【正文】 選特征。如圖 d所示。 圖 d 距離方向框圖 ? 測量 第一個元素特征平行或垂直于第二個元素特征的距離。 ? 測量第一個元素特征和第二個元素特征之間平行或垂直于特定軸的距離。 根據(jù)上述知識， 基于注塑件的三坐標測量的多個距離 得到如下結(jié)論。如 表格 1 所示。 表 1 公差 類型 關(guān)系 方向 平面 5 到平面 6 3 維 按特征 垂直 平面 7 到平面 8 3 維 按特征 垂直 平面 9 到平面 10 3 維 按特征 垂直 平面 11 到平面 7 3 維 按特征 垂直 點 13 到平面 12 3 維 按特征 垂直 南京林業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 33 最后生成的報告形式如下圖 （ 2)所示。 圖 (2) 各距離報告 七、圓弧半徑 該注塑零件的四周圓角太小，測針移動范圍小，如前面所述，采用構(gòu)造特征，可計算出圓的直徑。下面左圖為電腦中顯示的構(gòu)造出的圓。 圖 (3) 構(gòu)造圓 由此可知內(nèi)圓角半徑大約為 5 mm。 根據(jù)所測得的平面之間的距離、點到平面的距離以及圓弧直徑的大小就可以知道零件的長寬尺寸，凸臺的定位，面與面之間的連接圓角，為我們分析零件結(jié)構(gòu)、畫零件的三維圖提供了便利。 平面度的評價 計算一個平面的平面度， 測針 至少應測 3 點或者更多，點數(shù)越 多越能反映其真實的平面度。公差只給出一個值，此值表示兩個包容測量平面的平行平面間的最大 距離值。 如圖 （一）平面度特征控制框。 南京林業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 34 圖 （一） 平面度特征控制框 選擇“ 插入――尺寸――平面度”，此時將顯示平面度對話框： 在特征列表中選擇測量過的特征進行評價（注意：在程序中把光標的位置放在程序的最后才可以顯示所有測量過的特征，如果選錯想要評價的特征，點擊清除所有可以刪除選擇的特征，點擊重置可以重新選擇想要評價的特征）； 在公差框中鍵入公差值；（如果需要在這個測量平面上選擇一個小的單元 進行評價，選擇特征控制框選項特征控制框選項中的每個單元選項，在特征控制編輯器窗口會出現(xiàn)一個小的平面范圍供選擇輸入） 在選擇高級特征控制框單位部分中選擇毫米。 選擇輸出設備。 選擇高級特征控制框中統(tǒng)計、報告、兩者都或無選項； 如果想在圖形顯示窗口中瀏覽尺寸信息請選擇尺寸信息框； 選中文本復選框或圖形復選框，以選擇所需的分析選項，以便在報告或圖形窗口進行分析。 如果選中圖形復選框，請在倍率框中輸入增益值。如果需要，選中尺寸信息區(qū)域中的顯示復選框，點擊編輯以選擇在“ 圖形顯示”窗口中顯示的尺寸信息 格式； 點擊 創(chuàng)建按鈕，可以得到需要的平面度尺寸信息。 下 圖 （二） 是所測的平面 4 的平面度的報告。 圖 （二） 平面度報告 南京林業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 35 報告中顯示平面 4 的平面度誤差為紅色，說明其誤差大于設定的公差值，其誤差主要來源于塑料注塑成型加工過程中，由于模具承受著各種外界因素的復雜影響 ,常常導致模塑產(chǎn)品的畸變 ,這種畸變最常見的表現(xiàn)形式即為塑料材料溢流產(chǎn)生的飛邊。既有模具受力變形工藝條件如溫度等外因 ,也有材料流動、收縮等內(nèi)因。原因分析歸納如下 :(1)注射工藝參數(shù)的選擇不當 。(2)模具分析面的制造缺陷 。(3)模具自身承受變形的能力不足。 圖 （三） 注塑件成型加工過程 平行度的評價 評價平面之間、面線之間、線線之間的平行狀態(tài)。一平面（邊）相對于另一平面（邊）平行的誤差最大允許值 。 平行度評價選項計算兩個平面的平行情況，必須有一個平面作為基準。 平面被限制在 3D 的視平面，而不需要參考坐標系。本章節(jié)研究面與面之間的平行度。