【正文】 結(jié)果如下所示： 圖 420Pro/E 虛擬裝配 步驟圖（四） （ 7）最后將輪軸導入，實現(xiàn)輪系的整體裝配，如下圖所示： 圖 421Pro/E 虛擬裝配 步驟圖（五） （ 8）以此原理可得總的玩具汽車的裝配圖，如下所示： 60 圖 422 Pro/E 虛擬裝配總圖（一） 圖 423 Pro/E 虛 擬裝配總圖（二） 61 圖 424 Pro/E 虛擬裝配總圖（三） 本章小結(jié) 本章介紹了使用 Pro/E 進行零件設計的方法及過程，并介紹了虛擬裝配的原理及主要過程等，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程可以看出 Pro/E 具有強大的機械設計功能，可以提高設計的質(zhì)量并縮短設計周期。首先，選取控制點，即將部分點云激活，并去除雜點如下圖所示： 44 圖 315 部分點云激活圖 生成一平面，如下所示： 圖 316 平面生成圖 ，并建生成的曲面擴展，以利于后面的修剪用，如下圖所示： 45 圖 317 平面與點云擬合圖 ，如下圖所示： 圖 318 平面與另一點云擬合圖 ，如下圖所示： 圖 319 兩曲面相交圖 10．運用修剪命令進行修剪，修剪后如下所示： 46 圖 320 曲面修剪完成圖 ，總體圖如下： 圖 321 曲面重構(gòu)完成圖 47 ，向內(nèi)加厚 1mm，加厚圖如下： 圖 322 曲面加厚完成圖 曲率分析 所重構(gòu)的曲面曲率必須變化平緩，否則加工出的曲面質(zhì)量將難以保證其精 度，對覆蓋件進行曲率分析，結(jié)果如圖所示： 48 圖 323 曲面曲率分析圖（一） 圖 324 曲面曲率分析圖（二） 圖 325 曲面曲率分析圖（三） 49 圖 326 曲面曲率分析圖（四） 圖 327 曲面曲率分析圖（五） 本章小結(jié) 本章是探討逆向工程關鍵的一步，逆向工程的后處理技術(shù)。要減少誤差，定義曲面時應使用更多的型曲線，但曲面的質(zhì)量會下降。 型特征時一個復合特征，包括所有創(chuàng)建或輸入到掃描工具中的幾何和參數(shù)。 通過逆向工程得到的數(shù)據(jù)很多時候是不同格式的文件，要把這些數(shù)據(jù)拿到進 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。 利用點數(shù)據(jù)與邊界曲面建構(gòu)曲面 利用點數(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。要對基本幾何體做出快速的分析。下面 主要論述一下利用點數(shù)據(jù)的方式來構(gòu)建曲面的功能。由于這樣的曲線是系統(tǒng)自動建構(gòu)出來的，所以免不了要進行后續(xù)的修編，經(jīng)修編的曲線能構(gòu)建出比較復合加工要求的曲面。在所選定的視角上繪制直線時，系統(tǒng)會將該直線投影在點數(shù)據(jù)上。這是由于曲線的控制點過多造成的，根據(jù)點數(shù)據(jù)構(gòu)建的特性，精 32 度與平滑化是必須關注的地方。而點群數(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。 點數(shù)據(jù)處理 點數(shù)據(jù)處理大 致可分為 ： 點數(shù)據(jù)的坐標定位，數(shù)據(jù)雜點的刪除，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或特征，切割除需要的點或剖切點數(shù)據(jù)。與點數(shù)據(jù)交集的過程中，必須利用到坐標轉(zhuǎn)換的觀念。然而在測量方法上的改進是有限的。其缺點是當數(shù)據(jù)量大時，則曲線控制地點也相當?shù)卦黾?。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。在逆向工程計劃的執(zhí)行上，應該對所建模型有一個通盤的了解，主要涉及到以下內(nèi)容 ： (1)后繼承接的工作 各種不同領域的應用，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，對精度與曲面質(zhì)量的要求也大不相同。因此該掃描儀不適合測量軸和孔的配合零件。由于是采用激光非接觸測量，因此也可以對柔軟物體表面進行測量，一些薄板覆蓋件。 非接觸式測量一般是基于三角法測量原理，可分為點接觸式、線 接觸式、面接觸式三種。 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。近年來，應用于 CATIA 解決方案在商業(yè)應用方面碩果累累，豐富的應用軟件支持整個產(chǎn)品周期，從構(gòu)想、設計直到制造維護。與 UG、EUCLID、 PRO/E 等相比，該軟件在曲面造型方面具有獨特的優(yōu)勢，應該說是任何一個 CAD 三維軟件所不能比的，因而廣泛應用于航空、航天、汽車、船舶等行業(yè)的復雜曲面造型設計中（據(jù)信現(xiàn)在國內(nèi)幾乎所有的飛機設計研究院所都用 CATIA）。