小平面特征逆向造型設(shè)計(jì)

1、目錄摘 要Abstract第一章 緒論11.1 引言11.2 逆向工程的特點(diǎn)及意義11.3 逆向工程的一般流程21.4 逆向工程的發(fā)展和未來(lái)前景31.4.1 快速成型技術(shù)的發(fā)展31.4.2 逆向工程技術(shù)的發(fā)展31.4.3 逆向工程未來(lái)發(fā)展前景41.5 軟件介紹51.5.1 Pro/E軟件簡(jiǎn)介51.5.2逆向工程軟件簡(jiǎn)介61.6 小平面特征介紹6第二章 小平面特征逆向工程的一般步驟82.1實(shí)體三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)的獲取82.2 點(diǎn)云處理92.3 曲面重構(gòu)112.4 實(shí)體建模12第三章 米老鼠頭像模型重構(gòu)133.1 米老鼠頭像重構(gòu)簡(jiǎn)要說(shuō)明133.2 數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理133.2.1 激光掃描儀采集數(shù)據(jù)133

2、.2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理133.3小平面處理143.3.1 點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理143.3.2 包絡(luò)處理143.3.3 小平面調(diào)整153.4 重新造型及實(shí)體化163.4.1 米老鼠頭像重新造型163.4.2 實(shí)體化17總 結(jié)18參考文獻(xiàn)19致 謝20插圖清單圖1-1 逆向工程和順向工程對(duì)比2圖1-2 逆向建模一般流程2圖1-3快速成型主要工藝方法及其分類3圖2-1 serein三維激光掃描儀8圖2-2 三維掃描技術(shù)分類9圖3-1 米老鼠頭像點(diǎn)云13圖3-2 小平面輸入選項(xiàng)14圖3-3 創(chuàng)建三角面14圖3-4米老鼠頭像包絡(luò)后的三角面15圖3-5 “破洞”修補(bǔ)15圖3-6反向邊造型16圖3-7重新造型界面16

3、圖3-8重新造型修改后局部視圖17表格清單表1-1 逆向工程技術(shù)的廣泛應(yīng)用4表1-2 逆向工程未來(lái)發(fā)展的主要方面5表1-3 Pro/E的功能5表1-4 常見(jiàn)逆向工程軟件6表2-1 曲面重構(gòu)處理點(diǎn)云方法對(duì)比11平面特征逆向造型設(shè)計(jì)摘 要本次課程設(shè)計(jì)主要研究了逆向工程技術(shù)和小平面特征在曲面模型重建中的應(yīng)用這兩個(gè)方面。逆向工程技術(shù)包括數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理和曲面建模。首先掃描獲取已有樣品數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再根據(jù)樣品的特點(diǎn)，采用逆向工程的方法輔以特征曲面完成曲線和曲面模型重建。小平面建模是Pro/E逆向工程建模的一部分，其基本原理是用模型樣件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的每一點(diǎn)與其相鄰的兩點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)三角形平面，用大量的

4、三角形平面表示曲面的大致情況。本次設(shè)計(jì)采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)或激光掃描儀完成復(fù)雜曲面的數(shù)據(jù)獲取工作，能夠高效率完成數(shù)據(jù)樣品獲取。設(shè)計(jì)運(yùn)用imageware和Pro/E兩種軟件進(jìn)行建模和數(shù)據(jù)處理，用Pro/E軟件中小平面特征進(jìn)行模型曲面重建，不斷利用軟件功能完成曲面模型的重建工作。研究表明，逆向工程技術(shù)得到的曲面重建模型，有效率高、精度高、質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)，所以逆向工程具有較高的應(yīng)用價(jià)值和重要的實(shí)際意義。關(guān)鍵詞: 逆向工程；小平面特征；模型重建；imageware；Pro/E。Facet feature of reverse modeling designAbstractThis course desig

5、n mainly studies the technique of reverse engineering and facet feature in the application of surface model reconstruction of these two aspects. Reverse engineering technology including data acquisition, data processing, and surface modeling. By scanning to obtain sample data and the data processing

6、, and then according to the characteristics of the sample, adopt the method of reverse engineering feature surface curve and surface model reconstruction. Facet feature modeling is part of the Pro/E reverse engineering modeling, its basic principle is to use model samples of each point in the point

7、cloud data of the adjacent two points form a triangle plane, a general idea of the surface with plenty of triangle plane said. This design adopts three coordinate measuring machine or laser scanner data acquisition of the complex surface, can complete data samples to obtain high efficiency. Design u

8、sing Imageware and Pro/E software modeling and data processing, using Pro/E software for facet feature of model surface reconstruction, continuous use of the software function complete surface model reconstruction.Studies show that surface reconstruction model by reverse engineering technology, high

9、 efficient, high precision, good quality, so the reverse engineering with high application value and important practical significance.Key words: Reverse Engineering, Facet Feature, Restyle, imageware, Pro/E第一章 緒論畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)于高等院校工科畢業(yè)生來(lái)說(shuō)是極其重要的，它通過(guò)深入實(shí)踐，能培養(yǎng)學(xué)生組織管理，分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力，對(duì)我們以后走上工作崗位非常有幫助。對(duì)我們機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)

10、學(xué)生來(lái)說(shuō)，在以后的工作過(guò)程中經(jīng)常要用三維軟件做實(shí)體曲面創(chuàng)建，并且了解逆向工程的步驟及作用對(duì)于以后實(shí)踐具有重要的意義。做畢業(yè)設(shè)計(jì)也可以綜合過(guò)去所學(xué)的知識(shí)，因此，認(rèn)真完成畢業(yè)設(shè)計(jì)非常重要。1.1引言逆向工程又稱作反求工程，它是從實(shí)物模型到概念模型或者電子模型的一個(gè)反向分析、創(chuàng)新、優(yōu)化的過(guò)程。這可以讓我們可以在國(guó)內(nèi)外已有的先進(jìn)產(chǎn)品基礎(chǔ)上進(jìn)行推理、設(shè)計(jì)模型反求、再進(jìn)行優(yōu)化制造。這樣一來(lái)可以打破西方國(guó)家對(duì)我國(guó)的技術(shù)封鎖，能更好地消化和吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，從而在學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上研制出更先進(jìn)的產(chǎn)品，以提高我國(guó)的綜合國(guó)力。小平面特征是Pro/E逆向建模一個(gè)重要部分，而Pro/E逆向設(shè)計(jì)主要著重于航空航天，機(jī)械制造業(yè)

11、和汽車工業(yè)，在現(xiàn)實(shí)生活中有廣泛應(yīng)用。1.2逆向工程的特點(diǎn)及意義在當(dāng)今瞬息萬(wàn)變的產(chǎn)品市場(chǎng)中，企業(yè)能夠有效利用市場(chǎng)占據(jù)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵在于快速吸取經(jīng)驗(yàn)并生產(chǎn)出合乎市場(chǎng)要求的產(chǎn)品。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，各國(guó)百分之七十以上的技術(shù)來(lái)源于國(guó)外，而現(xiàn)在由于各種原因我們往往都會(huì)為難于外來(lái)先進(jìn)產(chǎn)品只有一個(gè)實(shí)物樣品或者手工模型，沒(méi)有任何數(shù)據(jù)檔案，有時(shí)甚至連一張可供參考的CAD圖紙也不存在，無(wú)法得到樣品準(zhǔn)確數(shù)據(jù)就給我們后續(xù)工作帶來(lái)了很大障礙，無(wú)法采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)手段和先進(jìn)制造技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)。但是逆向工程技術(shù)很好地解決了這一問(wèn)題。所謂逆向工程，是相對(duì)順向工程而言的，就是再現(xiàn)或者反求一個(gè)產(chǎn)品，即首先采用各種測(cè)量手段然后再進(jìn)行三維幾何建模

