畢業(yè)設(shè)計（論文）汽車覆蓋件逆向工程（由點云創(chuàng)建曲面）設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計說明書汽車覆蓋件逆向工程（由點云創(chuàng)建曲面）指導(dǎo)老師： 學(xué)生: 課題點云資料如下： 摘要:逆向工程（reverse engineering）顧名思義就是先有實體再依序制作出相同的模型，并結(jié)合三次元量測系統(tǒng)、雷射掃描系統(tǒng)、影象擷取系統(tǒng)等,測出3d數(shù)據(jù)資料再以cad/cam軟件或?qū)I(yè)逆向軟件進行點資料數(shù)據(jù)處理.經(jīng)過分門別類與族群區(qū)隔,及點線面與實體誤差對比后,以最貼切的幾何形狀重新構(gòu)建曲面模型,進而產(chǎn)生cad資料,再以快速原型機制作原型(prototype)或是由數(shù)控工具機做生產(chǎn)加工的一種工程程序.定位為逆向工程專用軟件的surfacer,相對于cad軟件有許多截然不同的地方.目的是以nur

2、bs(nurbs是non-uniform rational b-spline 的縮寫)軟件架構(gòu),描述出許多cad仍無法依照參數(shù)、變數(shù)描述出來的自由曲面.例如:汽車的覆蓋件、車燈的反射鏡及外觀造型等自由曲面.另外可以結(jié)合ug(unigraphics)軟件完成由點云創(chuàng)建曲面.本次畢業(yè)設(shè)計是應(yīng)用逆向工程軟件將點云數(shù)據(jù)進行分析，然后導(dǎo)入相應(yīng)的軟件進行生成線條的操作，然后通過得到的曲線構(gòu)建曲面?；镜乃悸肪褪峭ㄟ^surfacer軟件進行點處理，然后將處理好的點導(dǎo)入ug軟件進行生成曲線的操作，在ug軟件中對曲線進行處理以得到符合設(shè)計要求的線條，然后依據(jù)得到的曲線構(gòu)建曲面，最后構(gòu)建成功的曲面在ug軟件中進行

3、一系列操作從而得到理想的符合設(shè)計要求的曲面。the graduation design reverse engineering is the application software will point cloud data analysis, then the software into production lines for the operation, and then the curve surface. reverse engineering is the first definition entities then followed up with the same model

4、 and 3d measurement system laser scanning system, image capture system, 3 d measured data to another cad / cam software or professional software for the counting of reverse data processing. after hours, the door classes and other ethnic segmentation and surface point line with the entity error contr

5、ast, in the most appropriate geometry re-build surface model, cad data thus generated, by the rapid prototype production prototype (prototype) or by the nc machine tool production and processing of a project procedures. the basic idea is that through surfacer software for the counting, then deal wit

6、h the points into ug software to generate the curve operation, ug software in the right curve to be handled with the design requirements of the lines. then based on the curve surface, construction of the final success of the surface of the ug software to conduct a series of operations to be so good

7、with the design requirements of the surface. 關(guān)鍵詞: 逆向工程 reverse engineering； 點 云 piont； 曲線 curve； u g 軟件 unigraphics ； 曲 面 surfacer 目 錄摘要 2前言 4 1.1 surfacer軟件的功能簡介41.2 ug軟件在逆向工程中的應(yīng)用5 1.3 課題研究的意義和方法 5課題設(shè)計的詳細過程 72.1 課題的點云數(shù)據(jù)72.2 大面的構(gòu)建8 2.3 下部一系列曲面的創(chuàng)建11 2.4 右下面小曲面的構(gòu)建18 2.5 左下一系列曲面的構(gòu)建 19 2.6 上部及頂部曲面的構(gòu)建 26

8、 2.7 邊界曲線的生成 28 2.8 邊界曲線裁剪曲面 29結(jié)論 30謝辭 31參考文獻 311. 前言：由于現(xiàn)代社會科技進步之故,各種產(chǎn)業(yè)都面臨著莫大的挑戰(zhàn),譬如說汽車行業(yè),更是應(yīng)該調(diào)整步伐以適應(yīng)時代的潮流.對于像汽車覆蓋件、車燈的反射鏡等自由曲面造型,其苛刻的設(shè)計條件困擾眾多的使用電腦繪圖軟件的設(shè)計者,主要的原因包括曲面造型太過復(fù)雜、表面光整度要求嚴格、制件精度要求高等方面.因此很多造型設(shè)計師使用手繪圖或者手工捏塑來設(shè)計原型,但無法回歸電腦資料來保存,且后續(xù)模具制作過程亦變得更加困難.因此在這種背景下,逆向工程的出現(xiàn)變得呼之欲出、順理成章,為眾多的造型設(shè)計者開辟了一條捷徑,使曲面造型有一

9、個質(zhì)的飛躍.另外我所從事的工作部門是深圳比亞迪公司的汽車研究所，針對我的工作性質(zhì)是從事汽車覆蓋件造型研發(fā)，因此我選擇了這樣一個畢業(yè)設(shè)計的課題（逆向工程汽車覆蓋件的曲面造型由點云構(gòu)建曲面），這對于我來說是個全新的挑戰(zhàn)，三年大學(xué)從未接觸過逆向工程及相應(yīng)的軟件，而在這短短的一個多月的時間里要完成這么復(fù)雜的課題，對我而言的確是一件艱巨的任務(wù)，幸好在老師的引導(dǎo)及鼓勵下我確定的信念，經(jīng)歷了種種挫折終于完成了此次畢業(yè)設(shè)計的課題。1.1 surfacer軟件的功能簡介由于逆向工程自身性質(zhì)的限制,通常需要讀入大量的原始資料,如坐標(biāo)點資料等.但由于資料數(shù)據(jù)過于龐大,并非所有cad/cam軟件都可以讀入.因此逆向軟

