1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1. 緒 論2</b></p><p>　　1.1. 課題研究的提出與意義2</p><p>　　1.1.1課題背景2</p><p>　　1.1.2課題意義3</p><p>　　1.2逆向

2、工程特點(diǎn)和過程4</p><p>　　1.2.1逆向工程的特點(diǎn)4</p><p>　　1.3快速成型的技術(shù)原理、早期發(fā)展和特點(diǎn)功能6</p><p>　　1.3.1快速成型原理6</p><p>　　1.3.2快速成型工藝方法7</p><p><b>　　1.4軟件介紹9</b>&l

3、t;/p><p>　　1.4.1 Imageware軟件簡介9</p><p>　　1.4.2 Pro/Engineer軟件逆向工程模塊簡介10</p><p>　　2.逆向工程一般步驟12</p><p>　　2.1實(shí)體三維數(shù)據(jù)的獲得——掃描12</p><p>　　2.2點(diǎn)云處理12</p>&

4、lt;p>　　2.3曲面重構(gòu)13</p><p>　　2.4實(shí)體建模14</p><p>　　2.5 本次設(shè)計(jì)逆向方案的確定15</p><p>　　2.6 本章小結(jié)16</p><p>　　3.建立烏龜曲面具體步驟17</p><p>　　3.1烏龜曲面逆向開發(fā)的流程17</p>&l

5、t;p>　　3.1.1數(shù)據(jù)獲取和處理17</p><p>　　3.1.2點(diǎn)云數(shù)據(jù)清理17</p><p>　　3.1.3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化導(dǎo)出通用格式18</p><p>　　3.2小平面特征18</p><p>　　3.2.1造型前準(zhǔn)備19</p><p>　　3.2.2輸入點(diǎn)云數(shù)據(jù)19</p>

6、<p>　　3.2.3點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理20</p><p>　　3.2.4包絡(luò)處理22</p><p>　　3.2.5小平面處理22</p><p>　　3.3重新造型28</p><p>　　3.3.1修改數(shù)學(xué)屬性29</p><p>　　3.3.2修改曲面31</p><p&

7、gt;　　3.3.3曲面重新構(gòu)造31</p><p>　　3.4實(shí)體化過程33</p><p>　　3.5快速成型制造34</p><p>　　3.6質(zhì)量評(píng)估檢測35</p><p>　　3.7本章小結(jié)36</p><p><b>　　4.總結(jié)36</b></p><

8、;p><b>　　致 謝38</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)39</b></p><p><b>　　緒 論</b></p><p>　　課題研究的提出與意義</p><p><b>　　1.1.1課題背景</b></p&g

9、t;<p>　　逆向工程技術(shù)是20世紀(jì)80年代初分別由3M公司、日本名古屋工業(yè)研究所以及美國UVP公司提出并研制開發(fā)成功的。</p><p>　　在國外，逆向工程越來越受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的重視，目前逆向工程已經(jīng)發(fā)展成CAD/CAM系統(tǒng)中的一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的研究分支。在數(shù)字化測量技術(shù)方面，測量方法各種各樣，測量設(shè)備和精度日益提高。由英國Ferranti公司于20世紀(jì)50年代開始研制的三坐標(biāo)測量機(jī)（coor

10、dinate measuring machine,CMM）,以及德國Zeiss公司于1973年推出的UMM500測量機(jī)已成為傳統(tǒng)機(jī)械接觸式測量方法的代表。</p><p>　　在曲面重構(gòu)技術(shù)方面，也不斷取得突破性進(jìn)步。在20世紀(jì)70年代，Riesenfeld等人研究了非均勻B樣條、Versprille完成了有理B樣條曲線曲面的具體應(yīng)用。隨后，Piegl等人系統(tǒng)地探索了B樣條曲線曲面的構(gòu)造及其形狀調(diào)整問題，并敘述了

11、NURBS方法。20世紀(jì)初期開始對(duì)散亂數(shù)據(jù)插值進(jìn)行研究，并在根據(jù)給定散亂數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)造光滑曲面的理論和方法上取得了顯著成就。1968年，Shepard研究了非規(guī)則分布數(shù)據(jù)的二維差值函數(shù)，給出了最小二乘法距離加權(quán)插值算法。1986年，F(xiàn)rain則提出了構(gòu)造C連續(xù)三角Bernstein-Bezier曲面的方法。在商用軟件方面，主要有美國Imageware公司的Surfacer10.5、Imageware、英國DelCam公司的CopyCAD等。