12、，將原有的樣品實(shí)物轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)上的三維數(shù)字模型。計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，也使得這些高尖技術(shù)在現(xiàn)代制造業(yè)有很好應(yīng)用并發(fā)展。在制造業(yè)中，傳統(tǒng)順向的從設(shè)計(jì)到制造，產(chǎn)品從無(wú)到有、從概念到實(shí)體的生產(chǎn)工程已經(jīng)不再是必由之路。傳統(tǒng)的制造方法屬于用模具類比式（Analog type）復(fù)制，可以進(jìn)行小批量生產(chǎn)，但是無(wú)法獲取工件尺寸數(shù)據(jù)并建立圖檔，并且模型較死，無(wú)法做任何外形修改。這些問(wèn)題無(wú)疑會(huì)影響后續(xù)的方案的進(jìn)展。傳統(tǒng)的這些制造方法耗時(shí)長(zhǎng)且效率低，現(xiàn)代制造方法必將取代傳統(tǒng)方法?，F(xiàn)代制造方法中，數(shù)字化的逆向工程系統(tǒng)就為制造業(yè)提供了一個(gè)一體化的三維制造路線，它是從樣品到獲取樣品數(shù)據(jù)再到最終形成產(chǎn)品的過(guò)程。逆向工程不僅

13、可以有效掌握國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，讓先進(jìn)技術(shù)為我所用，而且可縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，提高生產(chǎn)效率。逆向工程技術(shù)可以方便快捷地在已有產(chǎn)品基礎(chǔ)上參與新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)，研究已有產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)和不足，加快新產(chǎn)品的更新?lián)Q代。企業(yè)和設(shè)計(jì)人員可以充分利用逆向工程技術(shù)快速吸收原產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，在繼承優(yōu)點(diǎn)基礎(chǔ)上進(jìn)行各種創(chuàng)新設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出更適合現(xiàn)代市場(chǎng)的產(chǎn)品，從而增強(qiáng)了企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。在當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)一體化和經(jīng)濟(jì)全球化的大環(huán)境面前，國(guó)家、企業(yè)面臨的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，要想生產(chǎn)力發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，抓緊高科技成果異常關(guān)鍵。如何更快且更好地發(fā)展科技和經(jīng)濟(jì)，已成為世界各國(guó)發(fā)展自己提高國(guó)家綜合國(guó)力首要考慮的問(wèn)題。充分利用別國(guó)已經(jīng)取得的科技成并加以消

14、化吸收與創(chuàng)新已成為世界各國(guó)普遍使用的方法，在學(xué)習(xí)過(guò)程中本國(guó)的實(shí)力也逐步提升。對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)，逆向工程技術(shù)的應(yīng)用對(duì)我國(guó)打破別國(guó)對(duì)我國(guó)的技術(shù)封鎖并縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距具有特別重要的意義。逆向工程主要設(shè)備是三維高速激光掃描機(jī)或者三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，掃描機(jī)器對(duì)已有的樣品模型進(jìn)行準(zhǔn)確、高速掃描，計(jì)算機(jī)上會(huì)得到它的三維輪廓數(shù)據(jù)，得到數(shù)據(jù)后再利用逆向工程軟件進(jìn)行曲線、曲面重構(gòu)，并對(duì)重構(gòu)的曲面進(jìn)行精度分析、公式計(jì)算、修改去噪，最后重構(gòu)以后再進(jìn)行數(shù)控加工?？赏ㄟ^(guò)CAD/CAM 軟件處理傳輸來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)（由于經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)品質(zhì)已經(jīng)非常高了，故稱為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)）來(lái)完成最終造型。圖1-1是順向工程和逆向工程的步驟對(duì)比。圖1-1

15、 逆向工程和順向工程對(duì)比逆向工程應(yīng)用領(lǐng)域也相當(dāng)廣泛，涉及模具制造業(yè)、汽車、軍工業(yè)、電子產(chǎn)品、計(jì)算機(jī)零件、電子游戲、玩具、生活用品、醫(yī)學(xué)等各個(gè)方面。1.3逆向工程的一般流程圖1-2 逆向建模一般流程如圖1-2為逆向工程一般流程圖。從圖1-2中可看出，現(xiàn)代逆向工程的一般流程為:(1)模型曲面分析(2)確定掃描方案(3)進(jìn)行實(shí)體點(diǎn)云掃描(4)進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理(5)建立需要的曲線(6)建立曲面(7)實(shí)體建模。數(shù)據(jù)測(cè)量、數(shù)據(jù)處理和曲面建模是逆向工程的主要三大模塊，逆向工程的整個(gè)過(guò)程也由它們?nèi)竽K構(gòu)成。數(shù)據(jù)測(cè)量有兩大類別，接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量。其中接觸式測(cè)量主要采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，它又分為觸發(fā)式和連續(xù)

16、式；非接觸式測(cè)量分為光學(xué)式測(cè)量和非光學(xué)式測(cè)量，主要有光學(xué)測(cè)量、電磁測(cè)量和超聲波測(cè)量幾種。數(shù)據(jù)處理的過(guò)程就是為了達(dá)到后續(xù)工作的要求而處理樣品掃描后的三維數(shù)據(jù)，它的工作主要為數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)調(diào)整、數(shù)據(jù)分塊、數(shù)據(jù)密度修改、數(shù)據(jù)光順、噪音去除和數(shù)據(jù)優(yōu)化幾個(gè)方面。曲面建模目前比較常用的方法有曲線擬合造型方法，點(diǎn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化實(shí)體模型造型方法和曲面片直接擬合造型方法，這是逆向工程中最復(fù)雜的一個(gè)環(huán)節(jié)。1.4 逆向工程的發(fā)展和未來(lái)前景1.4.1快速成型技術(shù)的發(fā)展快速成型技術(shù)發(fā)展于20世紀(jì)末，是在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)上由CAD/ CAM、CNC、激光、精密儀器等集成技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù)?，F(xiàn)代快速成型方法如圖1-3所

17、示。圖1-3 快速成型主要工藝方法及其分類1.4.2逆向工程技術(shù)的發(fā)展逆向工程技術(shù)始于20世紀(jì)80年代初期，目前正處于高速發(fā)展階段，各國(guó)工業(yè)和學(xué)術(shù)界都高度重視關(guān)于逆向工程的研究，如美國(guó)UVP等一些公司和日本一些知名工業(yè)研究所已經(jīng)開(kāi)始對(duì)逆向工程技術(shù)和設(shè)備大力開(kāi)發(fā)研究。逆向工程與快速成型制造技術(shù)相結(jié)合也逐步推翻傳統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)和制造模式，讓以前傳統(tǒng)制造方法無(wú)法解決的一些問(wèn)題得到有效處理, 例如復(fù)雜形體的三維建模和曲面難以加工等，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的快速生產(chǎn)。當(dāng)下競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈,快速成型和逆向工程的結(jié)合極大縮短了企業(yè)產(chǎn)品的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)周期,提高了核心競(jìng)爭(zhēng)力。各國(guó)不僅加速開(kāi)展逆向工程的研究工作，而且一些重要的全國(guó)性甚