10、件必須能處理大量的點資料,而surfacer便具有這種特性.另外因為通常逆向建構(gòu)的是外觀曲面,因此需要多種檢測曲面品質(zhì)的工具,以及快速、簡便的修改方式,而surfacer也具備這種特性.1.1.1 surfacer對量測資料的分析與編輯 采用獨一的oep(one entity processing)運算,當(dāng)讀取一筆數(shù)量龐大的點資料時,軟件將點群中所有的點視為一個圖素(entity),籍此可以讀取許多筆數(shù)量龐大的點群.因此surfacer讀取點群原始資料時沒有點數(shù)的限制. surfacer的點群編修工具能對量測點群資料做順滑、取樣、慮除、運算尖角特徽資料、計算三角網(wǎng)格及投影曲線到3d點群上等動作

11、,以增快使用者處理量測資料的速度. surfacer對點群的特徽擷取工具,讓使用者根據(jù)量測資料的曲率、剖面、顏色、邊界等,擷取其特徽位置,方便使用者建構(gòu)cad模型.1.1.2 surfacer對曲線的建構(gòu)與編輯 surfacer可視使用者的需求來建構(gòu)各種曲線,串連由量測設(shè)備所量出來的點群,并允許使用者根據(jù)公差與順滑程度來fit3d曲線.速度相較于cad/cam系統(tǒng),要串好每一條線的速度相對快的多. surfacer的曲線編輯工具根據(jù)使用者動態(tài)的調(diào)整直至曲線符合使用者的需求.或是開啟可動態(tài)檢視曲線曲率的plot功能來讓使用者易于判斷. surfacer的曲線檢視功能可讓使用者及時檢測曲線與量測點

12、資料的誤差數(shù)值,以及曲線與曲線之連續(xù)性,以控制曲線品質(zhì).1.1.3 surfacer對曲面的建構(gòu)與編輯分析 surfacer的曲面功能,指令的操作命令以及應(yīng)用原理,與曲線大致上有許多相同的地方,曲面的連續(xù)性、曲面平順等應(yīng)用,都延伸自曲線的基礎(chǔ). surfacer的曲面建構(gòu)工具,提供使用者兩種建構(gòu)的方式,一是快速的以曲面貼點群方式,來建構(gòu)cad曲面.另一個方法是建構(gòu)高品質(zhì)的自由曲面造型,更可依所需求建構(gòu)class a曲面(曲面連續(xù)性佳的曲面). surfacer的曲面編輯工具,提供使用者動態(tài)的調(diào)整曲面方法,一邊調(diào)整曲面,一邊比對曲面與點群的誤差,直到符合使用者的需求,并透過及時的曲面檢測工具,讓

13、使用者快速、準(zhǔn)確、方便的建構(gòu)高品質(zhì)曲面.1.2 ug軟件在逆向工程中的應(yīng)用在檔案讀取方面, surfacer所能處理的檔案格式繁多,例如可以通過iges格式與ug(unigraphics)軟件進行檔案轉(zhuǎn)換。本次設(shè)計有很多步驟都需要在ug(unigraphics)軟件里面完成.unigraphics(簡稱ug)是美國ugs公司的主導(dǎo)產(chǎn)品,是全球應(yīng)用最為普遍的計算機輔助設(shè)計、輔助制造和輔助工程一體化的軟件系統(tǒng)之一.ug軟件功能強大、界面友好、運行穩(wěn)定,覆蓋了從概念設(shè)計、功能工程、工程分析、加工制造到產(chǎn)品發(fā)布的整個過程,被廣泛的應(yīng)用于機械、汽車、航空航天、電器電子和化工等各個工業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)品設(shè)計和制造

14、分析中，通過其虛擬產(chǎn)品開發(fā)（vpd）的理念，提供多極化的、集成的、企業(yè)級的包括軟件產(chǎn)品與服務(wù)在內(nèi)的完整的macd解決方案。1.3 課題研究的意義和方法1.3.1 課題研究的意義傳統(tǒng)的模具設(shè)計尤其是對于像汽車覆蓋件之類的曲面造型是一個反復(fù)而困難的研制過程，曠日持久而又投資巨大。隨著工業(yè)化的日益發(fā)展，產(chǎn)品更新?lián)Q代周期越來越短，產(chǎn)品間的競爭越來越激烈，因此必須通過專門的三次元量測系統(tǒng)、雷射掃描系統(tǒng)或影象擷取系統(tǒng)等測出的3d點云數(shù)據(jù)資料,再以專業(yè)逆向軟件(如surfacer軟件)進行點資料數(shù)據(jù)處理,從而達到產(chǎn)品實體模型數(shù)據(jù)資料的目的.從而為設(shè)計與制造模具做鋪墊.具體的意義如下: 在產(chǎn)品設(shè)計保密的規(guī)定或

15、是商業(yè)策略的考量下,國外原廠、原設(shè)計者不提供原始的cad資料給國內(nèi)廠家. 設(shè)計者參考幾款成品設(shè)計概念,例如:參考甲成品的特徽,乙成品的外型.通過逆向工程整合開發(fā). 原設(shè)計者以油土、黏土模型、木模型等代替3dcad設(shè)計.需要以量測設(shè)備將外型資料量測后,建構(gòu)cad資料,以方便后續(xù)加工. 以成品翻制石膏模型來靠模加工,無原始3d的cad資料. 以實體模型、縮小模型進行實驗,例如:風(fēng)洞實驗,進行外型修正,完成實驗后由于沒有cad資料,而需要逆向工程方式制作.1.3.2 課題研究的方法和思路本課題中將采用surfacer軟件對三次元量測系統(tǒng)、雷射掃描系統(tǒng)或影象擷取系統(tǒng)等測出的點云數(shù)據(jù)資料進行分析處理,依

16、據(jù)理想中的實體模型去除多余的或跳動比較大的點數(shù)據(jù),從而得到理想的點云資料,然后結(jié)合ug(unigraphics)軟件將得到的點生成相應(yīng)的曲線,通過軟件中的曲線功能對曲線進行分析處理,最后將得到的符合設(shè)計要求的曲線導(dǎo)入ug(unigraphics)軟件,通過軟件中的面處理功能得到符合設(shè)計要求的曲面.導(dǎo)入igs文件到surfacer軟件中 處理跳動的點及多余的點分析點云數(shù)據(jù)構(gòu)思實體模型的形狀根據(jù)所需形狀由點云生成曲線導(dǎo)入igs文件到ug軟件中在ug軟件中由曲線生成曲面2 課題設(shè)計的詳細過程基本步驟為在surfacer軟件中分析處理點云,觀察整個課題的點云及形狀，將整個數(shù)據(jù)點云分成幾塊,以便于簡化點

