【導(dǎo)讀】課件之家精心整理資料--歡迎你的欣賞。第四章基于Pro/E的玩具汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及虛擬裝配................50

　　

【正文】 值 .。 曲線修編 曲線的修編主要是 :曲線延伸、修剪、連接等，就逆向工程的軟件來(lái)講，大 多數(shù)通過(guò)點(diǎn)群所得到的曲線多要經(jīng)過(guò)修編?？梢酝ㄟ^(guò)拖動(dòng)控制點(diǎn)或線上的點(diǎn)的方式來(lái)調(diào)整曲線的走向，而編輯曲線的參數(shù)也是使曲線簡(jiǎn)單化的主要方式，通常越簡(jiǎn)單的曲線越能構(gòu)建高質(zhì)量的曲面。這些功能再配合曲線與點(diǎn)群的誤差分析功能，將可以調(diào)整出最佳的曲線狀態(tài)。有的部分軟件采用比較直觀的方式使曲面平滑化，但參數(shù)設(shè)定完成后，系統(tǒng)會(huì)以逐步變化的方式，將曲線的變化顯示出來(lái)，以消除曲線扭曲的情形。 曲面構(gòu)建與分析 在逆向工程軟件中，曲面的構(gòu)建方式主要有兩種 :利用點(diǎn)數(shù)據(jù)課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 構(gòu)建和利用曲線構(gòu)建。利用曲線構(gòu)建與一般的 CAD 系統(tǒng)相似。下面 主要論述一下利用點(diǎn)數(shù)據(jù)的方式來(lái)構(gòu)建曲面的功能。 在構(gòu)建曲面之前，首先要注意幾點(diǎn)事項(xiàng) ： 在建模的初期，應(yīng)對(duì)模型整體的建構(gòu)有一定的初步的規(guī)劃?？梢栽谀Ｐ蜕瞎蠢粘銮媾c曲面間隔 ： 也可將模型的一些簡(jiǎn)單幾何要素找出來(lái)，作為后續(xù)曲面建模與模型基準(zhǔn)的參考 ； 必須了解對(duì)精度與平滑度之間取舍的允許度。在允許的精度誤差上，會(huì)舍棄精度取平滑度 ； 必須對(duì)后處理的過(guò)程有全盤的了解。由于不同的曲面建構(gòu)、不同的軟件以及后續(xù)的加工等，都可能造成不同的結(jié)果，所以必須了解后續(xù)工作的動(dòng)作過(guò)程，以控制誤差的允許度 :曲面的建構(gòu)應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單。簡(jiǎn)單的曲面有 利于后續(xù)工作的修編，較容易構(gòu)建出較高質(zhì)量的平滑曲面模型。 在曲面編輯之前，如能利用軟件的分析功能，來(lái)充分掌握各建構(gòu)曲線的精度與控制點(diǎn)，則建構(gòu)出高質(zhì)量曲面的可能性較大。基本幾何曲面的建構(gòu)在逆向工程中，由于測(cè)量出來(lái)的點(diǎn)數(shù)據(jù)坐標(biāo)可能沒(méi)有固定，所以用點(diǎn)數(shù)據(jù)建構(gòu)基本幾何要素的功能就顯得相當(dāng)重要了，利用這些基本幾何要素，可以很方便地找到平面、模型的孔位、定位用基準(zhǔn)等。要對(duì)基本幾何體做出快速的分析。隨著測(cè)量系統(tǒng)的不同，測(cè)量出來(lái)的精度也有差異，最好要配合軟件的分析功能，分析顯示基本幾何信息，如尺寸，位置等，再作適度的調(diào)整， 求出最佳的結(jié)果。 利用點(diǎn)數(shù)據(jù)貼合自由曲面 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 利用點(diǎn)數(shù)據(jù)貼合自由曲面使利用點(diǎn)群以類似投影的方式建構(gòu)曲面，這個(gè)功能可以用于建構(gòu)區(qū)域性的大曲面，通常建構(gòu)出來(lái)的曲面會(huì)大于點(diǎn)群，后續(xù)可利用曲面延伸與修剪等修編工具。在使用此功能前，請(qǐng)注意下列事項(xiàng) ： 在執(zhí)行本功能前，需要將點(diǎn)數(shù)據(jù)作區(qū)分。必須先對(duì)部分所要建構(gòu)曲面的點(diǎn)數(shù)據(jù)獨(dú)立切割出來(lái)，以便程序?qū)υ摢?dú)立點(diǎn)數(shù)據(jù)作運(yùn)算 ； 一般來(lái)講，本功能對(duì)變化較小或漸進(jìn)變化的點(diǎn)群有較好的效果。在使用本功能前對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)作噪聲濾除與平滑化處理。