12、而且在Pro/E、UG中也都發(fā)展出逆向模塊。這些都對(duì)復(fù)雜曲面的反求工程提供合適的環(huán)境。在本課題中使用了Imageware軟件，和Pro/E中的逆向模塊。</p><p>　　在我國，復(fù)雜曲面反求技術(shù)是 20 世紀(jì) 90 年代后期才迅速發(fā)展和推廣的。目前，已有一些高等學(xué)校和企業(yè)正致力于這方面的研究。華中科技大學(xué)開發(fā)了三維彩色掃描系統(tǒng)3DLCS95，于1995年獲得了國家專利。在浙江大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、南京航空航天大

13、學(xué)、西安交通大學(xué)、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)等也先后開展了復(fù)雜曲面反求工程 CAD 問題的研究。浙江大學(xué)研制開發(fā)了基于三角曲面初始表達(dá)的復(fù)雜曲面反求工程軟件 RE-SOFT。此外，復(fù)雜曲面反求技術(shù)在我國企業(yè)也有一定的應(yīng)用，如珠海模具中心、東風(fēng)汽車公司、天津大學(xué)內(nèi)燃機(jī)研究所、浙江大學(xué)和湖南大學(xué)等運(yùn)用反求技術(shù)進(jìn)行新產(chǎn)品的開發(fā)與研制。但在我國復(fù)雜曲面的逆向工程還處在初級(jí)階段，所以不斷進(jìn)行研究具有重要意義。本課題就逆向工程的過程及其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研

14、究。</p><p><b>　　1.1.2課題意義</b></p><p>　　逆向工程在我國對(duì)逆向工程技術(shù)的研究起步較晚，主要局限于一些大學(xué)和科研院所，其中浙江大學(xué)李永青教授、清華大學(xué)姜元庚，劉佩軍等的研究是領(lǐng)先全國的，但是也有理論重滯后生產(chǎn)實(shí)際，與國外如火如荼的研究熱相比明顯的差距。傳統(tǒng)的產(chǎn)品外形開發(fā)多是重新建模，使得設(shè)計(jì)周期長，而采用逆向工程進(jìn)行外形的再設(shè)計(jì)可

15、以縮短設(shè)計(jì)和改進(jìn)的周期。所以逆向工程的意義不僅僅在于探索并掌握支持產(chǎn)品全生命周期設(shè)計(jì)、制造的關(guān)鍵技術(shù)，更體現(xiàn)在逆向反求的過程中接納先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想和制造理念，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)理論和思想上的創(chuàng)新，這對(duì)于我國科技進(jìn)步和制造業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。</p><p>　　“引進(jìn)、消化、吸收、創(chuàng)新”是被證明了的新產(chǎn)品快速開發(fā)的有效途徑。通過反求工程的分析可以全面理解原型的設(shè)計(jì)思路，發(fā)現(xiàn)其優(yōu)點(diǎn)和不足，增加反求設(shè)計(jì)產(chǎn)品及工程的可靠性

16、；通過反求工程技術(shù)，可以完成基于數(shù)字化模型的產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)，以達(dá)到進(jìn)一步改進(jìn)原型設(shè)計(jì)的目的；采用反求工程技術(shù)可以避免自主研發(fā)中的不少彎路，從而大幅度縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，適應(yīng)市場的要求，為企業(yè)快速占領(lǐng)市場創(chuàng)造了條件。充分利用別國的科技成就加以消化吸收與創(chuàng)新，進(jìn)而發(fā)展自己的技術(shù)，已成為世界各國普遍運(yùn)用的方法和手段。逆向工程技術(shù)的應(yīng)用對(duì)我國企業(yè)縮短與發(fā)達(dá)國家的差距具有特別重要的意義。</p><p>　　逆向工程包含對(duì)

17、產(chǎn)品的研究與發(fā)展,生產(chǎn)制造過程,管理和市場組成的完整系統(tǒng)的分析和研究.主要包括以下幾個(gè)方面:探索原產(chǎn)品設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想、研究產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、確定產(chǎn)品的造型、確定產(chǎn)品的維護(hù)與管理，而快速成型技術(shù)( 簡稱RP) 是20 世紀(jì)末發(fā)展起來的一項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù), 是在現(xiàn)代CAD/ CAM、激光、CNC、精密伺服驅(qū)動(dòng)以及新材料等技術(shù)的基礎(chǔ)上集成發(fā)展起來的。快速成型根據(jù)計(jì)算機(jī)上構(gòu)造的三維模型, 能在很短時(shí)間內(nèi)直接制造出產(chǎn)品樣品, 是制造業(yè)企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)服

