【正文】 176。（3）測試前打開掃描頭燈泡對掃描頭進行預熱5分鐘左右，點擊軟件上掃描鍵，可以看到光源鹵素燈產生一列編碼光柵從實體上掃過，通過攝像頭攝制，在軟件界面生成一張實體平面圖形。（4）使用軟件點云處理軟件圖形后導出點云圖為stl格式。 本章小結本章主要介紹了逆向工程中的數(shù)據(jù)測量技術，并對在本次設計中使用的ATOS三維掃描儀進行了重點介紹。并通過具體實例方向盤點云數(shù)據(jù)的測量詳細的介紹了該系統(tǒng)的操作和生成數(shù)據(jù)的過程。產生噪聲的因素很多，歸納一下，主要分為兩大類：一類是被測對象表面因素產生的誤差，譬如表面粗糙度、波紋等缺陷；另一類是由測量系統(tǒng)本身引起的誤差，譬如測量設備的精度、CCD攝像機的分辨率、振動等等。為了精確表達由激光掃描點云重構所得到的物體幾何外形信息，需要對激光掃描點云進行預處理，以便得到能實現(xiàn)在規(guī)定的行位誤差范圍之內“視覺滿意的點云數(shù)據(jù)。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。所謂數(shù)據(jù)比“平滑”，直觀上就是新數(shù)據(jù)的“波動”不超過原數(shù)據(jù)的“波動”，這種“波動”可用各階差分來度量。點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個點取平均值來取代原始點，以實現(xiàn)濾波。假設相鄰的3點分別為、和，則通過中值濾波法得到新點，其中虛線所連的點代表激光掃描測得的點，直線所連的點代表平滑后的點。假設相鄰的3點分別為、和，通過平均值濾波法平滑得到的新點，其中虛線所連的點代表激光掃描測得的點，直線所連的點代表平滑化后的點。高斯濾波法在指定域內的權重為高斯分布，其平均效果較小，故在濾波的同時能較好地保持原數(shù)據(jù)的形貌，因而常被使用。因此，在保證一定精度的前提下，盡量減少數(shù)據(jù)量。數(shù)據(jù)精簡操作只是簡單地對原始點云中的點進行了刪減，不產生新點。網(wǎng)格通常垂直于掃描方向(z向)構建。具體步驟為，先在垂直于掃描方向建立一個包含尺寸大小相同的網(wǎng)格平面，將所有點投影到網(wǎng)格平面上，每個網(wǎng)格與對應的數(shù)據(jù)點相匹配。當被處理的掃描平面垂直于測量方向時，這種方法顯示出良好的操作性。均勻網(wǎng)格方法特別適合于簡單零件表面瑕點的快速去除。噪音點會造成后續(xù)處理中曲面造型的失真；且過多的數(shù)據(jù)點會導致計算機運行、存儲和操作的低效率，生成曲線曲面模型需要消耗更多的時間，過于密集的點云還會影響曲線曲面的光順性。【18】如果在同一截面的數(shù)據(jù)中，存在一個或幾個點與其相鄰的點偏距較大，我們可以認為這樣的點是誤差點，判斷誤差點的方法有：（1）直觀檢查法 對于一些明顯的異常點和散亂點，可通過肉眼判別，直接刪除。（2）曲線檢查法 曲線檢查法是利用最小二乘法，通過截面數(shù)據(jù)的首末點擬合曲線，檢查中間各數(shù)據(jù)點到曲線的距離是否超過允許值，來判定其是否為誤差點。這種方法適合于測量點均布且點較密集的場合，特別是在曲率變化較大的位置，如圖33所示。在逆向工程的實際過程中，對實物進行數(shù)字化時，往往不能在同一坐標系下將產品的集合數(shù)據(jù)一次測出。在實際操作中，為完成對整個實物模型的測量，通常把物體表面分成多個局部相互重疊的子區(qū)域，從多個角度獲取零件不同方位的表面信息。