【正文】 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。通常模型的建構(gòu)式由平滑曲面與平滑曲面相交，經(jīng)過延伸與修剪等編輯后，再與交接處導(dǎo)圓角或制作其他曲面，這樣的方式得到的曲面比較能達(dá)到加工要求。利用軟件的排序功能，將要用來建構(gòu)曲線和曲面的點(diǎn)數(shù)據(jù)作排序并使其平滑化 ； 如果點(diǎn)數(shù)據(jù)太多，也可利用刪減工具，將點(diǎn)數(shù)減少 ； 通常特征變化較大的地方需要較多的點(diǎn)數(shù)據(jù)來描述，而較平滑的地方則以較少的點(diǎn)數(shù)據(jù)來表達(dá) ； 使用分析工具了解自己做了某些工作后，可能產(chǎn)生的誤差有多少。 雜點(diǎn)數(shù)據(jù)的刪除 事實(shí)上，無論是以接觸式或非接觸式所獲取的點(diǎn)數(shù)據(jù)都會有不 需要的點(diǎn)數(shù)據(jù)存在，這時(shí)可將不需要的點(diǎn)用圈選工具將不要的點(diǎn)數(shù)據(jù)圈起來并刪除。 點(diǎn)數(shù)據(jù)處理 點(diǎn)數(shù)據(jù)處理大 致可分為 ： 點(diǎn)數(shù)據(jù)的坐標(biāo)定位，數(shù)據(jù)雜點(diǎn)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(diǎn)或剖切點(diǎn)數(shù)據(jù)。一般而言，曲面與曲面之間的邊界，即是斜率不連續(xù)之處。最后再將這些點(diǎn)數(shù)據(jù)，用曲線擬合出方程式，進(jìn)而求得相應(yīng)的參數(shù)曲線。再把鼠標(biāo)的 坐標(biāo)與點(diǎn)數(shù)據(jù)在平面上的坐標(biāo)兩者所產(chǎn)生的直線方程相比較，看彼此是否有相交。與點(diǎn)數(shù)據(jù)交集的過程中，必須利用到坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的觀念。曲線構(gòu)建的方式有很多種，下面介紹切割曲線和邊界曲線的基本原理。因此為曲線外形構(gòu)建的好壞，會影響后繼曲面模型的重構(gòu)。為了得到最好的曲面模型，必須結(jié)合曲面修編功能，才 能改善逆向工程模型重建的質(zhì)量。然而在測量方法上的改進(jìn)是有限的。 另一方面，在曲面模型構(gòu)建的過程中，其相關(guān)的構(gòu)建方式與修編功能，也是建立良好模型的基礎(chǔ)。而構(gòu)建良好的整體模型取決于曲線，曲面整合發(fā)展環(huán)境的優(yōu) 劣。因此，使用插值法最好先將數(shù)據(jù)平滑化以除去噪聲。其缺點(diǎn)是當(dāng)數(shù)據(jù)量大時(shí)，則曲線控制地點(diǎn)也相當(dāng)?shù)卦黾?。插值法插值法是在兩個(gè)相鄰測量點(diǎn)數(shù)據(jù)中插值，得到通過這些點(diǎn)的曲線。近似的方式采用近似的方式來擬合曲線，首先必須指定一個(gè)允許誤差值，并設(shè)定控制點(diǎn)求出一個(gè)曲線后，將測量點(diǎn)投影到這個(gè)曲線來，求出點(diǎn)到曲線的誤差量，若作大的誤差量大于允許誤差，則要增加控制點(diǎn)的數(shù)目，再重新一最小二乘法來求出曲線，直至測量的點(diǎn)投影到曲線后的所有誤差值小于允許值。隨著 CAD/CAM 技術(shù)發(fā)展，各種自由曲面和曲線的理論應(yīng)運(yùn)而生，如 Bezier， BSpline，NURBS 等。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。 曲線與曲面的連續(xù)性 曲面的連續(xù)性大致可分為位置連續(xù)、切線連續(xù)和曲率連續(xù)。 (3)必須要達(dá)到的曲面質(zhì)量 ： 平滑程度與連續(xù)性以已往的逆向工程的經(jīng)驗(yàn)來講，高精度和高質(zhì)量的曲面一直是追求的兩大目標(biāo)，大多數(shù)情況下，兩者是相互沖突的，如果要一個(gè)曲面與點(diǎn)數(shù) 27 據(jù)完全吻合，那么該曲面必然有很多波動。 (2)必須 要達(dá)到的精度要求及其可能性可能產(chǎn)生的誤差包括測量時(shí)造成的誤差和曲面建構(gòu)時(shí)點(diǎn)數(shù)據(jù)與曲面間的誤差。在逆向工程計(jì)劃的執(zhí)行上，應(yīng)該對所建模型有一個(gè)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(lǐng)域的應(yīng)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。