【正文】 主要研究工作和成果概括如下 : 在對(duì)接觸式和非接觸式測(cè)量方法的基礎(chǔ)上 ，分析不同測(cè)量方法的優(yōu)缺點(diǎn)，得出要根據(jù)工作的具體需要來(lái)選擇合適的測(cè)量設(shè)備和測(cè)量方法的結(jié)論，并應(yīng)用 ATOS I 光學(xué)掃描儀高效率、高精度的完成摩托車(chē)覆蓋件的數(shù)據(jù)獲取工作。 51 （ 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)境如下圖： 圖 41 Pro/E 零件設(shè)計(jì)環(huán)境圖 （ 2）根據(jù)零件的特點(diǎn)，選擇相應(yīng)的命令，并進(jìn)行草繪，然后將其設(shè)計(jì)成三維實(shí)體，下面是以玩具汽車(chē)的零部件的設(shè)計(jì)的具體過(guò)程： （ 1）按尺寸繪制草圖，并拉伸 為平板，如下所示： 圖 42 Pro/E 零件設(shè)計(jì)步驟圖（一） 52 （ 2）運(yùn)用拉伸即成殼功能生成左壁板： 圖 43 Pro/E 零件設(shè)計(jì)步驟圖（二） （ 3）運(yùn)用對(duì)稱(chēng)功能生成另一側(cè)壁板： 圖 44 Pro/E 零件設(shè)計(jì)步驟圖（三） （ 4）運(yùn)用拉伸命令，拉伸出一規(guī)定尺寸的圓柱： 53 圖 45 Pro/E 零件設(shè)計(jì)步驟圖（四） （ 5）運(yùn)用拉伸切除材料命令，切除圓柱上的部分材料，并做對(duì)稱(chēng)： 圖 46 Pro/E 零件設(shè)計(jì)步驟圖（五） （ 6）切去圓柱中間的材料，并通過(guò)拉伸切除材料命令設(shè)計(jì)出下圖結(jié) 構(gòu)： 54 圖 47 Pro/E 零件設(shè)計(jì)步驟圖（六） 按此原理依次制作如下實(shí)體：（舉例） 圖 48 Pro/E 零件設(shè)計(jì) 車(chē)輪圖 圖 49 Pro/E 零件設(shè)計(jì) 電機(jī)圖 55 圖 410 Pro/E 零件設(shè)計(jì) 電路板圖 圖 411 Pro/E 零件設(shè)計(jì) 支架圖（一） 56 圖 412 Pro/E 零件設(shè)計(jì) 上蓋圖 圖 413 Pro/E 零件設(shè)計(jì) 支架圖（二） 將做好的玩具飛機(jī)上蓋曲面以 igs 格式導(dǎo)入 Pro/E 進(jìn)行實(shí)體設(shè)計(jì)后的圖像如下： 圖 414 Pro/E 零件設(shè)計(jì) 曲面重構(gòu)總圖 虛擬裝 配 Pro/E 的裝配原理為六點(diǎn)定位原理，即：限制零件的六個(gè)方向上的自由度，從而使其達(dá)到完全定位的目的，其約束類(lèi)型有， 57 如下圖所示： 圖 415 Pro/E 虛擬裝配 約束種類(lèi)圖 具體操作步驟，如下所示 （ 1）新建一組件，進(jìn)行裝配； （ 2）通過(guò)插入 — 元件 — 裝配，導(dǎo)入需要進(jìn)行裝配的零件，如下所示： 圖 416 Pro/E 虛擬裝配 開(kāi)啟圖 （ 3）以一輪系結(jié)構(gòu)件為例來(lái)具體說(shuō)明裝配過(guò)程，首先導(dǎo)入車(chē)輪，如下所示： 58 圖 417 Pro/E 虛擬裝配 步驟圖（一） （ 4）然后再插入支撐架，如下所示： 圖 418 Pro/E 虛擬裝配 步驟圖（二） （ 5）建立約束來(lái)限制兩者之間的相對(duì)位置，使用軸對(duì)齊，和面匹配，結(jié) 圖 419 Pro/E 虛擬裝配 步驟圖（三） 59 （ 6）接下來(lái)將另一個(gè)輪導(dǎo)入，并依此原理進(jìn)行裝配，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(dǎo)入，實(shí)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(chē)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(jìn)行零件設(shè)計(jì)的方法及過(guò)程，并介紹了虛擬裝配的原理及主要過(guò)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(guò)程可以看出 Pro/E 具有強(qiáng)大的機(jī)械設(shè)計(jì)功能，可以提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量并縮短設(shè)計(jì)周期。 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]。 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。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 50 逆向工程的后處理。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： 44 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： 45 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： 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(duì)覆蓋件進(jìn)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(guān)鍵的一步，逆向工程的后處理技術(shù)。