18、至國(guó)際間的學(xué)術(shù)會(huì)議都將逆向工程及其相關(guān)技術(shù)作為一個(gè)重要的會(huì)議專題來(lái)討論。從記載的會(huì)議記錄及后續(xù)文獻(xiàn)發(fā)表的情況來(lái)看，很多國(guó)家都已形成了一批長(zhǎng)期從事逆向工程研究和文獻(xiàn)發(fā)表的單位和個(gè)人，成果逐年遞增。各國(guó)對(duì)逆向工程的重視還不僅僅表現(xiàn)在普遍進(jìn)行的會(huì)議和研究上，成立逆向工程技術(shù)研究中心，政府注入大量資金發(fā)展和支持逆向工程相應(yīng)的專業(yè)軟件公司，同時(shí)世界上眾多國(guó)家建成了制造逆向工程技術(shù)使用過(guò)程中所需設(shè)備的公司，再加上眾多從事這些項(xiàng)目的個(gè)體、教育科研機(jī)構(gòu)和基金會(huì)，都可以體現(xiàn)逆向工程在當(dāng)今世界制造業(yè)發(fā)展中的地位。這么多投入者就形成一個(gè)強(qiáng)大的集體，為逆向工程技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用做出巨大貢獻(xiàn)并創(chuàng)造了很好的發(fā)展空間。隨著計(jì)

19、算機(jī)、數(shù)控和測(cè)量技術(shù)以及制造業(yè)的快速發(fā)展，世界各國(guó)為了提升國(guó)家綜合軟實(shí)力并提高生產(chǎn)率，都在吸收各個(gè)行業(yè)世界先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。逆向工程技術(shù)在各領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，如表1-1所示。表1-1逆向工程技術(shù)的廣泛應(yīng)用序號(hào)應(yīng)用領(lǐng)域具體表現(xiàn)1飛機(jī)、汽車、家電等產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)這些產(chǎn)品的設(shè)計(jì)師一般習(xí)慣于根據(jù)實(shí)物模型來(lái)判斷，加上這些產(chǎn)品對(duì)空氣動(dòng)力性能和美學(xué)設(shè)計(jì)要求較高，所以產(chǎn)品幾何外形通常采用模具，而不是應(yīng)用CAD軟件直接進(jìn)行設(shè)計(jì)的，因此，一般都是制造完比例模型再利用逆向工程技術(shù)進(jìn)行重建2對(duì)已有的構(gòu)件做局部修改如果原始設(shè)計(jì)沒(méi)有三維CAD模型，若通過(guò)數(shù)據(jù)測(cè)量后逆向重構(gòu)，將CAD模型進(jìn)行修改后加工成與實(shí)際符合的CAD模型，

20、生產(chǎn)效率將顯著提高3無(wú)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)生活中總有些時(shí)候缺乏二維設(shè)計(jì)圖樣或者原始設(shè)計(jì)參數(shù)，則需要充分利用現(xiàn)有的CAD/CAM等先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，逆向處理轉(zhuǎn)化為理論模型4損壞零件的替代現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)制造中，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)等一些大型設(shè)備經(jīng)常因?yàn)槟骋涣悴考膿p壞而停止運(yùn)行，如果通過(guò)逆向工程手段，可以迅速找到問(wèn)題根源來(lái)替代零件，從而提高設(shè)備的使用壽命5特殊領(lǐng)域制造在一些特殊領(lǐng)域，逆向工程也能發(fā)揮重大作用，如藝術(shù)品、考古文物的復(fù)制，特別是醫(yī)學(xué)中人的骨骼、關(guān)節(jié)等的復(fù)制，需要首先建立幾何模型再進(jìn)行制造6工業(yè)產(chǎn)品無(wú)損檢測(cè)借助工業(yè)CT技術(shù)，逆向工程可以無(wú)損檢測(cè)，首先快速定位工業(yè)產(chǎn)品的內(nèi)部缺陷再擬合出物體的外部形狀與國(guó)外

21、如火如荼的逆向工程研究熱相比，逆向工程技術(shù)在我國(guó)國(guó)內(nèi)的研究起步較晚，我國(guó)直到20世紀(jì)90年代中期才得到一些發(fā)展與推廣。而且我國(guó)研究資金投入少，缺乏創(chuàng)新性，主要局限于一些大學(xué)和科研院所，并且嚴(yán)重滯后于生產(chǎn)實(shí)際，這與發(fā)達(dá)國(guó)家相比顯得相形見(jiàn)絀，面臨的挑戰(zhàn)也頗多。美國(guó)作為逆向工程研究發(fā)展的龍頭，目前已在國(guó)內(nèi)建立了一體化的逆向工程中心，它是包括測(cè)量、設(shè)計(jì)、快速成型、數(shù)控加工的一體系統(tǒng)。商品化的逆向工程設(shè)備和系統(tǒng)軟件也已在英、德、法、日、韓、臺(tái)灣等許多發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)建立并投入使用，這些國(guó)家也早已將三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和三維掃描儀這些高端測(cè)量設(shè)備廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。1.4.3逆向工程未來(lái)發(fā)展前景逆向工程的研究日漸

22、引起重視并且已經(jīng)取得了很大的成績(jī)，特別表現(xiàn)在數(shù)據(jù)處理、接口設(shè)計(jì)、曲面片擬合、改善文檔、幾何特征識(shí)別、軟件升級(jí)和坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的研究開(kāi)發(fā)上，它的前景也普遍被人們看好。但是在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，分析了國(guó)內(nèi)外在逆向工程方面的研究現(xiàn)狀會(huì)發(fā)現(xiàn)，過(guò)程中還是存在一些明顯的問(wèn)題，例如逆向工程整個(gè)過(guò)程仍需配合大量人機(jī)交互工作，設(shè)備操縱者的技能、經(jīng)驗(yàn)和綜合素質(zhì)也有待提高，還沒(méi)有系統(tǒng)全面的有關(guān)“點(diǎn)云”數(shù)據(jù)造型問(wèn)題的理論研究，逆向工程操作中很難保證自動(dòng)重建曲面的光順性，這些問(wèn)題都直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量。為了逆向工程在未來(lái)獲得更廣闊的發(fā)展前景和發(fā)展空間，也為了更好地利用逆向工程技術(shù)為現(xiàn)代制造業(yè)造福，未來(lái)的逆向工程發(fā)展必須要在以下關(guān)

23、鍵技術(shù)方面有所突破。見(jiàn)表1-2表1-2逆向工程未來(lái)發(fā)展的主要方面序號(hào)主要方面具體突破1數(shù)據(jù)測(cè)量方面發(fā)展逆向工程專用測(cè)量設(shè)備，設(shè)備最好實(shí)現(xiàn)能自動(dòng)測(cè)量和規(guī)劃路徑，并進(jìn)一步提高速度與精度2數(shù)據(jù)的預(yù)處理方面開(kāi)發(fā)出一種通用的數(shù)據(jù)處理軟件，應(yīng)對(duì)不同數(shù)據(jù)格式，省去格式轉(zhuǎn)化一環(huán)3曲面擬合方面能夠有效控制曲面的光順性，并且能夠進(jìn)行無(wú)阻礙光滑拼接4數(shù)據(jù)處理軟件方面逆向工程軟件在接受測(cè)量設(shè)備的數(shù)據(jù)時(shí)可通過(guò)一系列操作得到品質(zhì)優(yōu)秀的曲線、曲面，能直接得到標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式并將曲線、曲面數(shù)據(jù)傳輸給CAD/CAM 軟件，完成最終造型5點(diǎn)云處理方法的修改針對(duì)“點(diǎn)云”數(shù)據(jù)處理和曲面造型中有的商業(yè)CAD系統(tǒng)不接受一些功能不全面的“點(diǎn)云