菜單：插入――尺寸――平行度 該注塑零件以平面 5 為基準 A，來考量平面 6 其平行度是否 在公差范圍內(nèi)，公差為 。 圖 平行度報告 報告顯示平面 5 和平面 6 的平 行度誤差在公差范圍內(nèi)，說明在產(chǎn)品制造過程中所造成的誤差較小，滿足加工精度，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，滿足裝配的互換性。 垂直度的評價 垂直度可以應用在線，平面，圓柱，圓錐，或任一種槽元素。適合的基準南京林業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 36 元素可以是另一個線，平面，圓柱，圓錐，槽，或標準參考平面元素 XA, YA, ZA, XY , YZ 和 ZX 平面。 平面被限制在 3D 的視平面，而不需要參考坐標系。 本章節(jié)主要研究面和面的垂直度。 該注塑零件以平面 1 為基準 B，來考量平面 2 與其垂直度是否在公差范圍內(nèi)，公差為 。 圖 （一） 垂直度報告 報告顯示平面 1 和平面 2 的垂直度誤差在公差范圍內(nèi)，說明在相互參照下平面比較平整，滿足產(chǎn)品的互換性，產(chǎn)品質(zhì)量較高。 下圖 （二）為計 算機中顯示的報告結(jié)果。 圖 （二） 計算機顯示報告圖 本章小結(jié) 本章詳細的簡述了三坐標測量機的測量步驟，包括系統(tǒng)啟動前后應注意的事項、測座測針的選擇、控制系統(tǒng)的功能、特征測量、構(gòu)造特征、建立坐標系和誤差分析的過程。根據(jù)不同的零件選擇合適的測針以便測量，并且根據(jù)需要可安裝加長桿達到更好測量特征的目的。本研究主要是采用手動測量多個點（ 3個以上）來達到測量平面、圓半徑的目的，其中有個別平面太窄，圓弧太小，難以測出真南京林業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 37 實的特征，這時就可用構(gòu)造特征命令來克服此困難 ，三坐標測量機不僅是方便的，而且高效準確。我們能快速的知道零件的尺寸，以及幾何誤差的大小，能夠在短時間判斷出零件是否滿足精度要求，縮短了工業(yè)中零件檢測的時間，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，增強了市場競爭力，現(xiàn)代三坐標測量機應用范圍最廣泛，制造業(yè)，機床、電子業(yè)等方面都發(fā)揮了極大地作用，是現(xiàn)代產(chǎn)品檢測最先進的儀器，其快速高效的優(yōu)點提高了國際競爭力。 南京林業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 38 4 逆向工程技術(shù) 引言 逆向工程也稱逆 向制造，是在沒有設計圖紙以及沒有 CAD 的情況下對現(xiàn)有零件實體進行迅速、有效的仿制。傳統(tǒng)的 產(chǎn)品 制造過程主要是“設計 加工 檢測”，其中檢測是整個制造過程的最后一步，就如上述三坐標測量機測量零件一樣。而逆向工程是在已知零件實體的情況下，通過特定設備對其進行掃描，獲取零件表面離散點，在經(jīng)過多次拼合，呈現(xiàn)出大概完整的三維 點云 ，再倒入 CATIA中，對其進行修補，得到近乎完整的三維實體圖 ，最后進行加工 。逆向工程技術(shù)大大縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，從根本上改善了傳統(tǒng)的產(chǎn)品制造模式，以反求的方式實現(xiàn)了以實體模型為出發(fā)點，通 過對零件原形的測量，生成設計圖紙和三維模型，進而加工零件。 逆向工程技術(shù)近年來發(fā)展 非常迅速，它是 消化 ,吸收和提高先進技術(shù)的一系列分析方法及應用技術(shù)的組合， 它的出現(xiàn) 改善 了 技術(shù)水平，提高 了 生產(chǎn)率 進而提高了經(jīng)濟效益， 增強 了在國際上的地位 。