17、云數(shù)據(jù),從而便于后續(xù)步驟的完成,然后將各個塊的點云生成曲線,或者直接在surfacer軟件中選取一塊點云,以iges格式導(dǎo)入ug(unigraphics)軟件生成曲線從而完成曲面的構(gòu)建與造型.2.1 課題的點云數(shù)據(jù)surfacer軟件的界面及課題的點云數(shù)據(jù)顯示如下：2.2 大面的創(chuàng)建逆向工程是一件很龐大、很繁瑣的由點云創(chuàng)建曲線從而構(gòu)建形狀復(fù)雜、表面光整度高的曲面工程，因此逆向工程所需的點云數(shù)據(jù)一般情狀都是相當(dāng)龐大的，因此在分析處理點云的時候可以將所有的點云按其規(guī)律分門別類，從而達到簡化制圖步驟的目的。就此畢業(yè)設(shè)計課題，我將其整個點云分成若干塊，譬如：形狀較為規(guī)律并且面積比較大的曲面（大面）、大

18、面下部的一系列的小面和一些細微部位的曲面等幾部分，并且能較為清楚的分析出每個面的性質(zhì)及相鄰面的相對關(guān)系等，從而比較容易控制課題設(shè)計的方法思路和具體的步驟。接下來首先做形狀比較規(guī)律的大面，用鼠標(biāo)左鍵單擊工具條中的“curve”選項,選擇“construct 3d”界面如下圖:單擊“interactive 3d b-spline”菜單,將彈出如下對話框：然后在“大面”上用左鍵選取各個規(guī)律的點,可以逐個點選取也可以隔幾個點選取，原則是能正確反映曲線的真實規(guī)律，選點的同時會在“interactive 3d b-spline”對話框中顯示點的坐標(biāo)，如果由于疏忽或是其它原因選錯了點，則可以點擊對話框中的“

19、delete”按鈕將選錯的點刪除掉，當(dāng)將所需的點選擇完成后檢查所選的沒有與大體趨勢相差甚大的點后，點擊“apply”按鈕則會生成3d曲線,然后單擊工具條中的“point”選項,選擇“curve sections”,再選擇“curve aligned”指令，則會彈出“curve aligned”對話框，在對話框中通過“sections”指令來確定在曲線上砍出的點云面的數(shù)量，通過“extent of cross-sections”指令來調(diào)整點云面的長度，則會砍出若干與3d曲線相關(guān)的點云,再單擊“display”選擇“show only selected” 菜單,會出現(xiàn)“show only sele

20、cted”對話框，選擇符合實際需求的點連成曲線,如下圖所示：基于上面得到的曲線和由曲線砍出的線，我想嘗試在surfacer軟件中,應(yīng)用“surfacer”中的“create w/curves”選項中的“l(fā)oft curves”指令來生成曲面， 但每次生成的曲面不是翹曲變形的就是首尾扭成一體的，完全偏離預(yù)期的目標(biāo)，這 是在本次設(shè)計中遇到的第一個坎，為了解決這個問題，我又重新看了一遍關(guān)于由 線構(gòu)建曲面的章節(jié)，我又嘗試應(yīng)用菜單“surfacer”中的“create w/curves”選項 中的“blend uv curves network”指令來生成曲面，但最后還是沒有達到理想的 效果，總之花了我

21、很長時間處理這個問題，剛開始做這份設(shè)計就被潑了一盆冷水，我也逐漸感覺到此次設(shè)計的困難和繁瑣。最后我請教了指導(dǎo)老師，確定了解決方案，在ug軟件中解決由曲線構(gòu)建曲面的這一環(huán)節(jié)。具體的步驟如下：將上圖的文件以iges格式保存,文件名為“da mian”.打開ug軟件,進入“建?！睜顟B(tài)，界面如下圖所示：然后選擇“文件”菜單中“輸入”選項,選擇“iges”,然后在彈出的對話框中單擊“選擇iges文件”,然后選擇“da mian”文件,則將iges格式的文件導(dǎo)入ug成功,接下來便是在ug軟件中進行由曲線構(gòu)建曲面的操作，具體的步驟如下：在ug軟件的“建?！睜顟B(tài)下（上圖界面），用鼠標(biāo)左鍵單擊“編輯”中的“曲線

22、”選項，然后選擇“弧長”指令，隨即界面中會彈出弧長對話框，然后在對話框中選擇“遞增的”然后在“長度”輸入框中輸入20，選擇所要延長的曲線的兩端就可以完成曲線的弧長的操作了，接下來便是由曲線構(gòu)建曲面的操作了，具體步驟如下：單擊“插入”按鈕，然后選擇“自由形式特征”，最后再選擇“掃掠”菜單,則會由三條控制線掃掠生成出曲面。由于在產(chǎn)生曲線的時候考慮到邊界處的點云的不穩(wěn)定或者不易區(qū)分點的所屬性，因此在由點云生成曲線的時候沒有控制到曲面的最邊界處，因此上述所生成的曲面需要在控制線的趨勢上擴大，以達到理想的要求。曲面擴大的具體步驟如下:在“編輯”選項中的“自由形式特征”中選擇“擴大”選項,在界面上出現(xiàn)的對

23、話框中根據(jù)ug軟件中的基本操作提示，逐步完成曲面所需擴大的方向上的擴大操作，最終實現(xiàn)曲面的擴大目的,從而達到了預(yù)期的目標(biāo),此時由曲線構(gòu)建的大面如下圖所示:到現(xiàn)在大面的造型基本完成,則需要保存文件,點擊“文件”選擇“另存為”,則完成大面文件的保存,以便以后的操作.在ug軟件中完成由曲線構(gòu)建曲面的過程較在surfacer軟件簡便一點，時間也有很大程度的縮減，原本在surfacer軟件中花很長時間沒有完成的任務(wù)而在ug軟件中較快的完成，這一點讓我深刻的感覺到兩個軟件結(jié)合起來使用的優(yōu)越性，為我在接下來的設(shè)計積累了經(jīng)驗。2.3 下部一系列曲面的創(chuàng)建在surfacer軟件中, 鼠標(biāo)左鍵單擊“curve”選