利用輸出的加工控制數(shù)據(jù)可進行實際加工，制造出所設計的產(chǎn)品及零件模型。作為世界一流的三維 CAD/CAM 軟件， Pro/ENGINEER 不僅提供了復雜的功能而且還為用戶提供了開發(fā)接口，同時 Pro/ENGINEER 還自帶一個PROGRAM 模塊。 Pro/ENGINEER 是建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫上的，不像一些傳統(tǒng)的 CAD/CAM 系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。通過給這些特征設置參數(shù) (不但包括幾何尺寸，還包括非幾何屬性 )，然后修改參數(shù)很容易的進行多次設計疊代，實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)?？筛鶕?jù)工件尺寸選擇不同直徑的參考點（ 1mm～ 8mm） ， 對于被參考點覆蓋而在工件表面留下的空洞，軟件可根據(jù)周圍點云的曲率變化進行插補。測量的綜合精度 。其獨特的流動式設計和不同視角點云的自動拼合技術(shù)，使掃描不需要借助于機床的驅(qū)動，掃描范圍可達 12m，而掃描大型工件則變得高效、輕松和容易。另一個重要的應用如修復破損的藝術(shù)品或缺乏供應的損壞零件等，此時不需要對整個零件原型進行復制，而是借助逆向工程技術(shù)抽取零件原形的設計思想，指導新的設計 .這是由實物逆向推理出設計思想的一種漸近過程。比如航天航空領域，為了滿足產(chǎn)品對空氣動力學等要求，首先要求在初始設計模型的基礎上經(jīng)過各種性能測試 (如風洞實驗等 )建立符合要求的產(chǎn)品模型，這類零件一般具有復雜的自由曲面外型，最 終的實驗模型將成為設計這類零件及反求其模具的依據(jù)。在這種情況下，在對零件原形進行三維反求的基礎上形成零件的設計圖紙或 CAD 模型，并以此為依據(jù)生成數(shù)控加工的 NC 代碼，加 工復制出一個相同的零件。戰(zhàn)后日本工業(yè)恢復的需要使其首先對逆向工程進行了較早的研究，日本提出“第一臺引進，第二臺國產(chǎn)化，第三臺出口”的口號，用了近二十年時間迅速崛起成為世界經(jīng)濟強國就是一個生動的歷史證明 [1]。應該看到 :逆向工程有其獨特的共性技術(shù)和內(nèi)容，還是一門新興的交叉學科分支。 5 第一章 緒論 逆向工程簡介 逆向工程的概念 逆向工程 (反求工程 )是利用對實物測量的數(shù)據(jù)重新構(gòu)造實物的計算機模型，然后利用 CAD/CAE/CAM 等計算機輔助技術(shù)進行分析、再設計、數(shù)控編程等操作，而后進行加工。根據(jù)根據(jù)玩具車覆蓋件的特點，采用逆向工程方法完成模型重建工作。逆向工程是一項開拓性、綜合性、實用性較強的技術(shù)，逐漸成為產(chǎn)品開發(fā)中不可或缺的一環(huán)。以 CATA軟件和 Pro/E軟件相結(jié)合的方法，充分利用軟件的優(yōu)勢，完成玩具車模型的重構(gòu)工作。實施逆向工程可以充分發(fā)揮先進的測量設備的優(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)處理后的誤差檢測評估裝置，從而提高工業(yè)產(chǎn)品的設計，制造自動化程度，縮短產(chǎn)品的試制開發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本。現(xiàn)代人們通稱的設計一般均指正向設計。 7 據(jù)統(tǒng)計，各國百分之七十以上的技術(shù)源于國外，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。而在造型中針對產(chǎn)品外形的美學設計，已不是傳統(tǒng)訓練下的機械工程師所能勝任的。而以 RP系統(tǒng)為 基礎的快速工裝模具制造 (Quick Tooling/Molding)和快速精鑄技術(shù) (Quick Casting)等則可實現(xiàn)零件的快速制造 (Quick 9 Manufacturing)。 何特征按測量數(shù)據(jù)的幾何屬性對其進行分割，采用幾何特征匹配與識別的方法來獲取零件原形所具有的設計與加工特征。ATOS 系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)光測量的方式，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量工件表面，利用左右兩個高分辨率數(shù)碼相機進行同步的測量 ， 利用立體相機測量的原理 ， 可以在極短的時間內(nèi)獲得物體表面大量的三維數(shù)據(jù)。 