24、”以及難以順利解決復(fù)雜曲面重構(gòu)等問(wèn)題，需要改進(jìn)或提高“點(diǎn)云”的可操作性1.5軟件介紹1.5.1Pro/E軟件簡(jiǎn)介Pro/E即Pro/Engineer，是美國(guó)參數(shù)技術(shù)軟件公司發(fā)明的一種一體化三維軟件，它以參數(shù)化著稱，最早應(yīng)用了參數(shù)化技術(shù)，是當(dāng)今CAD/CAE/CAM主流軟件之一，得到了業(yè)內(nèi)公司廣泛認(rèn)可，在國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)制造加工中有著重要地位。Pro/E可以選擇自己的模塊，可采用單一數(shù)據(jù)庫(kù)解決相關(guān)特征性問(wèn)題，進(jìn)行草圖繪制，零件設(shè)計(jì)，曲面建模，加工裝配、鈑金設(shè)計(jì)等。Pro/E有著不同的專用功能，像抽殼，片體，筋，槽，倒角等，可以滿足設(shè)計(jì)者不同的要求，可以繪制不同復(fù)雜造型，讓繪圖樣品的造型變得更加圓滑自然

25、。Pro/E的具體功能如表1-3。表1-3 Pro/E的功能序號(hào)功能具體例子1特征驅(qū)動(dòng)平鍵、凸臺(tái)、槽、倒角等2參數(shù)化樣品尺寸、精整度、載荷、邊界條件等3通過(guò)零件的特征值之間、載荷和特征參數(shù)之間、邊界條件與特征參數(shù)之間關(guān)系進(jìn)行設(shè)計(jì)表面積4支持大型、復(fù)雜組合件的設(shè)計(jì)規(guī)則排列、交替排列等程序化方法5完全相關(guān)性任何地方變動(dòng)會(huì)引起相關(guān)變動(dòng)在三維設(shè)計(jì)軟件中，一些繪圖設(shè)計(jì)軟件修改參數(shù)只會(huì)滿足某一部分的修改，而Pro/E能賦予零件符號(hào)式尺寸，它的一個(gè)參數(shù)改變會(huì)引起其他部件也有相應(yīng)修正和改動(dòng)，比較方便操作，這樣會(huì)讓造型的優(yōu)化更加趨于完美，而且它的造型不僅可以在軟件屏幕上顯示，還可以傳到彩色打印機(jī)上操作。Pro/

26、E有許多模塊可以滿足逆向工程工作，比如小平面模塊、獨(dú)立幾何模塊、重新造型模塊等。Pro/E的逆向設(shè)計(jì)主要著重于航空航天、模具設(shè)計(jì)、汽車、玩具、機(jī)械制造等行業(yè)。Pro/E逆向工程一般第一步需要進(jìn)行物體數(shù)據(jù)化，即采集物體表面的空間坐標(biāo)值，一般采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)或激光掃描儀。第二步需要分析物體的幾何特征，依據(jù)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行分割，再來(lái)分析物體的設(shè)計(jì)及表面加工特征。第三步就是用Pro/E構(gòu)建物體的三維模型，處理前面分割后的三維數(shù)據(jù)，擬合表面模型，得出實(shí)物處理后的三維模型。第四步即檢驗(yàn)修正擬合的三維模型。隨著科技發(fā)展日益加速，Pro/E在逆向工程中的應(yīng)用將更加廣泛，對(duì)于制造業(yè)的發(fā)展將具有更加重要的意義。1.5.

27、2逆向工程軟件簡(jiǎn)介逆向工程軟件通常都用于掃描樣品三維坐標(biāo)獲取點(diǎn)云，然后處理生成的結(jié)果點(diǎn)云，通過(guò)點(diǎn)云處理生成最終造型。逆向工程的一項(xiàng)最重要的技術(shù)環(huán)節(jié)是數(shù)據(jù)處理，它直接決定了后續(xù)工作的效果。點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理包括去噪、數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)、數(shù)據(jù)平滑、提取特征、點(diǎn)云分割等諸多方面，其中一個(gè)關(guān)鍵性環(huán)節(jié)是去噪，一般測(cè)取的三維幾何坐標(biāo)都是一些離散點(diǎn)，其中或多或少存在著一些噪聲點(diǎn)，所以需要去噪處理數(shù)據(jù)。常見(jiàn)的逆向工程軟件有Geomagic、Imageware、RapidForm、CopyCAD四種，具體應(yīng)用見(jiàn)表1-4。表1-4常見(jiàn)逆向工程軟件序號(hào)軟件名稱開(kāi)發(fā)來(lái)源具體功能1Geomagic美國(guó)雨點(diǎn)公司具有豐富的數(shù)據(jù)處理手段，能

28、高效處理復(fù)雜形狀，可以快速構(gòu)造出多張連續(xù)的曲面模型，還可為技術(shù)后續(xù)應(yīng)用提供理想的選擇2ImagewareUG NX具有強(qiáng)大的測(cè)量數(shù)據(jù)處理、曲面造型、誤差檢測(cè)功能，可處理大量點(diǎn)云數(shù)據(jù)，且點(diǎn)云品質(zhì)良好，曲面連續(xù)性高3RapidForm英國(guó)DelCam公司它的優(yōu)勢(shì)是處理測(cè)量數(shù)據(jù)的曲面造型，而且能與系列中的其他軟件集成，方便用戶使用4CopyCAD韓國(guó)INUS公司主要用于處理掃描數(shù)據(jù)曲面建模、醫(yī)療圖像建模、藝術(shù)品測(cè)量建模、高級(jí)圖形生成1.6小平面特征介紹 小平面建模是Pro/E里面一個(gè)工程模塊，是一種創(chuàng)建曲面的方法，它是依據(jù)以三角面代替曲面的原理，利用模型掃描點(diǎn)云中的每一個(gè)點(diǎn)和其相鄰兩點(diǎn)組成一個(gè)三角形

29、平面，用大量三角形平面代替曲面大致形狀的過(guò)程。在Pro/E小平面模塊環(huán)境中，需要對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪、修剪、精簡(jiǎn)、包絡(luò)等處理后才能形成多面體特征，整個(gè)過(guò)程關(guān)鍵步驟有：（1）造型前準(zhǔn)備（2）輸入點(diǎn)云數(shù)據(jù)（3）點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理（4）包絡(luò)處理（5）小平面粗調(diào)（6）小平面精整。Pro/E小平面特征的引入大大減少了Pro/E對(duì)逆向工程軟件的依賴，再加上Pro/E點(diǎn)云處理后質(zhì)量高、效果好，使得點(diǎn)云特征造型的應(yīng)用面大大拓寬了。11第二章 小平面特征逆向工程的一般步驟2.1 實(shí)體三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)的獲取數(shù)據(jù)獲取是逆向工程的首要環(huán)節(jié)，其中三維掃描是最基本的一步，由它獲得點(diǎn)云數(shù)據(jù)最理想、最直接，而點(diǎn)云數(shù)據(jù)為后面進(jìn)行逆向工作做