由于在測量不同的區(qū)域時，都是在測量位置對應的局部坐標系下進行的；多次測量所對應的局部坐標系是不一致的，必須把各次測量對應的局部坐標系統(tǒng)一到同一坐標系，并消除兩次測量間的重疊部分，以得到被測物體表面的完整數(shù)據(jù)，此處理過程即為多視數(shù)據(jù)的對齊。利用專用的測量裝置實現(xiàn)數(shù)據(jù)對齊的方法，要求設計一個自動工件移動轉換平臺，用來直接記錄工件在測量過程中的移動量和轉動角度。理想情況下，如果單個點云具有明顯的幾何特征，利用這些特征局部地構造幾何形體，再進行拼合，其速度和準確性都很理想；但實際情形是，同一個特征在不同的視圖中通常被分割成許多特征，甚至在某個視圖中消失。實際應用中，一般采用先拼合點云，再重構原型的方法。首先分析了逆向工程中進行數(shù)據(jù)預處理的必要性，然后對點云預處理的各種方法和原理進行了重點闡述。第四章 三維模型重構CAD模型重建，即逆向造型，是根據(jù)三維掃描儀等得到的實物數(shù)據(jù)點云模型重新構造生成實體模型的建模技術。因為只有在獲得了產品的CAD模型的基礎上我們才能夠進行后續(xù)產品的加工制造、快速成型制造、虛擬仿真制造和進行產品的再設計等?！?9】根據(jù)實物外形的數(shù)字化信息，通?？梢詫⑺鶞y得的數(shù)據(jù)點分成兩類：有序點云和無序點云(散亂點云)。目前使用的模型重構方法主要有曲線擬合造型和曲面擬合造型。曲線是構成曲面的基礎，在逆向工程中常用的模型重建方法為，首先將數(shù)據(jù)點通過插值或逼近擬合成樣條曲線，然后采用造型軟件完成曲面片的重構造型。（2）曲面片擬合造型：該方法直接對測量數(shù)據(jù)點進行曲面片擬合，獲得曲面片經過過渡、混合、連接形成最終的曲面模型。算法有：基于有序點的B樣條曲面插值；B樣條曲面插值；對任意測量點的B樣條曲面逼近。Imageware是著名的逆向工程軟件，廣泛應用于汽車、航空航天、家電、模具零部件設計等領域?！?1】在ATOS系統(tǒng)軟件中點云測量結束侯即由系統(tǒng)軟件自行對點云進行減少噪聲、光滑和平順點云、修補以及壓縮數(shù)據(jù)和三角形網(wǎng)絡化。我們仍然發(fā)現(xiàn)在方向盤點云的中間區(qū)域仍有少量噪聲點，并且點云系統(tǒng)中坐標系明顯沒有與軟件系統(tǒng)中世界坐標系對齊，為了后續(xù)更方便模型的重構，還有必要對模型進行進行噪聲點的手工去除、點云的校正和對齊以及合理的數(shù)據(jù)分割等操作。將點云旋轉到合適的位置，點擊圈選點命令，：2，點云對齊操作首先使用交互式點云截面命令在點云底部處截取點云構建圓形以使其擬合。在坐標原點位置創(chuàng)建新的標準圓。定位的結果如圖所示。此時通過觀察對象信息可以發(fā)現(xiàn)，點云大體已經處理好了，在各個方向上的尺寸也可以顯示其關于坐標軸對稱。再次調用方向盤點云的對象信息。通過以上操作，已經達到我們對齊點云的目的。在這里我們將方向盤的點云分成以下幾個部分進行，方向盤手柄部分（簡稱手柄），方向盤安全氣囊頂蓋部分（簡稱頂蓋），安全氣囊殼體（簡稱殼體），方向盤安全氣囊底蓋（簡稱底蓋）。通過在每一層中生成不同部分的模型，最后再對生成的幾個小部分模型相互擬合。進行數(shù)據(jù)分割之前，首先在圖層管理器中創(chuàng)建幾個新的圖層，分別命名為手柄、頂蓋、殼體和底蓋。