18、務(wù)的一項(xiàng)重要技術(shù)。逆向工程與快速成型制造技術(shù)相結(jié)合將從根本上改變傳統(tǒng)產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)和制造模式。解決了一些復(fù)雜形體的三維建模和難以加工出實(shí)物模型等問題,實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的快速復(fù)制。本文著重研究了逆向工程的實(shí)現(xiàn)方法和其關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)于企業(yè)及個(gè)人學(xué)習(xí)和提高逆向工程方面的知識(shí)有著重要意義。其中應(yīng)用了Pro/E中的小平面特征、重新造型、和造型模塊，解決了復(fù)雜曲面的逆向中部分難點(diǎn)，對(duì)于企業(yè)有著廣泛應(yīng)用。</p><p>　　1.2逆

19、向工程特點(diǎn)和過程</p><p>　　1.2.1逆向工程的特點(diǎn)</p><p>　　逆向工程是在已有實(shí)物的基礎(chǔ)上進(jìn)行的再設(shè)計(jì)，所以相對(duì)于傳統(tǒng)的正向設(shè)計(jì)，具有以下特點(diǎn)。</p><p>　　1 .產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期短</p><p>　　逆向工程系統(tǒng)就專門為制造業(yè)提供了一個(gè)全新、高效的三維制造路線。并給出一個(gè)一體化的解決方案：樣品→數(shù)據(jù)→產(chǎn)品。且向設(shè)

20、計(jì)以已有實(shí)物為參照物，比較直觀。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行復(fù)制和改進(jìn)設(shè)計(jì)，可以節(jié)省很多產(chǎn)品構(gòu)思時(shí)間。</p><p>　　2.產(chǎn)品設(shè)計(jì)更加成熟可靠</p><p>　　逆向工程通常是以專案方式執(zhí)行模型的仿制工作。因?yàn)橛虚L期專門從事逆行工作的專業(yè)技術(shù)人員，所以工作效率很高。而且在已有成熟產(chǎn)品上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，風(fēng)險(xiǎn)將會(huì)降到最低，設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品也會(huì)更加穩(wěn)定可靠。</p><p>　　3.

21、產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本更低</p><p>　　逆向設(shè)計(jì)的產(chǎn)品是在原有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)的，較正向設(shè)計(jì)在測試的時(shí)間和頻率可以適當(dāng)減少，降低的成本可觀。</p><p><b>　　產(chǎn)品的傳承性更好</b></p><p>　　參照已有的產(chǎn)品進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)，可以更好地繼承原有產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，改進(jìn)其缺點(diǎn)，使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品不斷獲得改進(jìn)與提高。</p>&

22、lt;p>　　1.2.2逆向工程的過程</p><p>　　逆向工程的實(shí)現(xiàn)過程中，主要包括以下幾個(gè)關(guān)鍵步驟：</p><p><b>　　實(shí)物樣件模型</b></p><p>　　確定被測對(duì)象是逆向工程的前提，表面良好的樣件是實(shí)現(xiàn)逆向工程的第一步，樣件的質(zhì)量將直接影響后續(xù)反求的精度。在本次設(shè)計(jì)中，這個(gè)因素影響不大，故不作太多討論。<

23、/p><p><b>　　2實(shí)體點(diǎn)云的掃描</b></p><p>　　點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲得即通過特定的測量設(shè)備和測量方法獲取產(chǎn)品的表面離散點(diǎn)的幾何坐標(biāo)數(shù)據(jù)，將產(chǎn)品的幾何形狀數(shù)據(jù)化。</p><p><b>　　3數(shù)據(jù)預(yù)處理</b></p><p>　　數(shù)據(jù)處理的工作主要包括：數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化、點(diǎn)云的拼合、噪聲過

24、濾、特征提取、數(shù)據(jù)簡化以及點(diǎn)云分塊等。</p><p><b>　　4模型重構(gòu)</b></p><p>　　這個(gè)環(huán)節(jié)是逆向工程中最關(guān)鍵、最復(fù)雜的環(huán)節(jié)。在本次設(shè)計(jì)中采用小平面特征、重新造型、曲面構(gòu)造等方法。</p><p><b>　　5產(chǎn)品加工</b></p><p>　　快速成型是制造技術(shù)的一次飛

25、躍，其包括光固化成型（SL）、粉末燒結(jié)成型（SLS）、層疊法成型（LOM）、熔積成型（FDM）等多達(dá)十余種具體的工藝方法。這個(gè)過程還包括對(duì)新建模型進(jìn)行誤差分析，其過程應(yīng)該考慮被測物對(duì)機(jī)構(gòu)引起的綜合軌跡誤差、逆向工程設(shè)計(jì)所存在測量誤差、和后續(xù)的加工誤差和設(shè)計(jì)中曲線擬合的誤差等。</p><p>　　逆向工程建模的一般流程圖：</p><p>　　圖1. 1 逆向建模一般流程</p>