24、項,選擇“construct 3d”然后選擇“interactive 3d b-spline”菜單,在下面的較大的曲面上生成一條曲線,如下圖所示,然后單擊“point”,選擇菜單“curve sections”,再選擇“curve aligned”則會彈出“curve aligned”對話框，重要的一點在于設(shè)置“extent of cross-sections”指令來調(diào)整點云面的長度，原則上要求砍出的點云需要延伸到最下面的面上，以便于構(gòu)建最下面的曲面時所需，則會砍出若干與3d曲線相關(guān)的砍出若干與3d曲線相關(guān)的點云, 再單擊“display”選擇“show only selected”菜單,選擇

25、要顯示的內(nèi)容,則會出現(xiàn)如下圖所示的界面.將界面保存為:“curve_aligned”,以備后續(xù)使用.然后在界面中選擇最下面的點云,選擇“construct 3d”中的“l(fā)ine”選項,將點連結(jié)成線,則求得了最下面的曲面上的線組,此時畫面很小需放大視圖觀察, 將此時的文件保存為“curve_aligned1”.結(jié)果如下圖所示: 接下來將生成的“curve_aligned1”文件的線組導(dǎo)入ug軟件，旨在完成由曲線構(gòu)建曲面的任務(wù)。打開ug軟件,打開ug文件“da mian”保證每次導(dǎo)入的新文件都在同一個坐標(biāo)系下，以防到最后面與面之間不能配合。導(dǎo)入文件“curve_aligned1”，導(dǎo)入的方法和前面

26、的一樣。然后將先前構(gòu)建的大面隱藏掉以便于對“curve_aligned1”面的操作。在ug軟件中單擊“編輯”中的“曲線”選項中的“弧長”,然后逐個延長線條至合適長度,然后選擇規(guī)律相似的曲線,通過“插入”中的“自由形式特征”選項中的“通過曲線”命令構(gòu)建曲面,但前幾次生成的曲面都是有不同程度的扭曲，不符合理想中的要求，原因在于所選擇的曲線過密或者是曲線的規(guī)律相差太大，分析出原因后，經(jīng)過反復(fù)的調(diào)整，反復(fù)剔除規(guī)律差距較大的曲線，盡量選擇規(guī)律相同的曲線構(gòu)建曲面，構(gòu)建曲面的方法還是應(yīng)用“掃掠”得到，最終的結(jié)果還是比較令人滿意的。通過對這個面的構(gòu)建，我深刻的體會到做逆向工程的研究真的是很需要耐心和恒心的，當(dāng)

27、遇到挫折和困難的時候不能退縮，而是需要更多的嘗試，雖然在嘗試的過程中會遇到很多的碰壁，但每一次碰壁過后都是一份的進步，對于我這個剛剛開始從事逆向工程的初學(xué)者來講，這些從中得到的經(jīng)驗是一筆寶貴的財富。經(jīng)過一番努力和嘗試，最終得到了比較令人滿意的結(jié)果，結(jié)果如下圖所示:通過對“curve_aligned1”面的構(gòu)建，我深刻的體會到逆向工程曲面造型是一件特別需要耐心和恒心的工作，我相信這種耐心的恒心的鍛煉對我以后的工作有很大的幫助的，這將是一筆財富。再打開surfacer軟件,應(yīng)用求得上述“curve_aligned”點云相同的方法，求出一條曲線,然后應(yīng)用“curve aligned”指令砍出一系列與

28、之相關(guān)的線條,然后應(yīng)用“display”選擇“show only selected” 菜單只顯示所需要的點云,將其保存為“curve_aligned2”,如圖所示:打開ug軟件,仍然是在“da mian”的文件下打開，以確保每次導(dǎo)入的文件都在同一個坐標(biāo)系下，導(dǎo)入文件“curve_aligned2”,方法同前面的操作相同。隱藏“大面”和“curve_aligned1”面，以便于操作。單擊“插入”中的“基本曲線”選項,選擇“直線”,由靠近點云中間部位的距離最近兩點連成一直線,然后通過“編輯”中的“曲線”選項中的“弧長”來延長線條至合適長度,選擇規(guī)律的合適的線條,點擊“插入”中的“自由形式特征”中的

29、“通過曲線”選項完成曲面的構(gòu)建,但事情并不是這么簡單，經(jīng)多次的操作后仍然沒有得到理想的曲面，每次生成的曲面或有不同程度的扭曲或是寬窄不同的突變，總之所得到的曲面無法滿足設(shè)計要求，最后我選擇了如下方案：先在不能滿足設(shè)計要求的曲面中選擇出一個最接近要求的過渡曲面，過渡曲面的作用是與“curve_aligned1”面產(chǎn)生交線，然后再通過調(diào)整交線上的點來重新生成曲線，最后通過曲面的延伸完成“curve_aligned2”曲面的構(gòu)建。具體的步驟如下：單擊“插入”中的“基本曲線”選項,選擇“直線”,由靠近點云中間部位的距離最近兩點連成一直線,然后通過“編輯”中的“曲線”選項中的“弧長”來延長線條至合適長度

30、,選擇規(guī)律的合適的線條,點擊“插入”中的“自由形式特征”中的“通過曲線”選項完成過渡曲面的構(gòu)建,然后將“curve_aligned1”面顯示于界面中，然后單擊“插入”選擇“曲線操作”中的“相交”選項,求出兩個面的交線.如圖所示:點擊“插入”中“曲線操作”選項的“投影”來完成交線在“curve_aligned1”曲面上的投影，現(xiàn)將過渡曲面刪除。為了得到“curve_aligned2”的曲面，可以在ug軟件中采取“curve_aligned1”曲面有角度的延伸的方法達到。但此次構(gòu)建“curve_aligned2”曲面可謂是費盡周折，多次的操作都是徒勞的，最終才發(fā)現(xiàn)由于“curve_aligned1