30、好鋪墊，它的精度、速度直接影響后續(xù)工作的效果好壞，是后續(xù)工作高質(zhì)量完成的前提，所以準(zhǔn)確獲取數(shù)據(jù)就顯得尤為重要。數(shù)據(jù)獲取一般要經(jīng)過(guò)測(cè)量，數(shù)據(jù)測(cè)量就是借助工具獲取實(shí)體的參數(shù)并系列化，在逆向工程中一般是獲取樣品的表面輪廓，即各點(diǎn)的坐標(biāo)。測(cè)量設(shè)備分二維和三維兩類，二維在制造業(yè)中應(yīng)用較少，基本上都是應(yīng)用于攝影等行業(yè)，而逆向工程的測(cè)量設(shè)備都是三維的，因?yàn)槿S更容易挖掘樣品深度信息，更適合逆向幾何反求。接觸式測(cè)量是最初的測(cè)量方式，后來(lái)發(fā)展到光學(xué)式、磁學(xué)式等非接觸式測(cè)量。接觸式測(cè)量指的是跟實(shí)物有接觸，常用接觸式設(shè)備有三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、數(shù)控測(cè)量裝置、專用數(shù)字儀等。這種測(cè)量方式效率低、測(cè)量精度低、適應(yīng)性差,測(cè)量探頭必

31、須進(jìn)行半徑補(bǔ)償，精細(xì)測(cè)量有限制，還經(jīng)常出現(xiàn)一些測(cè)量探頭涉及不到的盲區(qū)，不適合柔軟實(shí)物的量。圖2-1 serein三維激光掃描儀隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，非接觸式逐漸成為了測(cè)量的主要方式，逆向工程現(xiàn)在都是采取非接觸式測(cè)量。非接觸式有光學(xué)式、電磁式、工業(yè)CT法、超聲波測(cè)量、核磁共振等，逆向工程現(xiàn)在一般用三維激光測(cè)量?jī)x居多，特別是SEREIN三維激光掃描儀非常常見(jiàn)（如圖2-1）。激光掃描是一種不與實(shí)物接觸的測(cè)量方法，激光照射到物體表面，并接受漫射光成像點(diǎn)，根據(jù)照射點(diǎn)、成像點(diǎn)和表面反射點(diǎn)三點(diǎn)的三維坐標(biāo)，計(jì)算出物體的三維坐標(biāo)，這種方法非常適合易變性、復(fù)雜曲面的測(cè)量。三維激光掃描是集光、機(jī)、電和計(jì)算機(jī)等多項(xiàng)技

32、術(shù)于一體的高新技術(shù)，速度快、精度高，而且其測(cè)量結(jié)果還能直接與多種軟件接口連接作用。它通過(guò)激光測(cè)量得到坐標(biāo)即是將實(shí)物的立體信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，這些數(shù)字信號(hào)就可以供計(jì)算機(jī)直接處理。隨著它在CAD、CAM、CIMS等技術(shù)中的應(yīng)用日益普及，比如這些數(shù)據(jù)能直接與CAD/CAM/CIMS等軟件接口連接并在系統(tǒng)中對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪、調(diào)整、修補(bǔ)，然后再送到加工中心制造，可以極大縮短產(chǎn)品制造周期，所以它對(duì)于現(xiàn)代制造業(yè)具有重要的意義。三維掃描技術(shù)歷經(jīng)很長(zhǎng)發(fā)展歷程，從產(chǎn)生到現(xiàn)在各個(gè)過(guò)程中的掃描原理各不相同，圖2-2為三維掃描幾種關(guān)鍵技術(shù)。圖2-2 三維掃描技術(shù)分類2.2 點(diǎn)云處理 三維掃描結(jié)束后，掃描儀獲取的大量三

33、維數(shù)據(jù)就稱作點(diǎn)云數(shù)據(jù)（Point Cloud），三維激光掃描儀測(cè)量的點(diǎn)云一般為密集點(diǎn)云。測(cè)量結(jié)束后，由于任何設(shè)備測(cè)量結(jié)果都不可避免或多或少地存在著誤差，而且測(cè)量系統(tǒng)還受到周圍環(huán)境的影響，所以在進(jìn)行數(shù)據(jù)模型重構(gòu)之前必須對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理，這樣才能為后面的逆向工程模型重構(gòu)和實(shí)體制造操作打下基礎(chǔ)。點(diǎn)云處理主要包括了點(diǎn)云預(yù)處理、點(diǎn)云去噪、數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)及修補(bǔ)漏洞、特征提取、點(diǎn)云分割與重組這幾個(gè)環(huán)節(jié)。此次小平面逆向工程研究在獲取樣品點(diǎn)云數(shù)據(jù)以后，要經(jīng)歷以下幾個(gè)步驟。第一，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。先導(dǎo)入點(diǎn)云數(shù)據(jù)，有的點(diǎn)云可直接導(dǎo)入，有的要轉(zhuǎn)化為軟件處理需要的數(shù)據(jù)格式。在用Pro/E進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，先要設(shè)置操作

34、環(huán)境，然后選中系統(tǒng)坐標(biāo)系，設(shè)置可見(jiàn)點(diǎn)的百分比和掃描方向，點(diǎn)擊預(yù)覽生成，會(huì)出現(xiàn)掃面點(diǎn)的曲線的生成，這就是完成了數(shù)據(jù)的導(dǎo)入和預(yù)處理。第二，點(diǎn)云去噪處理。由于樣品表面輪廓的獲取需要很高的精度才能完成后續(xù)的工作，但是無(wú)論是接觸式測(cè)量還是非接觸式測(cè)量都會(huì)出現(xiàn)一些數(shù)據(jù)誤差，尤其是實(shí)物邊界點(diǎn)和一些尖點(diǎn)的測(cè)量更容易產(chǎn)生誤差。測(cè)量中的錯(cuò)誤點(diǎn)或者是超差點(diǎn)稱為噪聲點(diǎn)，它的存在直接影響后續(xù)逆向工程的工作，導(dǎo)致形成的模型與實(shí)物之間有很大的差距，嚴(yán)重影響精度要求和性能要求。所以為了提高后續(xù)工作的質(zhì)量，必須對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)云去噪，在滿足曲面精度的前提下，還要盡可能減少多余數(shù)據(jù)，防止過(guò)多相互干擾。去噪的主要方法有人機(jī)交互法，