遵循曲面簡(jiǎn)單化原則，盡可能以較少的控制點(diǎn)來(lái)建構(gòu)曲面，其參 數(shù)應(yīng)從3 階 10 各控制點(diǎn)開(kāi)始，在一般情況下 3 階曲面已經(jīng)足夠滿足要求了?？梢酝ㄟ^(guò)控制參數(shù)，如控制曲線逼近控制點(diǎn)的比例 ； 控制與點(diǎn)數(shù)據(jù)的平均誤差 ； 控制平滑度等參數(shù)。 利用點(diǎn)數(shù)據(jù)與邊界曲面建構(gòu)曲面 利用點(diǎn)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(diǎn)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(lái)。利用本功能，應(yīng)注意下列事項(xiàng) :必須用 4 條連接的曲線來(lái)形成曲面建構(gòu)的邊界。要注意邊界曲線的平滑度，是否有扭曲現(xiàn)象。對(duì)區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)數(shù)據(jù)應(yīng)先做好噪聲濾除與平滑化處 理，并注意變化?？刂泣c(diǎn)來(lái)建構(gòu)曲面，其參數(shù)應(yīng)從 10 各控制點(diǎn)開(kāi)始，逐步視情況而增加。遵循曲面簡(jiǎn)單的原理，盡量用較少的控制點(diǎn)來(lái)建構(gòu)課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 曲面，其參數(shù)應(yīng)從 10 個(gè)控制點(diǎn)開(kāi)始，逐步視情況而增加。建構(gòu)了區(qū)塊狀的曲面后，需將曲面與曲面作邊界連續(xù)性的編輯，此時(shí)相鄰的曲面間有相同的曲面參數(shù)者連續(xù)性較好。 曲面編輯 逆向工程的軟件中的曲面編輯主要有 :曲面延伸、曲面修剪、曲面參數(shù)重新定義等，較高級(jí)的則會(huì)提供用拖拉曲面控制點(diǎn)編輯曲面的工具，或曲面平滑、曲面貼合點(diǎn)數(shù)據(jù)。 通過(guò)逆向工程得到的數(shù)據(jù)很多時(shí)候是不同格式的文件，要把這些數(shù)據(jù)拿到進(jìn) 行后續(xù)操作，一種是通過(guò)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。另一種是把所有操作都在其中完成。 基于 CATIA 軟件下逆向后處理 CATIA 曲面重構(gòu)工具介紹 CATIA 曲面重構(gòu)工具是集成于 CATIA 軟件中的專門用于逆向工程建模的工具模塊。曲面重構(gòu)工具最初是響應(yīng)汽車、飛機(jī)、船舶工業(yè)的要求開(kāi)發(fā)的，當(dāng)時(shí)汽車工業(yè)需要一個(gè)工具幫助設(shè)計(jì)諸如車身面板之類的光滑曲面?，F(xiàn)在曲面重構(gòu)工具是一個(gè)完全集成于 CATIA 的一個(gè)可用于逆向工程的工具模塊，曲面重構(gòu)工具是一種非參數(shù)化環(huán)境工具。它使用戶可 以專注于模型的特征區(qū)域，并使用不同的工具來(lái)獲取期望的形狀和曲面屬性。獨(dú)立幾何也是CATIA 的超級(jí)特征，為了將設(shè)計(jì)活動(dòng)孤立在一個(gè)單一的特征中，曲面重構(gòu)工具使用了“型特征”的概念，獨(dú)立幾何超級(jí)特征即為課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 型特征。獲取曲面重構(gòu)工具時(shí)，就開(kāi)始使用型特征。型特征時(shí)一個(gè)復(fù)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)。所有的輸入型特征，在其中創(chuàng)建的幾何都成為型特征的一部分。型特征的內(nèi)部對(duì)象，如單獨(dú)的曲面，曲線等，在型特征外部或它們相互之間沒(méi)有父子從屬關(guān)系。這樣便可以自由操作曲面，而無(wú)需考慮型特征對(duì)象之間及模型其余部分之 間的參照和父子關(guān)系。 利用掃描工具可完成下述任務(wù) ： 輸入、生成和過(guò)濾原始數(shù)據(jù)。 輸入幾何，包括曲線、曲面和多曲面數(shù)據(jù)。 創(chuàng)建和修改曲線。 手工或自動(dòng)修改幾何 ； 幾何從后續(xù)特征收縮到型特征。 