【正文】 同時(shí)也要感謝師兄跟師兄，在他們的悉心指導(dǎo)下，我對(duì)該課題從最初的不了解到慢慢的熟知并掌握。無(wú)論是論文的選題，研究方案還是撰寫(xiě)過(guò)程，都傾注了老師大量的心血。總之，基于逆向工程技術(shù)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)技術(shù)難點(diǎn)通過(guò)本次設(shè)計(jì)實(shí)踐已經(jīng)基本突破，同時(shí)也總結(jié)出了從三維數(shù)據(jù)掃描到產(chǎn)品生產(chǎn)的具體過(guò)程。如果能夠通過(guò)CAD模型使用快速成型技術(shù)，重新制造一個(gè)模型，校驗(yàn)覆蓋件的干涉情況，強(qiáng)度，及外觀等因素，以保證模型設(shè)計(jì)無(wú)任何差錯(cuò)，方可進(jìn)入模具設(shè)計(jì)階段，否則會(huì)給模具設(shè)計(jì)帶來(lái)不可預(yù)計(jì)的損失。由于時(shí)間限制以及在一些問(wèn)題上需要不斷嘗試與學(xué)習(xí)，獲得設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。對(duì)模具中的一些簡(jiǎn)單零件做了加工。并且通過(guò)軟件中的數(shù)控加工模塊對(duì)模具的數(shù)控加工進(jìn)行了仿真。我們研究了ATOS測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要原理：光學(xué)三角原理，光柵條紋相移和自動(dòng)拼合技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)了ATOS系統(tǒng)的使用方法，掌握了使用該系統(tǒng)掃描的方法。本論文完成了以下主要內(nèi)容：1，對(duì)逆向工程概念進(jìn)行了學(xué)習(xí)。通過(guò)以上對(duì)數(shù)控加工中心的操作我們完成了汽車方向盤模具中主要成型零件的加工。用手輪把工作臺(tái)搖到機(jī)床中心，把所有刀具調(diào)回刀庫(kù)。再裝夾刀具并進(jìn)行對(duì)刀。使用25%的速度運(yùn)行熱機(jī)程序。待機(jī)器找到操作系統(tǒng)后，按復(fù)位鍵RESET三次清除報(bào)警。檢查儲(chǔ)液池的切削油是否到規(guī)定位置?？刂葡到y(tǒng)包括硬件部分和軟件部分。加工中心是在數(shù)控銑床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，他是通過(guò)程序控制多軸聯(lián)動(dòng)走刀進(jìn)行加工的數(shù)控機(jī)床。NX的CAM組件提供了一整套刀具路徑處理器（鉆孔、車削、多軸銑削、線切割、基于特征的加工）、后處理器建造和編輯工具以及全面的三維機(jī)床仿真功能，支持豐富多樣的加工方法。零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析是指所設(shè)計(jì)的零件在滿足使用要求的前提下制造的可行性和經(jīng)濟(jì)性。在對(duì)零件進(jìn)行編程之前，首先要對(duì)其進(jìn)行工藝分析，工藝分析是數(shù)控加工編程的前期工藝準(zhǔn)備工作。完成模具設(shè)計(jì)后，生成模具材料的零件清單。3加載標(biāo)準(zhǔn)件在標(biāo)準(zhǔn)模架庫(kù)中選擇hascoe模架。最后再對(duì)模具的尺寸進(jìn)行設(shè)置，因?yàn)榉较虮P各個(gè)方向的尺寸為。Moldwizard中配備有常用的模架庫(kù)和標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)可以在模具設(shè)計(jì)中選用，而標(biāo)準(zhǔn)件的調(diào)用也相對(duì)簡(jiǎn)單，只要設(shè)置好相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)件的關(guān)鍵參數(shù)，軟件可以自動(dòng)的將標(biāo)準(zhǔn)件加載到模具裝配中，大大提高了模具設(shè)計(jì)速度和標(biāo)準(zhǔn)話化程度。這一部分是逆向工程技術(shù)的核心。