首先論敘了掃描的步驟，然后在此基礎(chǔ)上選用了 ATOS I 掃描儀掃描儀零件。當(dāng)大于 30 度后采集到的數(shù)據(jù)雖可在后續(xù)軟件中得到適當(dāng)裁減，但會影響掃描數(shù)據(jù)的精確程度。 對于透明體和反光很強(qiáng)的物體必須經(jīng)過表面噴涂處理后，同樣可以進(jìn)行掃描。因此該掃描儀不適合測量軸和孔的配合零件。這個(gè)過程極其方便，這時(shí)，點(diǎn)云上 25 任何一個(gè)點(diǎn)的三坐標(biāo)尺寸都可變換成使 用者所需的新坐標(biāo)系。 圖 22 ATOS I 掃描儀總裝配圖 掃描定位 由于掃描從一開始就沒有定位某一個(gè)坐標(biāo)原點(diǎn)和坐標(biāo)方向，所以掃描的結(jié)果是以掃描儀中心為原點(diǎn)的空間自由坐標(biāo)系，這時(shí)的任何一點(diǎn)的三坐標(biāo)值都是相對的、過度的。點(diǎn)云拼接功能使得我們可以通過旋轉(zhuǎn)被測物體或移動儀器的位置來實(shí)現(xiàn)對工件的全面數(shù)據(jù)采集。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(jìn)行測量，一些薄板覆蓋件。儀器接通電源后，通過一根 USB 電纜和計(jì)算機(jī)相連即可進(jìn)行工作。這里選用 ATOS I。 零件掃描過程 ATOS 掃描儀類型選用 ATOS 掃描儀有 4 種型號 ： ATOS STD 型、 ATOS II 型、 ATOS III型、 ATOS1 四種。 非接觸式測量一般是基于三角法測量原理，可分為點(diǎn)接觸式、線 接觸式、面接觸式三種。 表 21 非接觸式與接觸式測量的比較表 21 測量方式 非接觸式 接觸式 測量精度 傳感器 測量速度 前置作業(yè) 工件材料 測量死角 誤差 10 100 P71 光電接收器件 100012021 點(diǎn) /秒 需噴漆，無基準(zhǔn)點(diǎn) 無限定 光學(xué)陰影處及光學(xué)焦距變化處 隨曲面變化大 1 um 開關(guān)器件 人工控制 設(shè)定坐標(biāo)系統(tǒng)，校正基準(zhǔn)面 硬質(zhì)材料 工件內(nèi)部不易測量 部分失真 優(yōu)勢 ，曲面獲取容易 ； ； 、易碎、不可接觸 薄件、皮毛、變形細(xì)小等工作 ； ，不會傷害精密表面 ； 特定幾何 缺點(diǎn) ，無法判別特定的 幾何形狀 ； ，激光無法照到 的地方不易測量 ； 直， 則測量的誤差較大 ； ，速度慢 ； ； 度 ； 面磨損，影響光滑度 ； ，不易補(bǔ)償半徑 , 精度難以保證； ，形狀會影 響測量值 22 總上所述可知非接觸式測量用于表面不規(guī)則的曲面測測量，而接觸式用于規(guī)則的幾何體的測量。因此，逆向工程的第一任務(wù)就是如何獲得工程技術(shù)人員所要的點(diǎn)數(shù)據(jù)，以用于后繼的模型建構(gòu)。 第二章 逆向工程中的測量技術(shù) 在產(chǎn)品開發(fā)中，以逆向方式處理的產(chǎn)品往往具有尺寸不易掌握的特性，這包括外觀的造型以結(jié)構(gòu)上的各種機(jī)構(gòu)的位置。 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(jìn)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。 應(yīng)用 CATIA 軟件從事設(shè)計(jì)的技術(shù)人員前景： 由于 CATIA 軟件的強(qiáng)大 功 能，其已為越來越多的行業(yè)帶來巨大利潤，因此從事設(shè)計(jì)的人員薪水也極為可觀（目前特別是外企或私企的汽車行業(yè)），對個(gè)人而言，其發(fā)展前景遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過軟件業(yè)（眾所周知，除極少數(shù)人外，大多從事軟件業(yè)者很難逃脫其年齡 19 瓶頸），是絕對金領(lǐng)。 （ 5） CATIA 的可伸縮性和并行工程的能力可顯著縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。 （ 4） CATIA 在造型風(fēng)格、設(shè)計(jì)等方面具有獨(dú)特長處，為各種產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造提供了端對端（ endtoend)的解決方案。近年來，應(yīng)用于 CATIA 解決方案在商業(yè)應(yīng)用方面碩果累累，豐富的應(yīng)用軟件支持整個(gè)產(chǎn)品周期，從構(gòu)想、設(shè)計(jì)直到制造維護(hù)。 