12 （ 4）測量范圍大 掃描頭的單幅測量范圍可以通過調(diào)整鏡頭 , 實現(xiàn)多種測量范圍，單幅測量范圍從 50 40mm 到 2021 2021 mm； 掃描點云的密度為 ~ 1mm， 適合測量不同尺寸零件： 10mm ~ 12m。 軟件 Pro/E 介紹 Pro/ENGINEER 軟件由美國參數(shù)技術(shù)公司開發(fā)而成，是機械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、機構(gòu)運動仿真、飯金設計、加工和裝配工藝過程 。 尺寸驅(qū)動設計修改 Pro/ENGINEER 設計過程中是通過編輯尺寸數(shù)值來驅(qū)動幾何形狀的改變。這種獨特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設計的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設計開發(fā)全過程統(tǒng)一起來。在 PRO/E 的 CAD/CAM 系列模塊中，除 了提供用于建立計算機幾何模型的輔助工具 (CAD),還提供了在設計產(chǎn)品加工制造工藝時所需要的輔助工具 (CAM)，使用戶在產(chǎn)品的設計上更得心應手，加工制造技術(shù)更快速，生產(chǎn)程序更具有效率，上市時間更加領先，質(zhì)量更加可靠。還可以協(xié)助制造工程師達到制造流程最佳化的目的，并檢驗產(chǎn)品在進行切削時的狀況。為了保證其最大的靈活性， CATIA 在提供了面對復雜設計與仿真的CATIA P P3 平臺軟件的同時，還配備了面對相對簡單建模需求的 CATIA P1 平臺 [2] 。CATIA 涉及生產(chǎn)、加工和人員三個關鍵領域。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。 23 圖 21 ATOS 掃描儀類型圖 顯然欲提高測量精度一定要減小儀器到被測物體之間的距離，但由于到儀器盲區(qū)的限制，不能無限縮小。故其測量范圍不受限制從而實現(xiàn)對大型工件的掃描。我們要求光束盡量與被測物體表面垂直，在士30 度范圍內(nèi)都是允許的。各種產(chǎn)品需要達到的精度標準各有不同，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劃執(zhí)行前做一個規(guī)劃，以達到任務的完滿完成。 曲線的擬合 曲線的擬合原理 用測量儀所得到的點數(shù)據(jù)來簡歷曲線的方式一般有兩種 ： 近似的方式和插值的方式。 曲線的構(gòu)建 當完成模型的掃描測量之后，可利用曲線，曲面重建來完成整體模型的構(gòu)建。 29 從逆向工程的決度上來看，曲線的構(gòu)建是非常的重要的。若兩者之間有相交，則在此點數(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的 3D 點坐標。 數(shù)據(jù)的噪聲濾除、排序、平滑化及篩減 當工程師得到點數(shù)據(jù)后，必須檢查點群，刪除不需要的雜點。 (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。 從逆向工程的角度來講，在構(gòu)建曲線時應注意 以下幾點情況 ：現(xiàn)有的硬件設備大多可取得大量的點群，即使經(jīng)過部分提取或特征搜尋，點數(shù)據(jù)還是相當?shù)亩?。曲線繪制以后，可以利用曲線與點 群的誤差分析，分析曲線的精度與平滑度?？梢酝ㄟ^拖動控制點或線上的點的方式來調(diào)整曲線的走向，而編輯曲線的參數(shù)也是使曲線簡單化的主要方式，通常越簡單的曲線越能構(gòu)建高質(zhì)量的曲面。在允許的精度誤差上，會舍棄精度取平滑度 ； 必須對后處理的過程有全盤的了解。在使用此功能前，請注意下列事項 ： 在執(zhí)行本功能前，需要將點數(shù)據(jù)作區(qū)分。對區(qū)域內(nèi)的點數(shù)據(jù)應先做好噪聲濾除與平滑化處 理，并注意變化。曲面重構(gòu)工具最初是響應汽車、飛機、船舶工業(yè)的要求開發(fā)的，當時汽車工業(yè)需要一個工具幫助設計諸如車身面板之類的光滑曲面。這樣便可以自由操作曲面，而無需考慮型特征對象之間及模型其余部分之 間的參照和父子關系。手工或自動修改幾何 ； 幾何從后續(xù)特征收縮到型特征?；谇娴姆椒梢钥焖俳⒐饣那?，并控制曲面對掃描數(shù)據(jù)的偏差，使誤差最小。 第四章 基于 Pro/E 的玩具汽車結(jié)構(gòu)設計及虛擬裝配 各個零部件的設計 Pro/E 是 美 國 參 數(shù) 化 技 術(shù) 公 司 ( Parametric TechnologyCorporation,簡稱 PTC)的軟件產(chǎn)品。 對數(shù)據(jù)處理方法進行研究，得出逆向工程數(shù)據(jù)處理的一般流程，并應用 CATIA 軟件完成玩具車覆蓋件的數(shù)據(jù)處理工作，獲得完整、正確的數(shù)據(jù)