使用以上對(duì)曲線曲面操作的方法在整個(gè)汽車方向盤范圍內(nèi)進(jìn)行曲線和曲面的逆向造型。通過(guò)放樣曲線，設(shè)置擬合曲面的階數(shù)為4階，使用點(diǎn)位置的起點(diǎn)終點(diǎn)連續(xù)性控制方法。創(chuàng)建曲面的流程如圖所示。這是因?yàn)榍适岬淖兓憩F(xiàn)了空間曲線的質(zhì)量，手動(dòng)移動(dòng)空間數(shù)據(jù)點(diǎn)，以使得曲率變化呈現(xiàn)出規(guī)律，這直接決定著隨后構(gòu)建光滑的曲面的成功與否，曲率梳的調(diào)節(jié)應(yīng)以曲線無(wú)限逼近點(diǎn)云數(shù)據(jù)為原則，由空間點(diǎn)云數(shù)據(jù)作為參照，創(chuàng)建空間曲線，調(diào)節(jié)曲率梳，使得空間曲線足夠光滑，空間曲線的調(diào)節(jié)需要手動(dòng)進(jìn)行，因此對(duì)于設(shè)計(jì)人員來(lái)講，需要足夠的耐心與調(diào)節(jié)曲率梳的經(jīng)驗(yàn)，曲線的光滑與否直接影響著它所構(gòu)成的曲面的質(zhì)量及光順情形，因此，空間曲線質(zhì)量也同樣要求甚高。，生成一條與原點(diǎn)云相擬合的曲線。：至此點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理過(guò)程已全部結(jié)束，通過(guò)點(diǎn)云的處理得到的我們所需要的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，它具有平滑，三角形網(wǎng)格化，關(guān)于坐標(biāo)軸對(duì)稱，并且以坐標(biāo)原點(diǎn)為中心點(diǎn)，不同曲面類型已按層分類等優(yōu)點(diǎn)，可以用來(lái)進(jìn)行三維模型的逆向設(shè)計(jì)。通過(guò)在每一層中生成不同部分的模型，最后再對(duì)生成的幾個(gè)小部分模型相互擬合。通過(guò)以上操作，已經(jīng)達(dá)到我們對(duì)齊點(diǎn)云的目的。此時(shí)通過(guò)觀察對(duì)象信息可以發(fā)現(xiàn)，點(diǎn)云大體已經(jīng)處理好了，在各個(gè)方向上的尺寸也可以顯示其關(guān)于坐標(biāo)軸對(duì)稱。在坐標(biāo)原點(diǎn)位置創(chuàng)建新的標(biāo)準(zhǔn)圓。我們?nèi)匀话l(fā)現(xiàn)在方向盤點(diǎn)云的中間區(qū)域仍有少量噪聲點(diǎn)，并且點(diǎn)云系統(tǒng)中坐標(biāo)系明顯沒(méi)有與軟件系統(tǒng)中世界坐標(biāo)系對(duì)齊，為了后續(xù)更方便模型的重構(gòu)，還有必要對(duì)模型進(jìn)行進(jìn)行噪聲點(diǎn)的手工去除、點(diǎn)云的校正和對(duì)齊以及合理的數(shù)據(jù)分割等操作。Imageware是著名的逆向工程軟件，廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天、家電、模具零部件設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。（2）曲面片擬合造型：該方法直接對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行曲面片擬合，獲得曲面片經(jīng)過(guò)過(guò)渡、混合、連接形成最終的曲面模型。目前使用的模型重構(gòu)方法主要有曲線擬合造型和曲面擬合造型。因?yàn)橹挥性讷@得了產(chǎn)品的CAD模型的基礎(chǔ)上我們才能夠進(jìn)行后續(xù)產(chǎn)品的加工制造、快速成型制造、虛擬仿真制造和進(jìn)行產(chǎn)品的再設(shè)計(jì)等。首先分析了逆向工程中進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理的必要性，然后對(duì)點(diǎn)云預(yù)處理的各種方法和原理進(jìn)行了重點(diǎn)闡述。理想情況下，如果單個(gè)點(diǎn)云具有明顯的幾何特征，利用這些特征局部地構(gòu)造幾何形體，再進(jìn)行拼合，其速度和準(zhǔn)確性都很理想；但實(shí)際情形是，同一個(gè)特征在不同的視圖中通常被分割成許多特征，甚至在某個(gè)視圖中消失。