31、”曲面和過渡曲面的交線在z方向上有很大的波動，交線的一端有嚴重的上翹而另一端卻是嚴重的下墜，所產(chǎn)生的后果是得到的“curve_aligned2”曲面與實際情況完全不符，表現(xiàn)出一端上翹一端下墜的形狀，與真正的點云數(shù)據(jù)的偏差太大，是無法忍受的曲面。因此在構(gòu)建曲面之前需要對交線進行處理，其具體的步驟如下：在ug軟件的建模狀態(tài)下，單擊“編輯”菜單，選擇“曲線”選項，然后選擇“參數(shù)”指令，界面會出現(xiàn)“編輯曲線參數(shù)”對話框，然后選擇想要編輯的曲線，此時會彈出“編輯樣條”對話框，然后選擇“編輯點”指令，此時又會出現(xiàn)“編輯點”對話框，選擇“增量偏置”選項，并且勾選“微調(diào)”選項，然后選擇曲線上的需要調(diào)整的點，每

32、選擇一個點都會出現(xiàn)一個設(shè)置偏量的對話框，本設(shè)計需要調(diào)整的坐標(biāo)是z值，因此在需要調(diào)整的點的偏值對話框中只需鍵入合適的z值，譬如說下墜的一端鍵入正值，上翹的那一端則需要鍵入負值，經(jīng)過反復(fù)的調(diào)整，最后終于得到了一條趨勢正確的曲線，到此曲線的處理已經(jīng)完成。接下來是將“curve_aligned1”曲面沿著交線的趨勢延伸出“curve_aligned2”曲面。此時需要延伸的角度和長度，因此需要在surfacer軟件,測出“curve_aligned1”曲面和“curve_aligned2”曲面的角度差，并且還要測出“curve_aligned2”曲面的長度。打開surfacer軟件，單擊“curve”中

33、的“query”選項，然后選擇“angle between curve tangents”選項，然后出現(xiàn)對話框，選擇兩曲面上的點，以測得兩曲面之間的角度差，測出的角度差平均是85度，界面如下圖 1 所示。然后在“curve_aligned2”曲面上選擇兩的合適的點，連成線條，然后點擊“object info”圖標(biāo)，顯示出面上線段的長度，即是“curve_aligned2”面的長度，長度為24，界面如下圖 2 所示：（由于此部分皆為細微部位，因此都采用了放大視圖以便于操作和觀察） 1 2 現(xiàn)在“curve_aligned2”面的數(shù)據(jù)已經(jīng)得到，現(xiàn)打開ug軟件，單擊“插入”中的“自由形式特征”選項的

34、“延伸”，然后在對話框中選擇“有角度的”選項，根據(jù)對話框提示選擇“curve_aligned1”面和“curve_aligned2”過渡曲面的交線作為延伸位置，輸入延伸的角度和長度，注意在輸入角度的時候應(yīng)該是輸入275度，因為到底是輸入夾角還是補角要決定于坐標(biāo)軸的指向，本課題中應(yīng)選擇補角，即角度為275度，要即可得到如下圖所示的界面：現(xiàn)將兩曲面的大體形狀與趨勢基本構(gòu)建成功了。接下來是構(gòu)建較大的這個曲面了，借鑒前面構(gòu)建“curve_aligned2”曲面的方法，則較大的曲面可以由“curve_aligned2”曲面，通過延伸獲得。首先，在ug軟件中作業(yè)，單擊“插入”中的“曲線操作”選項中的“抽取

35、”指令，在“提取曲線”的對話框中選擇“邊界曲線”命令，然后選擇要提取曲線的面，然后將鼠標(biāo)停留在面的邊界上，稍作停留即可提取到邊界曲線。由“curve_aligned2”曲面延伸的較大曲面需要在surfacer軟件中測得偏移的角度及較大的曲面的長度,此步驟在前面已經(jīng)有所使用，現(xiàn)不作詳細說明，大體步驟如下：在“curve_aligned2”曲面和較大的曲面上分別找取一條相交的線條，然后單擊“curve”中的“query”選項，然后選擇“angle between curve tangents”選項，即可測得兩曲面之間的夾角大約為21度，此時界面如下所示： 兩曲面的夾角已經(jīng)測得后，接下來便是測出較大

36、的曲面的寬度，方法為在較大的曲面上連結(jié)兩個邊界點生成一條線條，然后點擊“object info”圖標(biāo)，測得線條的長度從而獲得較大曲面的寬度為144，界面如下所示： 現(xiàn)在已經(jīng)知道較大的面與“curve_aligned2”曲面的夾角和較大面的寬度，可以用構(gòu)建“curve_aligned2”曲面的方法構(gòu)建較大的面，但是經(jīng)過多次的操作得知只是如此簡單的沿角度和寬度延伸曲面是無法達到要求的，所求的面發(fā)生了嚴重的翹曲，表現(xiàn)在一端嚴重的上翹而另一端發(fā)生嚴重的下墜，這樣的曲面是不可取的，因此需要尋取新的解決方案，但如何才能使得較大的面的趨勢與點云的趨勢保持一致是一個非常艱難的探索過程，我將近花了一天的時間尋取

37、方法，這一階段是一個非常痛苦的過程，我也從中體會到逆向工程的困難，經(jīng)過多次的嘗試及指導(dǎo)老師的指點最終確定了如下的一個方案：首先將前面由surfacer軟件導(dǎo)入ug軟件的點云資料“curve_aligned”顯示在界面上，然后在點云上面生成曲線，方法和前面生成曲線的方法相同，在surfacer軟件中測出“curve_aligned2”曲面和“curve_aligned”曲面的夾角，方法同前面測“curve_aligned1” 曲面和“curve_aligned2”曲面的方法相同，然后將“curve_aligned2”曲面的邊界線提取出來，方法是在“插入”中選擇“曲線操作”然后選擇“抽取”選項，此