26、;<p>　　模型曲面分析——確定掃描方案——進(jìn)行實(shí)體點(diǎn)云掃描——進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理——建立需要的曲線——建立曲面——實(shí)體建模(如圖1. 1所示)。</p><p>　　1.3快速成型的技術(shù)原理、早期發(fā)展和特點(diǎn)功能</p><p>　　1.3.1快速成型原理</p><p>　　快速成型（也稱快速原型）制造技術(shù)(Rapid Prototyping &am

27、p; Manufacturing，RP&M)起始90年代，將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制(CNC)、激光、精密伺服驅(qū)動(dòng)和新材料等先進(jìn)技術(shù)集成一體。依據(jù)計(jì)算機(jī)上構(gòu)成的工件三維設(shè)計(jì)模型(圖1. 2 (a))，對(duì)其進(jìn)行分層切片，得到各層截面的二維輪廓(圖1. 2 (b))。</p><p>　　按照這些輪廓，成形裝置選擇性地固化-層層的液態(tài)樹脂(或切割-層層的紙，燒結(jié)-層層

28、的粉末材料，噴涂-層層的熱熔材料或粘結(jié)劑等)， 形成各個(gè)截面輪廓(圖1. 2 (c))并逐步順序疊加成三維工件(圖1. 2 (d))。</p><p>　　圖1. 2 快速成型制作過程</p><p>　　快速成形技術(shù)徹底擺脫了傳統(tǒng)的“去除”加工法-部分去除大于工件的毛坯上的材料來得到工件。而采用全新的“增長”加工法，用層層的小毛坯逐步疊加成大工件，將復(fù)雜的三維加工分解成簡單的二維加工的組

29、合。因此，它不必采用傳統(tǒng)的加工機(jī)床和工模具，只需傳統(tǒng)加工方法的10％-30％的工時(shí)和20％-35％的成本，就能直接制造出產(chǎn)品樣品或模具。</p><p>　　1.3.2快速成型工藝方法</p><p>　　目前快速成型主要工藝方法及其分類見圖1. 3所示</p><p>　　圖1. 3 快速成型主要工藝方法及其分類</p><p>　　立體光

30、固化成型法（SL, Stereo-Lithography）</p><p>　　光固化法(SL)是以液態(tài)光敏樹脂為原材料，在計(jì)算機(jī)控制下的紫外激光按預(yù)定零件各分層截面的輪廓軌跡對(duì)液態(tài)樹脂逐點(diǎn)掃描，使樹脂薄層產(chǎn)生光聚合(固化)反應(yīng)，從而形成薄層截面。完成一個(gè)固化層后，工作臺(tái)下降一個(gè)層厚，再描、固化，新固化的一層牢固地粘接在一層上，如此反復(fù)直至完成整個(gè)零件的固化成型。</p><p>　　選擇

31、性激光燒結(jié)法(SLS, Selective Laser Sintering)</p><p>　　選擇性激光燒結(jié)法(SLS)是在工作臺(tái)上均勻鋪上一層很薄(100μ-200μ)的非金屬(或金屬)粉末，激光束在計(jì)算機(jī)控制下按照零件分層截面輪廓逐點(diǎn)地進(jìn)行掃描、燒結(jié)，使粉末固化成截面形狀。完成一個(gè)層面后工作臺(tái)下降一個(gè)層厚，反復(fù)進(jìn)行此過程便獲得需要的零件。</p><p>　　熔融沉積成型法(FDM

32、, Fused Deposition Modeling)</p><p>　　這種工藝是通過將絲狀材料如熱塑性塑料、蠟或金屬的熔絲從加熱的噴嘴擠出，按照零件每一層的預(yù)定軌跡，以固定的速率進(jìn)行熔體沉積。每完成一層，工作臺(tái)下降一個(gè)層厚進(jìn)行迭加沉積新的一層，如此反復(fù)最終實(shí)現(xiàn)零件的沉積成型。FDM工藝的關(guān)鍵是保持半流動(dòng)成型材料的溫度剛好在熔點(diǎn)之上(比熔點(diǎn)高1℃左右)。其每一層片的厚度由擠出絲的直徑?jīng)Q定，通常是0.25~0

33、.50mm。</p><p>　　FDM的優(yōu)點(diǎn)是材料利用率高，材料成本低，可選材料種類多，工藝簡潔。缺點(diǎn)是精度低;復(fù)雜構(gòu)件不易制造，懸臂件需加支撐;表面質(zhì)量差。該工藝適合于產(chǎn)品的概念建模及形狀和功能測試，中等復(fù)雜程度的中小原型，不適合制造大型零件。</p><p>　　三維印刷法(3DP,Three Dimensional Printing )</p><p>　　