由于在測(cè)量不同的區(qū)域時(shí)，都是在測(cè)量位置對(duì)應(yīng)的局部坐標(biāo)系下進(jìn)行的；多次測(cè)量所對(duì)應(yīng)的局部坐標(biāo)系是不一致的，必須把各次測(cè)量對(duì)應(yīng)的局部坐標(biāo)系統(tǒng)一到同一坐標(biāo)系，并消除兩次測(cè)量間的重疊部分，以得到被測(cè)物體表面的完整數(shù)據(jù)，此處理過(guò)程即為多視數(shù)據(jù)的對(duì)齊。在逆向工程的實(shí)際過(guò)程中，對(duì)實(shí)物進(jìn)行數(shù)字化時(shí)，往往不能在同一坐標(biāo)系下將產(chǎn)品的集合數(shù)據(jù)一次測(cè)出。（2）曲線檢查法 曲線檢查法是利用最小二乘法，通過(guò)截面數(shù)據(jù)的首末點(diǎn)擬合曲線，檢查中間各數(shù)據(jù)點(diǎn)到曲線的距離是否超過(guò)允許值，來(lái)判定其是否為誤差點(diǎn)。噪音點(diǎn)會(huì)造成后續(xù)處理中曲面造型的失真；且過(guò)多的數(shù)據(jù)點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)運(yùn)行、存儲(chǔ)和操作的低效率，生成曲線曲面模型需要消耗更多的時(shí)間，過(guò)于密集的點(diǎn)云還會(huì)影響曲線曲面的光順性。當(dāng)被處理的掃描平面垂直于測(cè)量方向時(shí)，這種方法顯示出良好的操作性。網(wǎng)格通常垂直于掃描方向(z向)構(gòu)建。因此，在保證一定精度的前提下，盡量減少數(shù)據(jù)量。假設(shè)相鄰的3點(diǎn)分別為、和，通過(guò)平均值濾波法平滑得到的新點(diǎn)，其中虛線所連的點(diǎn)代表激光掃描測(cè)得的點(diǎn)，直線所連的點(diǎn)代表平滑化后的點(diǎn)。點(diǎn)云的平滑濾波主要有以下三種方式：中值濾波法、平均值濾波法和高斯濾波法【16】【17】，分別介紹如下：（1）中值濾波法 該方法將相鄰的3個(gè)點(diǎn)取平均值來(lái)取代原始點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)濾波。數(shù)據(jù)平滑的目的是消除噪聲，已得到精確的模型和好的特征提取效果。產(chǎn)生噪聲的因素很多，歸納一下，主要分為兩大類：一類是被測(cè)對(duì)象表面因素產(chǎn)生的誤差，譬如表面粗糙度、波紋等缺陷；另一類是由測(cè)量系統(tǒng)本身引起的誤差，譬如測(cè)量設(shè)備的精度、CCD攝像機(jī)的分辨率、振動(dòng)等等。 本章小結(jié)本章主要介紹了逆向工程中的數(shù)據(jù)測(cè)量技術(shù)，并對(duì)在本次設(shè)計(jì)中使用的ATOS三維掃描儀進(jìn)行了重點(diǎn)介紹。（3）測(cè)試前打開(kāi)掃描頭燈泡對(duì)掃描頭進(jìn)行預(yù)熱5分鐘左右，點(diǎn)擊軟件上掃描鍵，可以看到光源鹵素?zé)舢a(chǎn)生一列編碼光柵從實(shí)體上掃過(guò)，通過(guò)攝像頭攝制，在軟件界面生成一張實(shí)體平面圖形。 176。本次掃描測(cè)量的具體模型是汽車方向盤實(shí)物如圖所示。234。xj2+y39。xj2+y39。辦法是將每幅圖像中的所有參考點(diǎn)連接成三角網(wǎng)，利用一定的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)紀(jì)錄網(wǎng)點(diǎn)連接的拓?fù)潢P(guān)系、每個(gè)三角形的幾何參數(shù)等信息，再對(duì)從兩幅圖像生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行搜索比較、找出具有相同拓?fù)涮匦缘牟糠郑瑥亩鴮?shí)現(xiàn)相同參考點(diǎn)的匹配采用泰森(Thicssen)多邊形和狄洛尼(Delaunay)三角網(wǎng)?？沼蛳辔粶y(cè)量則是主要利用數(shù)字濾波，將頻率較高的載波和頻率較低的面形分離開(kāi)來(lái)，從而將面形恢復(fù)出來(lái)。