38、時界面會出現(xiàn)一個“抽取”對話框，然后根據(jù)對話框的提示，逐步選擇相應(yīng)的選項，從而完成邊界線的抽取操作，然后將“curve_aligned”生成的曲線與“curve_aligned2”曲面的邊界線求出交點，使得“curve_aligned”面上的控制線的端點在“curve_aligned2”面的邊界線上，然后再根據(jù)“curve_aligned2”曲面和“curve_aligned”曲面的角度將“curve_aligned”生成的曲線作進一步的調(diào)整，調(diào)整的方法同前面調(diào)整“curve_aligned1”曲面與“curve_aligned2”曲面交線的方法相同，就是通過調(diào)整點的坐標(biāo)，從而調(diào)整“curve

39、_aligned”上的線，最終得到符合實際要求的控制線，然后將調(diào)整后的“curve_aligned”曲面的線沿著“curve_aligned2”面的邊界線釋放，通過“掃掠”指令完成曲面的構(gòu)建，構(gòu)建的圖形如下圖所示：以上便完成了下部一系列曲面的構(gòu)建。2.4 右下部小曲面的構(gòu)建在surfacer軟件中用鼠標(biāo)左鍵單擊工具條中的“curve”選項,選擇“construct 3d”然后單擊“interactive 3d b-spline”選項,勾畫出右下曲面的邊界線,如圖所示:將此文件保存為“edg”iges格式文件。應(yīng)用同樣的方法生成一曲線如下圖所示：將其保存為“edg1”iges格式文件。分析右下曲

40、面可以知道整個面在總的趨勢上是一致的，只是在中間的某些部位發(fā)生了變化，因此可以將整個面用幾條直線控制，然后將形狀發(fā)生變化的部位再用控制線加以控制，具體構(gòu)建的線條如下圖所示：然后將以上文件導(dǎo)入ug軟件，進行面的構(gòu)建操作，首先由幾條控制線分別構(gòu)建出面，方法也是應(yīng)用“掃掠”，然后將生成的面適當(dāng)?shù)臄U大處理以符合實際的設(shè)計要求，然后將形狀發(fā)生變化的部位的控制線也構(gòu)建出相應(yīng)的曲面，然后將整個趨勢上的面與形狀發(fā)生變化的面進行倒圓與剪裁操作，從而獲得符合設(shè)計要求的面。然后將邊界曲線“edg”導(dǎo)入，將多余的面剪裁掉，以得到實際的曲面。到此右下部小曲面的獨立構(gòu)建已經(jīng)完成，接下來便是要完成小曲面與上面的大曲面的銜接

41、，操作步驟如下：在surfacer軟件中測出右部小曲面與大面的角度，方法同前面測量角度的方法完全一樣，在此不作詳細的說明，在測出了兩個面的倒圓角的角度后，打開ug軟件，然后進行“倒圓面角”的操作，方法如下：在ug軟件的界面下，點擊“插入”然后選擇“特征操作”的“面圓角”指令，此時會彈出對話框，然后根據(jù)對話框中的提示逐步選擇要倒圓面角的兩個面，并在對話框中輸入圓面角的半徑大小，然后點擊“確定”按鈕便完成了兩個面的倒圓面角的操作，然后再選擇“插入”中的“自由形式特征”然后選擇“剪裁的片體”指令，來完成片體面與面之間的多余部分的剪裁操作，具體的操作步驟如下：根據(jù)彈出的對話框的提示，首先選擇用鼠標(biāo)左鍵

42、選擇目標(biāo)體，然后再用左鍵選擇剪裁邊界，然后點擊“確定”即可以完成片體的裁剪操作。應(yīng)用同樣的方法可以將所有的需要剪裁的片體全部剪裁掉以達到符合設(shè)計需要的面。由于課題太難加上時間緊張，我稍微一疏忽沒有及時的抓圖，當(dāng)時作圖時我只顧著往趕設(shè)計做就忘記將“右下部小曲面”與“大面”倒圓、剪裁后的圖形保存了，當(dāng)時只保存了“右下部小曲面”與“大面”倒圓之前的圖形，如下圖所示：2.5 左下一系列曲面的構(gòu)建要構(gòu)建左下一系列曲面,首先應(yīng)該在surfacer軟件中觀察點云并分析出點云的趨勢,但一開始觀察點云的時候根本無法分析出點云的趨勢和規(guī)律，我嘗試不停的拖動鼠標(biāo)以便將視圖來回的放大、縮小、旋轉(zhuǎn)，試圖從各個視角觀察點

43、云，以便得到點云的趨勢和規(guī)律，經(jīng)過半個多小時的觀察和分析，最后終于確定這一系列點云的大體趨勢概念,基本上是直面與直面之間有圓弧過渡形成的面系列,因此在腦海里基本上形成了一個初步的設(shè)計思維概念。在surfacer軟件中，將左下一系列面的點云置于軟件界面的合適位置以便于觀察點云，分析點云趨勢，并且便于選點連成線，具體操作步驟如下：將這些左下面的點云數(shù)據(jù)拖放到界面視圖的合適位置，以便于觀察和選擇點數(shù)據(jù)，然后選擇“curve”選項中的“construct 3d”然后選擇“l(fā)ine”選項，此時會出現(xiàn)一個“l(fā)ine”對話框，然后選擇兩個直面上的合適的能較好反映面的規(guī)律的點，然后點擊“apply”指令，則生

44、成了一條直線，考慮到兩條直線確定一個面，因此用同樣的方法再在此點云上選擇兩點連成一條直線，此時這個面的控制線已經(jīng)確定，接下來便是做相鄰的面上的直線，方法完全相同，所涉及到的步驟也完全相同，在此為避免重復(fù)不作詳細的說明。另外，稍下面的較大的面還需要一條樣條，創(chuàng)造樣條的方法如下所述：用鼠標(biāo)左鍵單擊工具條中的“curve”選項,選擇“construct 3d” 單擊“interactive 3d b-spline”則會出現(xiàn)一個“interactive 3d b-spline”對話框，選擇所需的點數(shù)據(jù)，然后仔細判斷所選點是否符合設(shè)計要求，然后點擊“a pply”指令，則生成了所需的控制線條，到此第一階