35、弦高差法和曲線檢查法。人機(jī)交互法是逆向工程去噪最簡(jiǎn)單的方法，首先逆向軟件云點(diǎn)中會(huì)顯示哪些是明顯的噪聲點(diǎn)，將它們直接刪除就可以完成初步的去噪處理。弦高差法適合云點(diǎn)較為密集的場(chǎng)合，它通過(guò)計(jì)算一個(gè)點(diǎn)與前后兩點(diǎn)的弦的距離完成處理。曲線檢查法最為實(shí)用，它首先擬合成一條樣條曲線，再利用最小二乘法計(jì)算數(shù)據(jù)點(diǎn)到樣條曲線的歐式距離，認(rèn)定是噪聲點(diǎn)后會(huì)剔除掉。第三，數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)、平滑及光順。當(dāng)測(cè)量數(shù)據(jù)較多時(shí)，這些數(shù)據(jù)不僅占用計(jì)算機(jī)很大的存儲(chǔ)空間，而且對(duì)傳輸和顯示極為不利，所以數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)能大大提高效率。針對(duì)一些尖點(diǎn)、邊界點(diǎn)等掃描不到或掃描不清的區(qū)域，首先要通過(guò)數(shù)據(jù)插補(bǔ)的方法來(lái)補(bǔ)齊數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)冗多時(shí)，需要進(jìn)行精簡(jiǎn)，主要有包圍

36、法、精確法、比例數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)和利用邊界修正法幾種方法。為了消除噪音點(diǎn)對(duì)建模的影響，還有必要進(jìn)行數(shù)據(jù)平滑，這樣就保持了待求參數(shù)所能提供的信息不變，而且能得到精確的模型，為后續(xù)特征提取獲得良好效果。數(shù)據(jù)平滑有高斯濾波、均值濾波、中值濾波、標(biāo)準(zhǔn)中值濾波幾種常見(jiàn)方法，主要原理就是計(jì)算平均值得出中值來(lái)代替原始數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)光順從字面上理解就是使數(shù)據(jù)光滑、順眼，在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中不允許對(duì)測(cè)量云點(diǎn)過(guò)多修改來(lái)滿足光順的要求，一些要點(diǎn)比如說(shuō)邊界上的某些特征點(diǎn)必須保留，這也是出于邊界多樣性的考慮，它們不能被視為“壞點(diǎn)”。第四，特征提取。逆向工程中的特征提取是利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)和邊界曲線進(jìn)行構(gòu)造，用數(shù)學(xué)方法構(gòu)造成逆向曲線和曲面。特

37、征提取技術(shù)在逆向工程中有著重要的意義，主要是能提高建模效率、建模精度和修改能力，有利于逆向創(chuàng)新。主要的逆向特征有二次曲面、過(guò)度曲面、圓柱面、回轉(zhuǎn)面以及一些復(fù)雜的自由曲面，一般采用交互方式進(jìn)行點(diǎn)云切片和曲面擬合算法兩種進(jìn)行構(gòu)造。第五，點(diǎn)云分割與重組。實(shí)物的模型一般具有多個(gè)曲面特征，如果直接進(jìn)行擬合重構(gòu)的話會(huì)加大處理難度，所以很有必要進(jìn)行點(diǎn)云分割處理，把它們分成單一的幾何特征來(lái)處理。主要的三種分割方法有基于邊的分割、基于面的分割和聚類分割法，基于邊的分割主要是抓住邊界點(diǎn)來(lái)判斷是不是單一特征，基于面的分割主要判斷是不是一個(gè)面上的數(shù)據(jù)，而聚類分割法需要根據(jù)點(diǎn)的局部幾何特征對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行聚類，通常利用到人

38、工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。而點(diǎn)云重新多次掃描后形成的數(shù)據(jù)要進(jìn)行手工“縫合”,即進(jìn)行數(shù)據(jù)重組，因?yàn)槟壳耙话愕能浖缀醵紱](méi)有進(jìn)行重定位整合的功能所以需要手工操作。手工操作時(shí)需要在測(cè)量件上兩次選取定位基準(zhǔn)點(diǎn)，要在測(cè)量過(guò)程中得出基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)值，然后按照一定的判斷規(guī)則得到各基準(zhǔn)點(diǎn)的精度，再在相應(yīng)軟件中顯示各測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)值并作移動(dòng)處理，數(shù)據(jù)重組的目的是要求所有測(cè)量數(shù)據(jù)都要整合到一個(gè)定位下面。第六，包絡(luò)處理。進(jìn)行完上述操作后必須要進(jìn)行保存， 然后需要做的是包絡(luò)處理，包絡(luò)處理也是點(diǎn)云處理的最后一步。包絡(luò)處理即對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行小平面構(gòu)造，然后需要修改和調(diào)整使其滿足給定要求，點(diǎn)擊“包絡(luò)”后形成了三角形小平面，然后要對(duì)其進(jìn)行小平面粗調(diào)

39、和小平面精調(diào)。小平面粗調(diào)自動(dòng)化程度高，但是精度較低，要經(jīng)過(guò)按長(zhǎng)度選取、壓淺、穿透、壓深、移除腹板幾個(gè)過(guò)程。小平面精調(diào)正好和粗調(diào)相反，自動(dòng)化程度低但是精度高，可以細(xì)化控制，經(jīng)過(guò)填充邊、填充、填充層幾個(gè)重要步驟后小平面精調(diào)就完成了。2.3 曲面重構(gòu)曲面重建是整個(gè)逆向工程三維幾何重建的最關(guān)鍵、最復(fù)雜的環(huán)節(jié)，也是逆向工程的主要目的，只有這樣才能進(jìn)行后續(xù)設(shè)計(jì)和制造。作為逆向工程的核心技術(shù)，它依據(jù)掃描并處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)來(lái)建立CAD模型，并且導(dǎo)入像小平面這樣的一些特征來(lái)獲取模型。根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成參數(shù)化造型的不同和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不同，主要有以下幾大類掃描方法：（1）采用通用CAD軟件方法，以B樣條或NURBS曲面

40、為基礎(chǔ)的曲面構(gòu)造方案（2）以三角Bezier曲面為基礎(chǔ)的曲面重構(gòu)方案（3）以多面體方式來(lái)表達(dá)曲面物體以上方法中第一種和第二種比較常見(jiàn)，經(jīng)常運(yùn)用在CAD/CAM系統(tǒng)中，特別是B樣條在逆向工程中應(yīng)用最多。雖然三角網(wǎng)絡(luò)平面是曲面重構(gòu)的一個(gè)重要領(lǐng)域，但是三角網(wǎng)絡(luò)平面頂點(diǎn)眾多，給曲面造型編輯帶來(lái)很大麻煩，一旦減少頂點(diǎn)就難以保證其精度，而B樣條比較簡(jiǎn)單而且點(diǎn)云光順性好，所以使用最為廣泛。在逆向工程中，創(chuàng)建CAD模型仿制出產(chǎn)品的外形并進(jìn)一步CAM處理和快速成型制造必須要考慮實(shí)物的外形，因?yàn)槊恳环N幾何形狀都有其特性，要想將一件產(chǎn)品應(yīng)用于逆向工程，必須考慮產(chǎn)品外形的幾何特性，在眾多處理方法中選擇適當(dāng)?shù)哪且粋€(gè)，這

41、樣才能反求出良好的幾何形狀模型。比如小平面造型設(shè)計(jì)時(shí)，必須要根據(jù)需要造型的實(shí)物來(lái)選擇方案和點(diǎn)云密集度。由此我們了解到想要提高效率就要在曲面重構(gòu)之前了解樣品的曲面特性及其曲面生成的數(shù)學(xué)模式。在曲面重構(gòu)中，一般用近似法和插補(bǔ)法兩種方法處理由三維掃描儀所得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)來(lái)建立曲面。表2-1曲面重構(gòu)處理點(diǎn)云方法對(duì)比序號(hào)方法具體表現(xiàn)優(yōu)缺點(diǎn)1近似法首先必須指定一個(gè)容許誤差值和控制點(diǎn)起始數(shù)目，擬合出一個(gè)曲面后將測(cè)量的點(diǎn)投射到曲面上并分別求出點(diǎn)到面的誤差量，控制誤差量在容許誤差值內(nèi)優(yōu)點(diǎn)是擬合的曲線不需要通過(guò)每個(gè)測(cè)量點(diǎn)，因此有抑制噪聲的作用。缺點(diǎn)是如果數(shù)據(jù)很密集，則運(yùn)算時(shí)間很長(zhǎng)2插補(bǔ)法插補(bǔ)法原理是插補(bǔ)每個(gè)截面的點(diǎn)