如圖 33 所示 圖 32 點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入圖 39 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) 40 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： 41 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 42 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 43 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。 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。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。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。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。 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。 利用掃描工具可完成下述任務(wù) ： 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。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)。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 37 型特征。現(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。 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(zhuān)門(mén)用于逆向工程建模的工具模塊。 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。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?？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。要注意邊界曲線的平滑度，是否有扭曲現(xiàn)象。 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)。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。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。 利用點(diǎn)數(shù)據(jù)貼合自由曲面 35 利用點(diǎn)數(shù)據(jù)貼合自由曲面使利用點(diǎn)群以類(lèi)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。要對(duì)基本幾何體做出快速的分析。 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。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?？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。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。 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) 34 構(gòu)建和利用曲線構(gòu)建。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)。 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。由于這樣的曲線是系統(tǒng)自動(dòng)建構(gòu)出來(lái)的，所以免不了要進(jìn)行后續(xù)的修編，經(jīng)修編的曲線能構(gòu)建出比較復(fù)合加工要求的曲面。 剖面曲線的建構(gòu) 33 所謂剖面曲線的建構(gòu)，其采用的方式和點(diǎn)數(shù)據(jù)處理中的剖面點(diǎn)數(shù)據(jù)一樣，可以將點(diǎn)數(shù)據(jù)的剖面點(diǎn)群繪制出曲線。 由于點(diǎn)數(shù)據(jù)在特征所處在疏密程度不一定都一樣，也不一定清楚，所以繪制曲線時(shí)是否能點(diǎn)選到正確的位置是無(wú)法預(yù)料的。在參數(shù)設(shè)定窗口調(diào)整曲線階數(shù)和控制點(diǎn)。在所選定的視角上繪制直線時(shí)，系統(tǒng)會(huì)將該直線投影在點(diǎn)數(shù)據(jù)上。 同一曲面的建構(gòu)曲線最好擁有相同的曲線參數(shù)。實(shí)際上曲線的建構(gòu)并不需要太多的點(diǎn)，應(yīng)斟酌調(diào)整參數(shù)。在曲線構(gòu)建出來(lái)以后，也可用曲線修編工具，對(duì)既有的曲線作平滑化或邊界連續(xù)性的修改 [3]。這是由于曲線的控制點(diǎn)過(guò)多造成的，根據(jù)點(diǎn)數(shù)據(jù)構(gòu)建的特性，精 32 度與平滑化是必須關(guān)注的地方。 曲線的構(gòu)建和分析 經(jīng)過(guò)處理過(guò)的點(diǎn)數(shù)據(jù)可以建立精確且平滑的曲線，曲線的構(gòu)建與分析對(duì)后續(xù)曲面的構(gòu)建是很重要的。 點(diǎn)群或剖面點(diǎn)數(shù)據(jù)的切割 在了解了特征分隔之后，接下來(lái)的工作是利用點(diǎn)群找出曲線建構(gòu)需要的點(diǎn)數(shù)據(jù)，模型的邊界可以用部分特征搜尋的結(jié)果，所要建構(gòu)曲面的 U, V 曲面可以用剖面的方式指定平面法向量與間隔，將所要的剖面點(diǎn)數(shù)據(jù)提取出來(lái)。 (2)利用光反射原理找出特征用打光的方式再不同角度，不同的距離打光，依照光打在模型上的顏色區(qū)分曲面區(qū) 域。而點(diǎn)群數(shù)據(jù)