掃描工具提供了根據(jù)掃描數(shù)據(jù)建立光滑曲面的工具，根據(jù)掃描數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，誤差和光滑程度的需要，基于個(gè)人的逆向工程的經(jīng)驗(yàn)，可以選擇基于曲線、曲面或兩者結(jié)合起來(lái)進(jìn)行模型重建。 基于曲線的逆向工程 ： 首先根據(jù)數(shù)據(jù)建立型曲線，然后通過(guò)型曲線建立曲面。通過(guò)這個(gè)方法可獲得最終的曲面或獲取用于基于曲面的方法的起始曲面，這種方法在大多 數(shù)情況下，要獲取光滑曲面，只能使用掃描數(shù)據(jù)的一小部分。這通常會(huì)導(dǎo)至曲面和沒(méi)使用的掃描點(diǎn)之間存在比較大的誤差。要減少誤差，定義曲面時(shí)應(yīng)使用更多的型曲線，但曲面的質(zhì)量會(huì)下降。 基于曲面的逆向工程 :在基于曲面的逆向工程里，可根據(jù)常規(guī)的 CATIA 曲面和型曲面建立曲面的復(fù)制曲面，然后讓曲面課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 適應(yīng)掃描數(shù)據(jù)，以獲取規(guī)定誤差內(nèi)的曲面。通過(guò)增加和去除柵格線，可以提高控制曲面的光滑程度和靈活控制細(xì)節(jié)的能力?；谇娴姆椒梢钥焖俳⒐饣那妫⒖刂魄鎸?duì)掃描數(shù)據(jù)的偏差，使誤差最小。 平面特征 小三角平面；向幾何的 選定區(qū)域添加小三角平面的一個(gè)單獨(dú)的層；填充選定幾何的所有凹陷部分，填充需要附加體積的區(qū)域，以便定義在掃描時(shí)變模糊的邊。 [4][5][6] 打開(kāi) CATIA 的點(diǎn)云編輯處理特征環(huán)境，在此環(huán)境下導(dǎo)入掃描的玩具汽車覆蓋件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。如圖 33 所示 圖 32 點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入圖 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 圖 33 點(diǎn)云數(shù)據(jù)編輯圖 處理后的結(jié)果如下圖： 圖 34 點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理完成圖 去除噪聲點(diǎn)及多余的測(cè)量點(diǎn) 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 圖 35 點(diǎn)云數(shù)據(jù)除雜點(diǎn)圖 兩種方式來(lái)大量去除點(diǎn)云，如下以拉動(dòng)線段來(lái)大量去除選定點(diǎn)： 圖 36 點(diǎn)云數(shù)據(jù)除雜點(diǎn)方法一展示圖 以所繪制線段來(lái)大量刪除點(diǎn) 圖 37 點(diǎn)云數(shù)據(jù)除雜點(diǎn)方法二展示圖 處理后的點(diǎn)云如下： 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 圖 38 點(diǎn)云數(shù)據(jù)除雜點(diǎn)完成圖 5 運(yùn)用單個(gè)點(diǎn)拾取方式取出多余的點(diǎn) 圖 39 逐點(diǎn)去除點(diǎn)云雜點(diǎn)處理圖 處理中的圖形： 圖 310 逐點(diǎn)去除點(diǎn)云雜點(diǎn)過(guò)程圖 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 將處理后的圖形用三角面片擬合，觀看大體外觀 圖 311 三角面片擬合過(guò)程圖 以兩點(diǎn)間距離為 50mm 處理后的圖形： 圖 312 小間距三角面片擬合完成圖 以 兩點(diǎn)間距離為 70mm 處理后的圖形 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 圖 313 大間距三角面片擬合完成圖 由于中間部分點(diǎn)云缺失，造成曲面性狀不完整，并出現(xiàn)多種缺陷如下： 這對(duì)于曲面的重構(gòu)設(shè)置了一個(gè)巨大的難題。 圖 314 大間距三角面片數(shù)據(jù)缺失部分圖 ，介紹曲面的做法及修剪。