42、數(shù)據(jù)，擬合成通過(guò)這些點(diǎn)的曲線，最后形成曲面優(yōu)點(diǎn)在于得到的曲面準(zhǔn)確，缺點(diǎn)是如果測(cè)量得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)含大量的噪聲點(diǎn)則產(chǎn)生相當(dāng)大的誤差根據(jù)以上表格我們得出應(yīng)該是具體點(diǎn)云情況來(lái)選擇方法，如果點(diǎn)云的點(diǎn)很少而且噪聲點(diǎn)較小，我們應(yīng)該用插補(bǔ)法來(lái)進(jìn)行曲面重構(gòu)，如果掃描所得到的點(diǎn)云有大量數(shù)據(jù)點(diǎn)而且噪聲點(diǎn)較大，則宜采用近似法。若還以插補(bǔ)法來(lái)重建，則掃描時(shí)所夾帶的噪聲點(diǎn)會(huì)夾帶在曲面中，從而產(chǎn)生較大的誤差，此時(shí)近似法對(duì)誤差有抑制作用。在小平面逆向重構(gòu)中，首先要點(diǎn)擊“小平面處理”按鈕，進(jìn)入小平面界面，然后有小平面選取選項(xiàng)，主要有按長(zhǎng)度選取、選取連接元件、反向選取、僅選取可見(jiàn)項(xiàng)四個(gè)步驟。完成后再進(jìn)行小平面操作，進(jìn)行小平面特征

43、重構(gòu)，形成之后需要填充含有破洞的小平面，然后要整理模型中存在的尖點(diǎn)和過(guò)度生硬的地方，要進(jìn)行小平面精整，即對(duì)小平面特征的細(xì)化，讓小平面變得更加平滑，一般采用松弛法調(diào)整小平面的頂點(diǎn)位置來(lái)讓曲面平滑，最后采用模型集管操作讓所有小平面邊界連成一個(gè)整體再稍作調(diào)整即完成對(duì)小平面特征的整個(gè)重構(gòu)的框架。在完成小平面重構(gòu)以后，直接重新實(shí)體造型前還需要在小平面上創(chuàng)建一些曲線和曲面來(lái)完成整個(gè)小平面創(chuàng)建過(guò)程。創(chuàng)建過(guò)程中可以捕捉點(diǎn)，也可以采取剖面或者曲面的邊緣及銳邊來(lái)進(jìn)行創(chuàng)建，然后繼續(xù)曲線或者曲面修改就可以完成整個(gè)操作。曲線修改有控制多邊形法進(jìn)行局部微調(diào)控制、造型點(diǎn)曲線編輯、添加環(huán)創(chuàng)建解析面等方法，最后的樣條曲線和樣條

44、曲面建成即完成操作，為后續(xù)工作做好準(zhǔn)備。2.4 實(shí)體建模完成模型重夠以后就要進(jìn)行逆向工程技術(shù)的最后一步實(shí)體建模，這也是逆向工程的最終目的。三維實(shí)體建模能夠?qū)?shí)物結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析、公差分析和生成數(shù)控加工代碼，零件的特征能更加直觀方便地被理解，所以在現(xiàn)代應(yīng)用很廣泛。而在三維實(shí)體建模中一種基于STL模型的逆向工程實(shí)體建模的方法應(yīng)用廣泛，它的基本原理是以三角形模型來(lái)代替樣品外圍輪廓的幾何模型，這種方法得到的樣品質(zhì)量很高，所以得以應(yīng)用。但是STL模型對(duì)數(shù)據(jù)還是有一定要求的，必須要通過(guò)檢驗(yàn)才行，而且STL模型只記錄了物體的外觀信息，沒(méi)有記錄任何的拓?fù)湫畔?，所以重建之前必須要建立拓?fù)湫畔⒉拍芾^續(xù)工作。實(shí)體

45、重建一般步驟為檢驗(yàn)數(shù)據(jù)信息、重建實(shí)體的拓?fù)湫畔?、提取幾何要素、建立幾何要素間拓?fù)潢P(guān)系、重建整個(gè)模型幾大部分。第三章 米老鼠頭像的模型重構(gòu)3.1 米老鼠頭像重構(gòu)簡(jiǎn)要說(shuō)明 本次研究第三章通過(guò)米老鼠頭像重構(gòu)這樣一個(gè)小實(shí)例來(lái)熟悉一下小平面特征逆向工程造型設(shè)計(jì)的全過(guò)程，米老鼠頭像對(duì)稱且曲面較多，需要用到Pro/E里的小平面對(duì)線和面的處理來(lái)重構(gòu)，整個(gè)過(guò)程分為模型分析、造型前準(zhǔn)備、輸入點(diǎn)云數(shù)據(jù)、點(diǎn)云處理、包絡(luò)處理、小平面處理和重新造型這幾個(gè)步驟來(lái)完成。3.2 數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理3.2.1激光掃描儀采集數(shù)據(jù)拿到樣品后，首先使用激光三維掃描儀來(lái)獲取米老鼠外觀輪廓的的數(shù)據(jù)信息，具體操作步驟如下。首先打開(kāi)電源，點(diǎn)擊一

46、個(gè)紅色按鈕讓機(jī)器歸零，然后第二步點(diǎn)擊對(duì)話框讓對(duì)話框彈出，這時(shí)會(huì)出現(xiàn)輸入密碼提示，然后輸入機(jī)器密碼并確認(rèn)，激活菜單，在菜單上找到激光按鈕并打開(kāi)，接著打開(kāi)機(jī)器鏡頭，在儀器顯示屏上會(huì)出現(xiàn)顯示的網(wǎng)格，出現(xiàn)網(wǎng)格后就可以掃描了。在進(jìn)行掃描時(shí)，必須不斷旋轉(zhuǎn)角度而且適時(shí)要調(diào)節(jié)T軸的圓心，為了消除T軸圓心在每次開(kāi)機(jī)關(guān)機(jī)時(shí)造成的誤差，所以每次開(kāi)機(jī)之前都先要校正圓心。當(dāng)一次掃描獲取米老鼠頭像點(diǎn)云數(shù)據(jù)以后必須將轉(zhuǎn)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)120度準(zhǔn)備第二次掃描，這個(gè)可以點(diǎn)擊按鈕自動(dòng)完成。旋轉(zhuǎn)完后與第一次掃描相同，要校正圓心并將角度清零后才能開(kāi)始掃描。完成后旋轉(zhuǎn)120度進(jìn)行第三次掃描，步驟和前兩次一樣。全部做完后將三次結(jié)果在surfa