世界各國在經(jīng)濟技術(shù)發(fā)展中，應用逆向工程消化吸收先進技術(shù)經(jīng)驗，給 世界帶來了很大的影響 。 本研究還是以上述注塑件為例，對其進行三維模型重建。首先，將零件固定在光線 盡可能 好的位置，尋求盡可能將零件實體全部掃描到且越接近完整越好，然后用三維激光掃描儀對零件進行多 視角 的掃描，以獲取多個不同 角度不完整的圖像 ，接下來就是對這些三維 圖像進 行 處理 ，全部拼合完最后 得到的三維 圖像 仍就是不完整的，存在漏洞，最后將拼合后的 點云文件 導 入到 CATIA 中 ，進行漏洞修補，得到近似完整的三維圖。 三維激光掃描儀的簡介 隨著數(shù)字化技術(shù)的迅速發(fā)展，各種不同領域?qū)τ讷@取原始數(shù)據(jù)信息的需求也日益增多。其它相關(guān)技術(shù)如計算機、機械制造等的進步和發(fā)展，使人們獲取信息的方法和技術(shù)變得多種多樣。三維激光掃描技術(shù)是其中一種利用激光脈沖對物體表面進行掃描從而獲取其表面特征信息的技術(shù)，它適用于中近距離的寬場景、大物體的快速高精度掃描 ，為建立場景的三維模型提供了必要而且準確的工具。通過與計算機的連接，三維激光掃描的后處理技術(shù)可以使掃描結(jié)果得到更為廣泛的應用。 南京林業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 39 激光掃 描 儀的基本結(jié)構(gòu)包含有激光光源及掃 描 器、受光感測器、控制單元等部分。 三維掃描儀按照信息獲取方式的不同可分為接觸式和非接觸式兩大類。本研究是非接觸式的。非接觸式主要基于計算機視覺原理 ,從攝像機拍攝的圖像中獲取目標的三維信息。 三維激光掃描儀的優(yōu)勢： ?三維測量：已經(jīng)逐漸的代替二維，三維激光掃描儀每次獲取的測量的數(shù)據(jù)既包含 X,Y,Z 點的信息，也包括 R,G,B 顏色信息，同時還有物體 反色率的信息，這樣全面的信息能給人一種物體在電腦里真實再現(xiàn)的感覺，是傳統(tǒng)測量手段無法做到的。 ?快速掃描 : 三維激光掃描儀的誕生改變了在傳統(tǒng)測量手段里測量每一個點耗時長的缺點，滿足了測量的需求，符合快速發(fā)展的時代。 采用三維激光掃描技術(shù)可大大縮短產(chǎn)品設計和生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本。從飛機、汽車、輪船到大型鋼結(jié)構(gòu)。 三維激光掃描儀在工業(yè)中的應用： 一、 工業(yè)逆向建模 通過三維激光掃描儀可以快速完成機械零件的仿制和結(jié)構(gòu)研究。通過高精度掃描獲取完整準確的外形數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理直接生成三維模型，可快速完成模具設計或機械加工方案，實現(xiàn)復制。對已有零部件的掃描，也可以精確獲取曲面、特征，用于汽車、輪船、飛機等復雜形狀和結(jié)構(gòu)的研究。 二、 零部件外形檢測 鑄造或機加工的零件，以及裝配完成好的部件，可以通過三維激光掃描儀進行完整的外形檢測，可以關(guān)心到每一處細節(jié)，進行詳細的誤差統(tǒng)計，全面判斷加工或裝配的質(zhì)量，并可以據(jù)此調(diào)整加工或裝配工藝。 三、 裝配和搭接控制 對預裝配部件進行掃錨，可實現(xiàn)計算機中的虛擬裝配，進行裝配部件的尺寸調(diào)整及驗證。通過對裝配前的基礎進行掃描，可基于真實三維空間進行虛擬搭接設計，保證設計質(zhì)量，縮 短工期，降低成本。 CATIA 的簡介 CATIA 在世界行業(yè)領域中處于主導地位。無論 V4 和 V5， CATIA 在曲面造型方面相對來說比較精準。