假定投影光柵光強(qiáng)為正弦分布，其滿足：Ir(x,y)=R(x,y){Ax，y+Bx，y*Cos(x*2πP)} （） 則經(jīng)物面調(diào)制后為Ir(x,y)=R(x,y){A(x,y)+B(x,y)Cos(x*2πP)+Φ(x,y)} （） 式（）和式（）中R（x，y）為與物體表面光學(xué)特性有關(guān)的物理量： A(x,y)為背景光強(qiáng)，B(x,y)/A(x,y)為條紋對(duì)比度，P為正旋載波間距，Φ（x,y）為相位調(diào)制函數(shù)，包含有層面信息當(dāng)采用發(fā)散光束照射光柵時(shí)，即不同的光柵級(jí)次在參考而上的條紋間距不同時(shí)，可表達(dá)為： △X=?（x,y）Po2x*(L2+Mx*X*Sinθ*cosθ)L22L2*sinθcosθMx*X*sinθcosθ2 （） Z= ?Xtgθ+?XL2+MXL2Mx*XL1+ （）X=Mx*X1Z/L1Y=My*?X(1Z/L1) （） 其中，X、Y和Z分別表示空間點(diǎn)的3個(gè)坐標(biāo)：Mx,My為攝像機(jī)系統(tǒng)放大率。 。在條紋投影中應(yīng)用三角原理求輪廓高度時(shí)，關(guān)鍵是通過(guò)分析光強(qiáng)分布規(guī)律，準(zhǔn)確找到條紋中心對(duì)條紋中心但其非線性誤差較大而且受被測(cè)曲面傾斜和特征（如顏色，光澤等）影響嚴(yán)重其測(cè)量精度隨著入射角(激光束與被測(cè)點(diǎn)法向矢量間的夾角)的增大而降低，當(dāng)入射角超過(guò)一定角度時(shí)會(huì)出現(xiàn)盲區(qū)使得測(cè)量失效，一般被測(cè)面傾角不宜大于45度所以光學(xué)三角原理通常是與其他方法結(jié)合以獲得高數(shù)據(jù)獲取精度和穩(wěn)定性。，L—成像透鏡，N—成像屏，f —成像透鏡的焦距，Lo —成像透鏡L的物距，Li —成像透鏡L的像距，O—L 光軸與入射光線i的交點(diǎn)，P—物面上的光點(diǎn)，P′,O′分別是P，O的像點(diǎn)，h—物面上光點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)面的M的高度，α—漫反射光入射角，M′—目標(biāo)平面，M—參與平面。 支架及傳感器頭測(cè)量系統(tǒng)的軟件分別由Linnux操作系統(tǒng)和專用的測(cè)量及處理軟件ATOS組成 ATOS系統(tǒng)工作原理ATOS是一種基于結(jié)構(gòu)光的測(cè)量系統(tǒng)，即首先由光源鹵素?zé)舢a(chǎn)生編碼光柵這些光柵投影到被測(cè)樣件表面產(chǎn)生一系列圖象，這些圖象被CCD相機(jī)攝取到，然后通過(guò)圖象處理方法分析這些圖象計(jì)算被測(cè)樣件表面點(diǎn)的空間位置，在其軟件內(nèi)完成相位包裹和相位展開(kāi)后即可得到我們需要的點(diǎn)云圖像。使用該系統(tǒng)測(cè)量無(wú)需編程規(guī)劃測(cè)量路徑，并且不受場(chǎng)地和實(shí)物、模具等位置的限制，操作方便，又由于重量較輕、體積較小，可實(shí)現(xiàn)異地測(cè)量。ATOS系統(tǒng)提供了各種不同的數(shù)據(jù)輸出格式，以適應(yīng)后續(xù)的處理的應(yīng)用情況，常見(jiàn)的格式有：ASCII(*.asc)，IGES(*.igs)，CLI(*.cli)，DXF，VDA/PS以及ASCII形式的STL(*.ast)和二進(jìn)制（Binary）形式的STL(*.stl)。由于兩個(gè)CCD鏡頭可以感知高達(dá) 440，000個(gè)象素，所以每一單幅照片可以采集到 萬(wàn)個(gè)有效數(shù)據(jù)點(diǎn)。傳感器頭安裝在一個(gè)可以繞著被測(cè)實(shí)物自由運(yùn)動(dòng)的支架上，在測(cè)量時(shí)傳感器頭可以繞著被測(cè)實(shí)物任意移動(dòng)。ATOS系統(tǒng)是一種在反求工程和工業(yè)檢測(cè)中被廣泛使用的光學(xué)測(cè)量設(shè)備，它綜合了光學(xué)三角測(cè)量原理與光柵條紋位移技術(shù)原理對(duì)實(shí)物做非接觸高速測(cè)量。