47、cer里打開(kāi)，其中一次點(diǎn)云如圖3-1所示。圖3-1米老鼠頭像點(diǎn)云3.2.2數(shù)據(jù)預(yù)處理上訴操作完成數(shù)據(jù)獲取工作，掃描完成后必須還要對(duì)獲取的點(diǎn)云進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理而達(dá)到逆向工程造型的要求。在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，必須要轉(zhuǎn)化成軟件可以處理的格式，比如igs、pts、stl格式都是Pro/E可以處理的格式。造型之前要修改工作目錄，新建一個(gè)目錄，做好處理前準(zhǔn)備后就可以輸入點(diǎn)云數(shù)據(jù)了。做點(diǎn)云處理時(shí)首先要建立坐標(biāo)系并刪除明顯不合群的點(diǎn)，即界外點(diǎn)，這些都是明顯不需要的數(shù)據(jù)，需要開(kāi)啟過(guò)濾功能刪除掉，如果保留會(huì)影響后續(xù)工作的進(jìn)展。完成后就可以打開(kāi)菜單欄中插入一欄，選中小平面特征，彈出如圖3-2所示選項(xiàng)框就點(diǎn)擊確定將點(diǎn)云帶入

48、小平面模式。圖3-2小平面輸入選項(xiàng)3.3 小平面處理3.3.1點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理打開(kāi)小平面界面后首先在菜單欄找到“去噪處理”，先進(jìn)行靈敏度設(shè)置開(kāi)啟降噪模式去除粗大噪聲點(diǎn)，然后點(diǎn)擊“填充”對(duì)頭像上部分顯示不全或者有破洞的區(qū)域進(jìn)行填充處理，下一步對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行精簡(jiǎn)處理，需要點(diǎn)擊“示例”選項(xiàng)，設(shè)定間距為0.5并按提示選項(xiàng)“統(tǒng)一抽樣”點(diǎn)擊選項(xiàng)框，讓點(diǎn)云數(shù)據(jù)變得平滑和光順。操作完這些步驟要點(diǎn)擊“保存”，方便后續(xù)處理。3.3.2包絡(luò)處理 首先點(diǎn)擊“包絡(luò)”，對(duì)處理完成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)附著三角平面，即對(duì)各個(gè)點(diǎn)進(jìn)行組合每三個(gè)點(diǎn)一組合創(chuàng)建完成三角面，創(chuàng)建的三角面及最后包絡(luò)生成的米老鼠頭像三角面如圖3-3、3-4所示。圖3-3創(chuàng)建

49、三角面圖3-4米老鼠頭像包絡(luò)后的三角面3.3.3小平面調(diào)整包絡(luò)后首先要進(jìn)行小平面粗調(diào)，點(diǎn)擊工具欄中的指令對(duì)頭像三角面模型進(jìn)行修改，粗調(diào)可以對(duì)頭像點(diǎn)云的深淺進(jìn)行調(diào)整，也可以點(diǎn)擊“去除腹板”、“松弛”、“分樣”等指令設(shè)置百分比、強(qiáng)度等，對(duì)米老鼠頭像表面粗糙度進(jìn)行修整，對(duì)耳朵的“破洞”進(jìn)行填充等，示例如圖3-5。圖3-5“破洞”修補(bǔ)粗調(diào)是為了讓點(diǎn)云在一定程度上得到修整，變得光順，雖然精度有一定限度，但是可以使點(diǎn)云狀況大為改善。粗調(diào)以后需要對(duì)頭像進(jìn)行精調(diào)，精調(diào)過(guò)程自動(dòng)化程度低，需要耐心去操作，但是精度較高。先點(diǎn)擊多面體面命令，進(jìn)入精調(diào)界面，基本原理是系統(tǒng)通過(guò)精整算法來(lái)細(xì)化小平面特征，通過(guò)分艙處理把一個(gè)

50、小平面分成幾個(gè)小平面來(lái)增加密度，也可以建立反向邊構(gòu)造空間四面體（如圖3-6）或者分割、打斷再重組，但是邊界不發(fā)生任何變化，精調(diào)后的點(diǎn)云質(zhì)量就會(huì)趨于完美了。圖3-6反向邊造型完成精調(diào)操作后，必須點(diǎn)擊“集束”生成集管，作用是將所有小塊點(diǎn)云連接成一個(gè)閉合的整體，但是必須建立在前面包絡(luò)順利完成的前提下，如果有噪聲點(diǎn)就不能連續(xù)相接。集束完成再點(diǎn)擊“確定”后就完成了整個(gè)小平面處理過(guò)程，即可以進(jìn)行模型重構(gòu)了。3.4 重新造型及實(shí)體化3.4.1米老鼠頭像重新造型首先設(shè)定重新造型工作區(qū)域，在菜單欄找到“插入”，第二步點(diǎn)擊“重新造型”，重新造型進(jìn)入如圖3-7所示界面。然后點(diǎn)擊“自動(dòng)曲面工具”“定義曲面片”，設(shè)置添

51、加曲面片數(shù)量為200，解析度數(shù)值為10，再點(diǎn)擊“自動(dòng)創(chuàng)建曲面”預(yù)覽一下效果。創(chuàng)建完成后必須不斷修改曲面，進(jìn)行包括反向處理、刪除多余小平面、分樣等操作才能得到質(zhì)量比較高的小平面造型。最后修改后局部造型圖如圖3-8所示。圖3-7重新造型界面圖3-8重新造型修改后局部視圖3.4.2 實(shí)體化 當(dāng)重新造型完成后是一個(gè)片體，需要對(duì)造型進(jìn)行拉伸轉(zhuǎn)化為實(shí)體，在拉伸界面里設(shè)置拉伸值為1，預(yù)覽效果后在菜單欄找到“編輯”選項(xiàng)，選中后點(diǎn)擊“實(shí)體化”即完成對(duì)米老鼠頭像的整個(gè)重構(gòu)過(guò)程。得到造型后即可以獲取參數(shù)，然后制造模具并導(dǎo)入快速成型機(jī)進(jìn)行快速成型加工了。- 15 -總 結(jié)為期半年的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束了，回首這個(gè)難忘的過(guò)

52、程，自己感覺(jué)從中學(xué)到了很多東西，可謂受益匪淺！這次我做的題目是小平面特征逆向造型設(shè)計(jì)，以前我對(duì)這塊內(nèi)容還是比較陌生的，但通過(guò)這么長(zhǎng)時(shí)間的學(xué)習(xí)，加上指導(dǎo)老師悉心的指導(dǎo)，我對(duì)逆向工程有了很多認(rèn)識(shí)，對(duì)Pro/E軟件操作也越來(lái)越熟練，特別對(duì)于小平面特征有了更深的理解。在設(shè)計(jì)過(guò)程中我曾遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，有時(shí)候自己開(kāi)始顯得手足無(wú)措，完全不知道從什么角度來(lái)解決。特別是做到點(diǎn)云處理時(shí)，由于實(shí)例操作中米老鼠頭像的點(diǎn)云比較復(fù)雜，自己對(duì)Pro/E知識(shí)了解也有限，所以經(jīng)常有些點(diǎn)云修改處理時(shí)不知道如何操作。這時(shí)，我在老師的指導(dǎo)下去學(xué)習(xí)操作，自己到網(wǎng)上和圖書館查找資料，最后終于一步一步解決了問(wèn)題。在這個(gè)逐漸解決問(wèn)題的過(guò)程中我得到了很大鍛煉，在鞏固