CATIA 涵蓋的范圍是一個(gè)跨行業(yè)的解決方案，包括汽車、航空航天、消費(fèi)品、制造與裝配、工廠設(shè)計(jì)、火車及重型機(jī)械等，比其它任何 CAD/CAM 的產(chǎn)品都廣泛，它提供了一套全面的解決方案，可以建設(shè)一個(gè)完善而無縫的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境； （ 1） CATIA 的解決方案是一個(gè)可信賴的、經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)的、 18 先進(jìn)的解決方案，具有象 IBM 等這樣幾十家工業(yè)巨頭將 CATIA作為核心設(shè)計(jì)和制造系統(tǒng)，更重要的是 CATIA 可以根據(jù)不同規(guī)模、不同應(yīng)用的企業(yè)定制完全適合本企業(yè)的 最佳解決方案； （ 2） CATIA 特有的并行工程能力，可使所有的設(shè)計(jì)者、制造廠及供應(yīng)商等都能共享相同的數(shù)據(jù)庫，大幅度降低生產(chǎn)改變時(shí)及修改零部件所需的費(fèi)用。 CATIA 是 CAD/CAM 業(yè)界的領(lǐng)導(dǎo)者，其作為全球 CAD/CAM市場的領(lǐng)袖，有 20 年以上豐富的經(jīng)驗(yàn)，擁有大大小小 9000 多家客戶， IBM 的 CATIA 解決方案極大的提高了企業(yè)的競爭能力。通過其豐富的產(chǎn)品線提供一個(gè)集成的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。與 UG、EUCLID、 PRO/E 等相比，該軟件在曲面造型方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢，應(yīng)該說是任何一個(gè) CAD 三維軟件所不能比的，因而廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、船舶等行業(yè)的復(fù)雜曲面造型設(shè)計(jì)中（據(jù)信現(xiàn)在國內(nèi)幾乎所有的飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院所都用 CATIA）。 CATIA 軟件介 紹 CATIA 簡介 CATIA 應(yīng)該說是最高檔的 CAD/CAM 軟件，由法國 Dassault公司開發(fā)，后 Dassault 被美國的 IBM 公司收購。設(shè)計(jì)加工制造程序所產(chǎn)生的 CL DATA ，可經(jīng)由PRO/NCPOST 進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，得到適用于實(shí)際加工所需要的機(jī)械控制碼 (NCCODE)。所得到的 CL DATA 可以利用PRO/NCCHECK 在計(jì)算機(jī)中模擬所設(shè)計(jì)的加工程序切削材料時(shí)的狀況，由此觀察廢料的產(chǎn)生及避免加工失敗。利用輸出的加工控制數(shù)據(jù)可進(jìn)行實(shí)際加工，制造出所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品及零件模型。 使用戶可以利用 PRO/NC 將產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)幾何模型與計(jì)算機(jī)輔助制造 16 進(jìn)行整合，配合 NC 加工制造技術(shù)上所需要的各項(xiàng)加工參數(shù) ： 加工所需要 的模型、加工坯料、夾具、加工刀具、加工機(jī)床及各種加工參數(shù)等等，來設(shè)計(jì)產(chǎn)品的各種加工工藝。讓用戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)流程連貫化，因此更具有競爭力。在眾多強(qiáng)勁對手中，需要更進(jìn)一步提高加工技術(shù)的水平，才能在同行業(yè)競爭中脫穎而出。作為世界一流的三維 CAD/CAM 軟件， Pro/ENGINEER 不僅提供了復(fù)雜的功能而且還為用戶提供了開發(fā)接口，同時(shí) Pro/ENGINEER 還自帶一個(gè)PROGRAM 模塊。 裝配管理 Pro/ENGINEER 的基本結(jié)構(gòu)能夠使設(shè)計(jì)者使用一些直觀的命令，例如“嚙合”、 “插入”、“對齊”等很容易的把零件裝配起來，同時(shí)保持設(shè)計(jì)意圖。