖形終端上，或者生成曲線曲面，采用半交互半自動的光順方法 對點云數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查調(diào)整； 2) 數(shù)據(jù)插補(bǔ)，對于一些掃描不到的區(qū)域，其數(shù)據(jù)只能通過數(shù)據(jù)插補(bǔ)的方法來補(bǔ)齊，這里要考慮兩種曲面造型技術(shù)，基于點的樣條曲面逆向造型和基于點的曲面擬合技術(shù)。目前在 點 云生成曲面的 過 程中，主要有三種曲面構(gòu)造的方案：其一是以 BSpline 或 NURBS 曲面為基礎(chǔ) 的曲面構(gòu)造方案；其二是以三角 Bezier 曲面為基礎(chǔ) 的曲面構(gòu)造方案；其三是 以多面體方式 來 描述曲面物體。 因此對于掃描點數(shù)據(jù)而言，由于點數(shù)據(jù)量大以近似法來重建曲面將會較插補(bǔ)法節(jié)省控制點的儲存空間，而且對于掃描時所滲入的誤差有抑除的效果，然而，以近似法來建立曲面，卻會耗費大量的計算機(jī)內(nèi)存及較多時間在曲面的計算上，因此我們在建立曲面的過程中應(yīng)配合所測量得的數(shù)據(jù)點數(shù)目及精度來決定曲面重建所使用的方法。 ○ 2 完全逆向工程的做法：即由點云數(shù)據(jù)直接反求 CAD模型。 綜上 所述：本次設(shè)計中，主要存在以下幾部分：點云的預(yù)處理、點云處理、曲面重構(gòu)、實體建模。在選擇處理方法時應(yīng)該注意根據(jù)所逆向的模型選擇合理的處理手段，以達(dá)到事半功倍的效果。過濾如圖 3. 1 所示。 圖 3. 2 設(shè)置新文件選項 輸入點云數(shù)據(jù) 單擊菜單欄中“插入” /“小平面特征”命令，在彈出的“打開”對話框中選擇并打開要輸入的點云數(shù)據(jù)，如 圖 3. 3 所示。 圖 3. 7 “示例”對話框 數(shù)據(jù)保存：單擊工具欄中的“保存 ”按鈕，在彈出的的對話框中輸入文件名，選定保存格式，對處理過的點云數(shù)據(jù)進(jìn)行保存處理，以方便后續(xù)調(diào)用。 2) 小平面精整：粗調(diào)后，單擊工具欄中的“精調(diào)”按鈕 ，使小平面進(jìn)入精整階段。 圖 3. 13 創(chuàng)建三角面 單擊工具欄中的“整理”按鈕 ，在彈出的如 圖 3. 14 所示的對話框中進(jìn)行設(shè)置，系統(tǒng)將根據(jù)所選模式對小平面進(jìn)行整理，處理效果如 圖 3. 15 所示。讓軟件知道你這個小平面表示的點云是一體的集管處理的結(jié)果會清理掉初始點云里的雜點 (也叫燥聲 ),游歷于整體之外的小塊分體點云使點云清潔 ,干凈 ,一體化 ,那樣就能進(jìn)到重新造型模塊里進(jìn)行后續(xù)操作了。如下圖所示： 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 29 頁 共 39 頁 圖 重新造型處理中的模型 單擊工具欄中的“完成”按鈕 ，完成重新造型。（樣條曲面的形狀由控制點和節(jié)點不同，節(jié)點是骨架曲線的組成點，曲面必經(jīng)過節(jié)點，而 控制點控制曲線的形狀，曲面不一定經(jīng)過控制點。為了使新創(chuàng)建的曲面與相鄰曲面光滑過渡，需對其約束進(jìn)行設(shè)置。選取過模型中間的平面 DTM1 為參 照面。 利用 Pro/E 軟件將烏龜模型三維 CAD 模型曲面生成后實體化，轉(zhuǎn)換為快速成型機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)文件 STL 格式，然后導(dǎo)入快速成型機(jī)后即可。這種體現(xiàn)在制造實物原型的設(shè)計圖紙上的參數(shù)稱為原始設(shè)計參數(shù)，其是制造實物原型的原始參數(shù)。 綜上所述，逆向工程誤差 A可表示為： A逆 ＝ f(AI制 ， AI損 ， AI計 ， AI測 ， AO造 )。 在某些情況下，單從復(fù)制原型這一角度出發(fā)，為滿足逆向工程還原產(chǎn)品的工作性能要求，需用原始設(shè)計參數(shù)進(jìn)行還原制造。進(jìn)行曲面重構(gòu)時使用的是放樣的方法，雖然可以獲得很好的曲面質(zhì)量，但是增大了曲面和點云之間的誤差。系統(tǒng)的闡述了如何進(jìn)行逆向設(shè)計。由于平時的學(xué)習(xí)教學(xué)安排與課外學(xué)習(xí)，我已經(jīng)進(jìn)行過一些設(shè)計工作。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 37 頁 共 39 頁 致 謝 在論文完成之際，我衷心地感謝我的導(dǎo)師王燕燕對我的指導(dǎo)，畢業(yè)設(shè)計中的許多思想和方法得益于指導(dǎo)老師的指導(dǎo)和啟發(fā)，從設(shè)計選題到論文寫作都傾注了指導(dǎo)老師的巨大心血。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本次畢業(yè)設(shè)計是對我大學(xué)四年學(xué)習(xí)下來最好的檢驗。 其次，我要感謝大學(xué)四年中所有的任課老師和輔導(dǎo)員在學(xué)習(xí)期間對我的嚴(yán)格要求，感謝他們對我學(xué)習(xí)上和生活上的幫助，使我了解了許多專業(yè)知識和為人的道理，能夠在今后的生活道路上有繼續(xù)奮斗的力量。這期間凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感謝。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的 規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。在此我對他們表示最崇高的敬意和最誠摯的謝意 ! 最后，向四年來關(guān)心和培養(yǎng)我的全院老師表示由衷的感謝！向四年來朝夕相處的同學(xué)表示最美好的祝愿！ 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 38 頁 共 39 頁 參考文獻(xiàn) [1]劉曉 宇， .逆向工程設(shè)計完全解析 [M].北京：中國鐵道出版社， 20xx. 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