：至此點云數(shù)據(jù)的處理過程已全部結束，通過點云的處理得到的我們所需要的點云數(shù)據(jù)，它具有平滑，三角形網(wǎng)格化，關于坐標軸對稱，并且以坐標原點為中心點，不同曲面類型已按層分類等優(yōu)點，可以用來進行三維模型的逆向設計?？臻g曲線處理具體過程如下：。，生成一條與原點云相擬合的曲線。使用曲線間距離命令查看擬合曲線的結果。這是因為曲率梳的變化表現(xiàn)了空間曲線的質量，手動移動空間數(shù)據(jù)點，以使得曲率變化呈現(xiàn)出規(guī)律，這直接決定著隨后構建光滑的曲面的成功與否，曲率梳的調節(jié)應以曲線無限逼近點云數(shù)據(jù)為原則，由空間點云數(shù)據(jù)作為參照，創(chuàng)建空間曲線，調節(jié)曲率梳，使得空間曲線足夠光滑，空間曲線的調節(jié)需要手動進行，因此對于設計人員來講，需要足夠的耐心與調節(jié)曲率梳的經驗，曲線的光滑與否直接影響著它所構成的曲面的質量及光順情形，因此，空間曲線質量也同樣要求甚高。在調節(jié)曲率梳過程中，要使得曲率梳連續(xù)變化，避免突變情形，這樣空間曲線才會光滑，構成的曲面才有可能達到更高的質量。創(chuàng)建曲面的流程如圖所示。根據(jù)上一步已有的樣條曲線。通過放樣曲線，設置擬合曲面的階數(shù)為4階，使用點位置的起點終點連續(xù)性控制方法。 生成曲面渲染圖由于整個汽車方向盤逆向模型重構的過程過于繁瑣龐雜，且有大量重復內容。使用以上對曲線曲面操作的方法在整個汽車方向盤范圍內進行曲線和曲面的逆向造型。 本章介紹了使用逆向工程軟件對點云數(shù)據(jù)進行處理以擬合曲線及曲面而生成三維實體模型的全過程，通過對汽車方向盤的操作，詳細地介紹了模型重構的操作過程。這一部分是逆向工程技術的核心。Moldwizard（注塑模向導）是針對注塑模具設計的一個專業(yè)解決方案。Moldwizard中配備有常用的模架庫和標準件庫可以在模具設計中選用，而標準件的調用也相對簡單，只要設置好相關標準件的關鍵參數(shù)，軟件可以自動的將標準件加載到模具裝配中，大大提高了模具設計速度和標準話化程度。使用軟件加載在上個階段中通過逆向模型重構的汽車方向盤的產品模型，并設置相關的項目單位，文件路徑。最后再對模具的尺寸進行設置，因為方向盤各個方向的尺寸為。2，分型階段通過認證模型的可制模性，主要創(chuàng)建產品模型的分型面。3加載標準件在標準模架庫中選擇hascoe模架。如下圖所示：4，設計澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)。完成模具設計后，生成模具材料的零件清單。 用模架管理工具生成模架模具設計結束后，要對零件進行數(shù)控加工。在對零件進行編程之前，首先要對其進行工藝分析，工藝分析是數(shù)控加工編程的前期工藝準備工作。首先熟悉零件在產品中的作用、位置、裝配關系和工作條件，充分考慮編程的可能性與方便性，然后對圖樣進行分析。零件的結構工藝性分析是指所設計的零件在滿足使用要求的前提下制造的可行性和經濟性?！?4】具體的數(shù)控編程部分是通過UG軟件的CAM模塊實現(xiàn)的。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床仿真功能，支持豐富多樣的加工方法。本設計中主要使用使用美國haas數(shù)控加工中心對模具的主要零件進行加工。加工中心是在數(shù)控銑床的基礎上發(fā)展起來的，他是通過程序控制多軸聯(lián)動走刀進行加工的數(shù)控機床。加工中心的結構可分為兩部分：主機部分和控制部分?？