首先，選取控制點(diǎn)，即將部分點(diǎn)云激活，并去除雜點(diǎn)如下圖所示： 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 圖 315 部分點(diǎn)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(kuò)展，以利于后面的修剪用，如下圖所示： 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 圖 317 平面與點(diǎn)云擬合圖 ，如下圖所示： 圖 318 平面與另一點(diǎn)云擬合圖 ，如下圖所示： 圖 319 兩曲面相交圖 10．運(yùn)用修剪命令進(jìn)行修剪，修剪后如下所示： 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 圖 320 曲面修剪完成圖 ，總體圖如下： 圖 321 曲面重構(gòu)完成圖 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 ，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(duì)覆蓋件進(jìn)行曲率分析，結(jié)果如圖所示： 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 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） 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 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(guān)鍵的一步，逆向工程的后處理技術(shù)。首先論述向工程處理的內(nèi)容和處理的原理，然后結(jié)合大型軟件CATIA 的逆向工程功能將掃描得到的覆蓋件的點(diǎn)云圖處理成零件圖。通過(guò)此章的研究，可以看到逆向工程后處理的好壞將直接影響到零件重構(gòu)的精度，通過(guò) CATIA 軟件的某些功能可以完成課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 逆向工程的后處理。 第四章 基于 Pro/E 的玩具汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及虛擬裝配 各個(gè)零部件的設(shè)計(jì) Pro/E 是 美 國(guó) 參 數(shù) 化 技 術(shù) 公 司 ( Parametric TechnologyCorporation,簡(jiǎn)稱 PTC)的軟件產(chǎn)品。 Pro/E 具有全參數(shù)化和全相關(guān)的造型技術(shù)模塊 ,在實(shí)體造型功能和方便的編輯功能方面 ,可以說(shuō)是遙遙領(lǐng)先與其它軟件。接口上 ,Pro/E 軟件具有 IGS、 STL、 OBJ 等多種輸入輸出數(shù)據(jù)文件 ,能與 UG、 IDEAS、MasterCAM 和 CATIA 等 CAD/CAM 軟件系統(tǒng)交換數(shù)據(jù) ,是理想的設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng) [7]。 規(guī)則實(shí)體重構(gòu)方法 （ 1）主要通過(guò)拉伸及切除材料命令來(lái)實(shí)現(xiàn)，所謂拉伸即選定一個(gè)平面，再次平面上繪制由測(cè)量量得的尺寸圖形（必須是封閉圖形）然后使用拉伸命令，控制拉伸高度，從而得到拉伸實(shí)體； （ 2）其次還通過(guò)旋轉(zhuǎn)命令來(lái)重構(gòu)規(guī)則的球形實(shí)體，或是球形實(shí)體的組合及變化實(shí)體，所謂運(yùn)用旋轉(zhuǎn)方法構(gòu)造實(shí)體即：在選定平面繪制好草圖后，在繪制一條中心軸線，然后利用旋轉(zhuǎn)命令讓繪制的草圖繞中心軸線旋轉(zhuǎn)一定角度得到旋轉(zhuǎn)體； （ 3）除此之外，還可以用掃描、混合掃描和螺旋掃描來(lái)制作具 有特定變化特征的實(shí)體，如彈簧、鋼管等，此種方法即先繪制實(shí)體的延伸軌跡，然后再繪制界面特征，并定義變量，最后完成實(shí)體的設(shè)計(jì) [8]。 零件設(shè)計(jì)的一般步驟 以玩具汽車中的以構(gòu)件為例，來(lái)詳細(xì)說(shuō)明 Pro/E 中零件的設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)過(guò)程。 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 （ 1）打開(kāi) Pro/E，新建零件，不選缺省模板，選擇中國(guó)制尺寸進(jìn)入繪制三維圖環(huán)境