這一優(yōu)點(diǎn)，使得設(shè)計(jì)更優(yōu)化，產(chǎn)品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場。換言之，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的任何一處發(fā)生改動，亦可以前后反應(yīng)在整個(gè)設(shè) 計(jì)過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。 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(gè)數(shù)據(jù)庫上。為了實(shí)現(xiàn)這種效率，必須允許多個(gè)學(xué)科的工程師對同一產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)。 Pro/ENGINEER 提供了獨(dú)特的 Pro/GRAMME，讓設(shè)計(jì)者可以通過簡單的編程，來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)模型尺寸修改的程序化，從而實(shí)現(xiàn)程序化修改產(chǎn)品的幾何形狀，并可以利用此功能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的系列化，建立產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)零件等。幾何造型必須以完整的尺寸參數(shù)為出發(fā)點(diǎn) (全約束 )，不能漏標(biāo)尺寸 (欠約束 )， 14 也不能多標(biāo)尺寸 (過約束 )。通過給這些特征設(shè)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(jìn)行多次設(shè)計(jì)疊代，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。例如 ： 設(shè)計(jì)特征有弧、圓角、倒角等等，它們對工程人員來說是很熟悉的，因而易于使用，并以這些簡單特征為基礎(chǔ)來進(jìn)行更為復(fù)雜的幾何形體的構(gòu)造。 設(shè)計(jì)及模具設(shè)計(jì)等功能于一體，特別是其全參數(shù)化和全相關(guān)功能強(qiáng)大的實(shí)體造型技術(shù)，精悍、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫和能支持所有UN 工 X 平臺 Windows， Windows/NT 平臺，使它成為快速成形技術(shù)行業(yè)中市場占有率最高的 CAD 軟件的核心技術(shù)特點(diǎn) ： 基于特征 Pro/ENGINEER 使用用戶 熟悉的特征作為產(chǎn)品幾何模型的構(gòu)造要素。 13 通過這種方式，消除了積累誤差，提高大型工件的掃描精度?？筛鶕?jù)工件尺寸選擇不同直徑的參考點(diǎn)（ 1mm～ 8mm） ， 對于被參考點(diǎn)覆蓋而在工件表面留下的空洞，軟件可根據(jù)周圍點(diǎn)云的曲率變化進(jìn)行插補(bǔ)。設(shè)備操作簡單，經(jīng)過兩天的培訓(xùn)即可熟練的操作，軟件提供完善的在線幫助和批處理功能，可適用于生產(chǎn)線檢測。 （ 5）具有自我監(jiān)測功能 采用雙 CCD 測量方式 ， 可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自我監(jiān)測 ， 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)測量精度的實(shí)時(shí)監(jiān)測 ， 同時(shí)可以監(jiān)測掃描過程中由于振動和環(huán)境光線變化對測量精度的影響，保證掃描精度。 （ 3）測量效率高 單幅掃描時(shí)間只需 1 或 8 秒， 6 小時(shí)即可完成 1:1 整車的外表面掃描。測量的綜合精度 。 ATOS 掃描儀的技術(shù)優(yōu)勢 ： （ 1）高質(zhì)量的掃描點(diǎn)云 ATOS 采用高分辨率 CCD 數(shù)碼相機(jī)采集數(shù)據(jù)，可在短時(shí)間內(nèi)獲得任何復(fù)雜表面的密集點(diǎn)云（點(diǎn)距 ～ ），并可根據(jù)表面的曲率變化生成完美的網(wǎng)格面，便于后期的曲面重建和直接加工。 ATOS 每次所得到數(shù)據(jù)是一幅類似照片狀的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)， 11 對于掃描一個(gè)整體零件來講， ATOS 系統(tǒng)利用首創(chuàng)的參考點(diǎn)技術(shù)將