刂葡到y(tǒng)包括硬件部分和軟件部分。軟件部分包括：系統(tǒng)程序和控制程序。檢查儲液池的切削油是否到規(guī)定位置。打開機器背后電源開關。待機器找到操作系統(tǒng)后，按復位鍵RESET三次清除報警。按POWER UP RESTORE按鈕使機器三軸歸零，并調用第一把刀具。使用25%的速度運行熱機程序。3，使用usb數(shù)據(jù)存儲器將nc代碼傳入數(shù)控加工中心。再裝夾刀具并進行對刀。對零件進行加工。用手輪把工作臺搖到機床中心，把所有刀具調回刀庫。按POWER OFF按鈕關閉機器。通過以上對數(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。再使用UGNX的CAM功能，對零件的數(shù)控加工編程，然后再哈斯五軸聯(lián)動數(shù)控機床上使用其加工出了方向盤模具的部分零件。本論文完成了以下主要內容：1，對逆向工程概念進行了學習。并分析了國內外逆向工程系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀以及我們與其他發(fā)達國家在逆向工程技術應用上的差距。我們研究了ATOS測量系統(tǒng)設計的主要原理：光學三角原理，光柵條紋相移和自動拼合技術，并在此基礎上，學習了ATOS系統(tǒng)的使用方法，掌握了使用該系統(tǒng)掃描的方法。在對點云預處理的基礎上完成了三維模型的重建。并且通過軟件中的數(shù)控加工模塊對模具的數(shù)控加工進行了仿真。5，分析了國內數(shù)控技術發(fā)展現(xiàn)狀，以及與國外數(shù)控技術的差距。對模具中的一些簡單零件做了加工。雖然我國的逆向工程技術起步較晚，但是必將發(fā)生跨越式的發(fā)展。由于時間限制以及在一些問題上需要不斷嘗試與學習，獲得設計經驗。這是逆向工程應用與創(chuàng)新設計的主要方法。如果能夠通過CAD模型使用快速成型技術，重新制造一個模型，校驗覆蓋件的干涉情況，強度，及外觀等因素，以保證模型設計無任何差錯，方可進入模具設計階段，否則會給模具設計帶來不可預計的損失。如果通過掃描得到的數(shù)據(jù)能夠直接應用在CAE/CAM系統(tǒng)中，而省去繁瑣的逆向造型過程必將是逆向工程技術的巨大進步?？傊谀嫦蚬こ碳夹g產品造型設計技術難點通過本次設計實踐已經基本突破，同時也總結出了從三維數(shù)據(jù)掃描到產品生產的具體過程。參考文獻[1] 金濤，童水光．逆向工程技術[M】．北京：機械工業(yè)出版社，2003[2] 、[3] Varady T，Martin RR，Cox J．Reverse engineering of geometric modelS—anintroduction．Computer—Aided Design 1997：29(4)：255—68[4] 郭穎,[5] [6] 鄔晴暉．國內外車身設計技術的差距．汽車技術，1999．8 [7] .[8] [9] R．Tuttle．G．Little，etc．Feature recognition for NC part programming．ELSEVIER，ComputerinIndustry．1998。無論是論文的選題，研究方案還是撰寫過程，都傾注了老師大量的心血。唐老師淵博的專業(yè)知識給了我莫大的感召和動力，是他把我引入了科學研究的殿堂。 同時也要感謝師兄跟師兄，在他們的悉心指導下，我對該課題從最初的不了解到慢慢的熟知并掌握。 最后感謝在百忙之中抽出寶貴時間來批閱我的論文的各位老師