45、段所需的線條全部生成了，并將生成的這些線條保存為“zuo xian”文件格式為“iges”，最終得到的線條如下圖所示：現(xiàn)在打開ug軟件，導(dǎo)入iges文件“zuo xian”然后進入由線構(gòu)建面的工作，首先因為所生成的線條都是直面上的，因此面的構(gòu)建可以由“掃掠”指令完成較好的面，具體操作步驟如下：將ug軟件進入“建?！睜顟B(tài)，然后點擊“插入”選擇“自由形式特征”中的“掃掠”指令，然后會出現(xiàn)一個“掃掠”對話框，根據(jù)ug軟件中的基本操作，選擇兩條掃掠的線條，然后逐個選擇“確定”按鈕即可完成面的構(gòu)建，由于在surfacer軟件中生成的線條不一定能完全反映面的全部趨勢和形狀，因此在由原始的線條構(gòu)建完面后還應(yīng)

46、該增加一道工序，就是點擊“編輯”然后選擇“自由形式特征”中的“擴大”選項來完成面的擴大操作，以便于后續(xù)工作的順利進行，如面與面之間的倒圓角等操作。然后對另外的面應(yīng)用類似的方法完成構(gòu)建，只是在構(gòu)建稍下面較大的面的時候，需要考慮面的趨勢問題，方法是兩條較短的直線要沿著較長的線樣條釋放，從而保證面的趨勢正確，具體的步驟如下：點擊“插入”選擇“自由形式特征”中的“掃掠”指令，然后會出現(xiàn)一個“掃掠”對話框，此時選擇較長的線樣條，并且確定后再選擇兩條較短的直線，在選擇兩條較短的直線的時候每選擇一條單擊一次確定，從而確定兩條直線的方向，關(guān)鍵的一點是要保證兩條較短的直線的方向一致，以保證生成的面不會發(fā)生扭曲，

47、從而符合設(shè)計要求，這些步驟完成后再應(yīng)用前面相同的方法將面擴大，方法即是點擊“編輯”然后選擇“自由形式特征”中的“擴大”選項來完成面的擴大操作，到此這三個面都已經(jīng)完成了。接下來又要轉(zhuǎn)入surfacer軟件中以求出下面的面的控制線，方法跟上面求面的方法一樣，都可以在面上求做兩條直線，然后根據(jù)兩條直線掃掠出面，當(dāng)然這是常規(guī)的思路，但這樣做會稍微麻煩一點，我采用的方法是在上一步求得的三個面中的上面兩個較小的面求做交線，此交線會嚴格的體現(xiàn)所有面的趨勢，然后將下面的面的一條直線沿著此交線釋放即可求得下面所有的面。到此構(gòu)建下面的所有的面的思路已經(jīng)理清，現(xiàn)在在surfacer軟件中求做下面的面上的線，方法與步

48、驟如下：因為下面的面也是直面和過渡圓弧組成的，因此只需在直面上求出一條直線然后沿著交線的趨勢釋放即可求出所有的面，在下面的各個面上選擇合適的兩個點然后連結(jié)成直線，所生成的線條如下圖所示：將文件保存為“zuo xia xian”格式為“iges”打開ug軟件，將文件“zuo xia xian”導(dǎo)入，則文件中的線條全部顯示在ug軟件的界面中，接下來便要求做最上面兩個較小的面的交線了，方法是：點擊“插入”然后選擇“曲線操作”中的“相交”選項，此時會出現(xiàn)“相交曲線”對話框，在對話框中根據(jù)提示求得兩個面的交線，然后進入下面的一系列面的構(gòu)建過程了，方法還是通過“插入” “自由形式特征”“掃掠”來完成，雖然

49、這種方法是沒錯誤的，但在操作的過程中卻偶爾出現(xiàn)了這樣的錯誤：有時通過交線和面上的直線掃掠構(gòu)建面時會出現(xiàn)“線串中有間隙”的錯誤提示，這是我所始料不及的，我怎么都沒想出錯誤的原因，最后請教指導(dǎo)老師才明白錯誤的緣由，原來是由于交線隱藏的比較里面，導(dǎo)致不容易選取的原因，知道了原因我便想到了解決的方法，這便是使用快捷鍵“ctrl+t”來實現(xiàn)變換，在平移的對話框中的“類型”中選擇曲線，然后點擊“確定”此時又出現(xiàn)了一個對話框，此時選擇交線然后單擊“確定”，然后再對話框中選擇“平移”點擊“確定“此時又出現(xiàn)一個對話框，再選擇“增量”后會現(xiàn)出“xyz”的偏量值，在視圖中觀察分析后得到應(yīng)該是沿z軸偏移一定的偏移量，

50、單擊“確定”此時再選擇“復(fù)制”這樣交線就會平移到兩個相交面之外并且能清晰的顯示。這個對交線的平移操作給了我很大的啟示，在做設(shè)計的時候一定要學(xué)會變通，多觀察多思考，力求找出最簡便的方法，我覺得這些啟示在對我以后的工作中也會起到很重要的作用的。接下來便又回到常規(guī)的通過線條掃掠出面的操作了，方法同前面通過掃掠構(gòu)建面時的一樣，在“插入”中選擇“自由形式特征”然后選擇“掃掠”指令，然后在彈出的對話框中根據(jù)提示逐步生成各個面，最終對構(gòu)建出的面進行“擴大”處理以便于后續(xù)的圓弧過渡，并且便于達到理想的要求，方法還是在“編輯”中選擇“自由形式特征”中的“擴大”選項來完成構(gòu)建面的擴大操作。此時整個左下方的一系列面