使用非接觸式方式采集實(shí)物模型的表面數(shù)據(jù)時(shí)，測(cè)頭不與實(shí)物表面接觸，主要運(yùn)用光學(xué)原理進(jìn)行六維數(shù)據(jù)采集。 b．連續(xù)式數(shù)據(jù)采集方法 連續(xù)式數(shù)據(jù)采集使用模擬量開(kāi)關(guān)采樣頭，因?yàn)閿?shù)據(jù)采集過(guò)程是連續(xù)的，速度比點(diǎn)接觸式采樣頭快許多，采樣精度也較高。 a．觸發(fā)式數(shù)據(jù)采集方法 觸發(fā)式數(shù)據(jù)采集使用觸發(fā)頭，當(dāng)探針接觸到樣件表面時(shí)由于針尖受力變形觸發(fā)采樣開(kāi)關(guān)，其變形大小和方向可以由傳感器測(cè)出，通過(guò)芯片處理，將測(cè)出的信號(hào)反饋給計(jì)算機(jī)，通過(guò)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算，顯示出所測(cè)三維點(diǎn)的坐標(biāo)。目前我們獲得點(diǎn)云數(shù)據(jù)一般都是通過(guò)三維掃描儀，然而不同的掃描儀其工作原理、結(jié)構(gòu)、工作方式各不相同。歐美精度最高的臺(tái)式掃描儀掃描精度可以達(dá)到十幾個(gè)微米，得到的點(diǎn)云密度甚至超過(guò)人眼的分辨率，工作時(shí)同時(shí)使用三色激光掃描得到真彩色點(diǎn)云數(shù)據(jù)。根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)來(lái)建立三維CAD模型，進(jìn)而開(kāi)發(fā)出同類的產(chǎn)品以實(shí)現(xiàn)逆向工程。本章結(jié)合有關(guān)文獻(xiàn)資料，介紹了正向工程與逆向工程的概念，以及逆向工程中使用的主要方法和技術(shù)，并對(duì)其發(fā)展現(xiàn)狀和前景做了分析。如何提高新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)水平和縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，已成為我國(guó)汽車行業(yè)亟待解決的問(wèn)題。(4)使用ug完成產(chǎn)品模具設(shè)計(jì)和數(shù)控編程，總結(jié)CAD/CAM系統(tǒng)數(shù)控模具設(shè)計(jì)和數(shù)控編程方法。主要包括以下方面研究?jī)?nèi)容：(1)逆向工程方法的研究。我們使用美國(guó)哈斯公司生產(chǎn)的數(shù)控加工中心對(duì)汽車方向盤模具中的個(gè)別零件進(jìn)行了數(shù)控加工。這樣的控制系統(tǒng)在控制規(guī)格小、精密度低或軸數(shù)少的機(jī)床是可以的，但對(duì)于大型、精密、多軸的復(fù)合式數(shù)控機(jī)床是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠滿足的。目前中國(guó)的高檔數(shù)控機(jī)床大多是采用德國(guó)西門子FG1H型數(shù)控系統(tǒng)，而且其中很多重要功能被有意的關(guān)閉和限制，如果想要打開(kāi)則需要另外進(jìn)行逐項(xiàng)談判，以高的代價(jià)來(lái)購(gòu)買。從而使得模具工業(yè)在制造業(yè)中的地位越來(lái)越重要。因?yàn)槔媚＞邅?lái)生產(chǎn)產(chǎn)品具有很多先天優(yōu)勢(shì)，所以它被廣泛應(yīng)用于家電、電子、電器、汽車、儀表、航空航天、電子等工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)之中。對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著非常重要的作用。通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)可以快速的生成產(chǎn)品制造生產(chǎn)過(guò)程中所需要的模具。關(guān)于逆向工程方面的內(nèi)容本文將在第二至四章進(jìn)行重點(diǎn)介紹。（3）擬合曲面應(yīng)能控制曲面的光順性和進(jìn)行光滑拼接。寧波德立星科公司推出的柔性三維激光掃描及檢測(cè)系統(tǒng)