其中，創(chuàng)成式曲面設計（ Generative Shape Design， GSD）模塊幫助設計者在線架、多種曲面特征的基礎上進行強大、多功能的曲面造型設南京林業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 40 計， V5 中的數(shù)字化曲面編輯（ Digitized Shape Editor， DSE）和快速曲面重構(gòu)（ Quick Surface Reconstruction， QSR）模塊是逆向工程的專用模塊，可以提供多種格式的點云輸入和輸 出數(shù)據(jù)，除了具有對點云數(shù)據(jù)進行處理的功能外，還提供了強大的曲面、曲線直接擬合功能。另外， CATIA 對于曲面與測量的點的偏差大于 的 CLASS A 曲面完全可以勝任，因此，通過 CATIA 軟件進行曲面重構(gòu)可以滿足醫(yī)學建模的精度要求，并可在處理效率上提供改進的新思路。 模塊化的 CATIA 系列產(chǎn)品提供產(chǎn)品的風格和機械設計、外型設計、管理數(shù)字樣機、設備與系統(tǒng)工程、分析和模擬、機械加工。 CATIA 產(chǎn)品基于開放式可擴展的V5 架構(gòu)。通過使企業(yè)能夠重用產(chǎn)品設計知識，縮短開發(fā)周期， CATIA 解決方案加快企業(yè)對市場的需求的 反應。自 1999 年以來，市場上廣泛采用它的數(shù)字樣機流程，從而使之成為世界上最常用的產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)。 CATIA 系列產(chǎn)品在八大領域里提供 3D 設計和模擬解決方案：汽車、航空航天、船舶制造、廠房設計、建筑、電力與電子、消費品和通用機械制造。 本研究中使用的 CATIA 版本為 V5R20。 作為世界領先的 CAD/CAM 軟件， CATIA 在過去的二十多年中一直保持著驕人的業(yè)績，并繼續(xù)保持其強勁的發(fā)展趨勢。 CATIA 在汽車、航空航天領域的統(tǒng)治地位不斷增強。同時 ,CATIA 也大量地進入了其他如機車、摩托車、家電、通用機械等行業(yè)。 國際上一些著名的公司如波音、空中客車等制造公司，奔馳、奧迪等汽車制造公司都將 CATIA 作為他們的主流軟件。國內(nèi)十幾家大的飛機制造廠和飛機研究所選用了 CATIA，上海大眾集團、一汽集團、二汽集團等十多家汽車制造公司都選用 CATIA 作為創(chuàng)新的開發(fā)平臺。 在以往的研究中，大部分是采用先將每層 CT 圖像轉(zhuǎn)化為線條圖，再按照 CT 的掃描層厚將每層以線條連接起來，其光滑程度受到層厚的限制。尤其牙齒根部分叉區(qū)是由多個復雜曲面間的光滑連接構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)難以用簡單的線來進行表現(xiàn)和描述，造成連接區(qū)域失真。本研究采用的方式為點 云輸出，即將初步建立的模型外表面以關(guān)鍵點的方式輸出為密集的點云。然后使用 CATIA 對點云按照選定的精度進行擬合為多條曲線定義的曲面。 CATIA 的主要功能模塊（介紹本文使用的模塊）： Digitized Shape Editor ，簡稱 DSE，數(shù)字曲面編輯器，根據(jù)輸入的點云數(shù)據(jù)，進行采樣，編輯，裁剪已達到最接近產(chǎn)品外形的要求，可生成高質(zhì)量的 mesh小三角片體。 完全 非參。除了一些必備的工作條之外，還包含了 9 個工具按鈕，南京林業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文） 41 包括云處理對象顯示設置，編輯云對象，導入云對象，操作云對象，創(chuàng)建初始云對象，排列云對象， 云對象生成網(wǎng)格，創(chuàng)建曲線，創(chuàng)建 scan 對象。 Quick Surface Recons