51、就基本構(gòu)建完畢，如下所示： 以上已經(jīng)將各面的相對關(guān)系確定明了，接下來將依據(jù)實際位置關(guān)系及準(zhǔn)確數(shù)據(jù)對各個面進行倒面圓角處理，具體操作步驟如下：打開surfacer軟件，將點云數(shù)據(jù)打開，分析點云數(shù)據(jù)，找到面與面之間的過渡圓角面上的點云，接下來要做的操作的目的是求得過渡圓角面的半徑，然后導(dǎo)入ug軟件中將各個面進行過渡圓角面的構(gòu)建，因此我首先在surfacer軟件中選擇“curve”選項，然后選擇“construct 3d”中的“circle w/3 points”選項，旨在通過三個點來確定一個圓，從而查找出過渡圓角的半徑的大小，此時界面出現(xiàn)如下圖所示的對話框。其中radius是所求的過渡圓角面的圓角

52、值，此圓角值是在ug軟件中倒圓角面的前提，分別用同樣的方法可以測到其它各個過渡圓角面的半徑值，如下圖所示：1過渡面的半徑值為5.92 2過渡面的半徑值為5.813過渡面的半徑值為6.12 4過渡面的半徑值為125過渡面的半徑值為6.45 6過渡面的半徑值為107過渡面的半徑值為4.1 8過渡面的半徑值為43.69過渡面的半徑值為5.04將上面的過渡圓角面的半徑值記錄下來,然后打開ug軟件,用鼠標(biāo)左鍵點擊“插入”然后選擇“特征操作”中的“面圓角”選項,此時會出現(xiàn)“面圓角”對話框,在對話框中的“附著方式”選項中選擇“不剪裁”然后在“半徑”選項輸入查到的半徑值,然后選擇“第一組”按鈕,然后選擇圖形中

53、的想要倒圓角的第一個面,接著根據(jù)實際情況選擇“法向反向”的設(shè)置,然后點擊鼠標(biāo)中鍵,再選擇想要倒圓角的第二個面,同樣根據(jù)課題要求選擇“法向反向”的設(shè)置,然后點擊“應(yīng)用”或者“確定”按鈕完成倒圓角面的操作?！皯?yīng)用”和“確定”按鈕的不同在于“應(yīng)用”按鈕不會關(guān)閉對話框，可以連續(xù)的進行多次的倒圓角操作，相反的點擊“確定”按鈕則會關(guān)閉對話框，具體應(yīng)用哪一個按鈕要看實際情況來決定，應(yīng)用同樣的方法可以將下面的過渡圓角面逐一的構(gòu)建出來。經(jīng)過上面構(gòu)建過渡圓角面的操作，我總結(jié)了一點經(jīng)驗，當(dāng)兩個面較小的時候不容易看清楚兩者之間的相對關(guān)系或者在操作上不容易把握，很容易將兩個“法向反向”設(shè)置弄反了，導(dǎo)致不能一次成功的缺憾

54、，但經(jīng)過幾次的經(jīng)驗加上細心，這些問題沒有再次發(fā)生，這些小的發(fā)現(xiàn)都是我在構(gòu)建操作的過程中經(jīng)歷并總結(jié)出來的，我相信這些經(jīng)驗也會對我以后的工作有很大的幫助，也讓我深刻的體會到了這次畢業(yè)設(shè)計的必要性，我深刻的體會到了逆向工程是非常艱難非?？简?zāi)托暮图毿牡墓ぷ?，?jīng)過這一段時間的磨練我對逆向工程有了一定的認識，并且也通過對課題的研究逐漸的摸索和發(fā)現(xiàn)其中的奧妙。以上完成了各個面之間的倒圓角面操作，接下來就是要完成面的剪裁操作，在對面進行剪裁的過程中遇到了很大的麻煩，在選擇完要剪裁的片體后選擇剪裁邊界，但經(jīng)常會出現(xiàn)“邊界中存在縫隙”等對話框，剛開始遇到這種情況真是不知從何下手進行解決了，花了很長時間，跑了圖書

55、館借相關(guān)的書籍，最后終于找到了問題的根本所在，其實沒有多大的問題，原因基本上有兩方面：第一就是在選擇剪裁邊界的時候漏掉了某一些邊界，導(dǎo)致出現(xiàn)上面所提到的警示，當(dāng)然這個原因造成處理起來會比較容易，只要細心一點耐心一點就可以避免的，第二個原因就是在所有的相關(guān)面中促在沒有倒圓的面，從而會存在間隙，但這種錯誤比較難發(fā)現(xiàn)一點，需要從第一個相關(guān)面開始逐一的進行檢查，然后逐個排除，最終找到錯誤的根源，這個原因引起的警示處理起來相對于第一種要麻煩一點，需要更多一點的細心和耐心，但最終這些困難都被我逐一的解決了，我出現(xiàn)的錯誤問題在于第一種原因，因此解決起來比較簡單，只要在選擇剪裁邊界的時候細心一點就可以了，下面

56、說明對面進行剪裁的具體步驟：單擊“插入”然后選擇“自由形式特征”中的“剪裁的片體”選項，此時將會出現(xiàn)“剪裁的片體”對話框，根據(jù)課題的實際要求在對話框中選擇“目標(biāo)片體”然后在畫面中選擇出想要剪裁的片體，然后點擊“剪裁邊界”來選擇剪裁的邊界，注意不要將邊界漏掉了，從而控制所剪裁的部分，根據(jù)實際情況選擇了“剪裁邊界”后點擊“應(yīng)用”按鈕則可完成片體的剪裁操作，應(yīng)用同樣的方法可以完成其他片體的剪裁，直到全部剪裁完畢，如下圖所示：上面已經(jīng)將各個面的大體形狀做完了，接下來將進行左邊曲面的構(gòu)建，具體步驟是在surfacer軟件中選擇合適的視圖后，應(yīng)用鼠標(biāo)左鍵單擊“curve”選項,選擇“construct 3d”然后選擇“interactive 3d b-spline”菜單,在左面的曲面點云上生成一條曲線,然后單擊工具條中的“point”選項,選擇“curve sections”,再選擇“curve aligned”指令，則會彈出“curve aligned”對話框，在對話框中通過“sections”指令來確定在曲線上砍出的點云面的數(shù)量，通過“extent of cross-sections”指令來調(diào)整點云面的長度，則會砍出若干與3d曲線相關(guān)的點云,再單擊“display”選擇“show only selected” 菜