34、三維印刷法是利用噴墨打印頭逐點(diǎn)噴射粘合劑來粘結(jié)粉末材料的方法制造原型。3DP的成型過程與SLS相似，只是將SLS中的激光變成噴墨打印機(jī)噴射結(jié)合劑。</p><p><b>　　1.4軟件介紹</b></p><p>　　1.4.1 Imageware軟件簡介</p><p>　　Imageware是著名的逆向工程軟件，廣泛應(yīng)用于汽車、航空、航天

35、、消費(fèi)家電、模具、計(jì)算機(jī)零部件領(lǐng)域。擁有廣大的用戶群，如BMW、Boeing、GM、Chrysler、Ford、Toyota。Imageware為自由曲面產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面的所有關(guān)鍵領(lǐng)域提供了應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的解決方案。空前先進(jìn)的技術(shù)保證了用戶能在更短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)、逆向工程，并精確地構(gòu)建和完全地檢測高質(zhì)量自由曲面。最新的產(chǎn)品版本更注重于高級(jí)曲面、3D檢測、逆向工程和多邊形造型，為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工程和制造營造了一個(gè)直覺的柔性設(shè)計(jì)環(huán)境。Imagewar

36、e提供了模塊化的產(chǎn)品來滿足用戶的不同需求，這樣的設(shè)計(jì)完全圍繞產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)、工模具設(shè)計(jì)和檢測、樣機(jī)，以至生產(chǎn)加工這一產(chǎn)品全生命周期，目的在于提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短上市時(shí)間。用戶在第一次使用時(shí)就可以配置最適合其流程的產(chǎn)品，使用這些工具是保證產(chǎn)品開發(fā)周期順利進(jìn)行的關(guān)鍵。</p><p>　　Imageware12主要用來做逆向工程，它處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)的流程遵循，點(diǎn)—曲線—曲面的原則，整個(gè)流程簡單清晰明了，而且軟件操作容易，對(duì)

37、系統(tǒng)性能要求也不高。</p><p><b>　　點(diǎn)云處理功能</b></p><p>　　讀入點(diǎn)云數(shù)據(jù),將分離的點(diǎn)云對(duì)齊在一起（如果有需要）。有時(shí)候由于零件形狀復(fù)雜，一次掃描無法獲得全部的數(shù)據(jù)，或是零件較大無法一次掃描完成，這就需要移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)零件，這樣會(huì)得到很多單獨(dú)的點(diǎn)云。Imageware12軟件可以利用諸如圓柱面、球面、平面等特殊的點(diǎn)信息將點(diǎn)云對(duì)齊。</p

38、><p>　　對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行判斷，去除噪音點(diǎn)（即測量誤差點(diǎn)）。由于測量工具及測量方式的限制，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些噪音點(diǎn)，Imageware12軟件有很多工具來對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行判斷，去掉噪音點(diǎn)，以保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。</p><p>　　通過可視化點(diǎn)云觀察和判斷，規(guī)劃如何創(chuàng)建曲面。一個(gè)零件，是由很多單獨(dú)的曲面構(gòu)成，對(duì)于每一個(gè)曲面，可根據(jù)特性判斷用用什么方式來構(gòu)成，例如，如果曲面可以直接由點(diǎn)的網(wǎng)格生成，就可以考慮直

39、接采用這一片點(diǎn)云；如果曲面需要采用多段曲線蒙皮，就可以考慮截取點(diǎn)的分段。提前規(guī)劃可以避免以后走彎路。</p><p>　　根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建點(diǎn)的網(wǎng)格或點(diǎn)的分段。Imageware12軟件能提供很多種生成點(diǎn)的網(wǎng)格和點(diǎn)的分段工具，這些工具使用起來靈活方便，還可以一次生成多個(gè)點(diǎn)的分段。</p><p><b>　　曲線創(chuàng)建功能 </b></p><p>　

40、　判斷和決定生成哪種類型的曲線。曲線可以是精確通過點(diǎn)云的、也可以是很光順的（捕捉點(diǎn)云代表的曲線主要形狀）、或介于兩者之間。</p><p>　　創(chuàng)建曲線。根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建曲線，可以改變控制點(diǎn)的數(shù)目來調(diào)整曲線。控制點(diǎn)增多則形狀吻合度好，控制點(diǎn)減少則曲線較為光順。</p><p>　　診斷和修改曲線?？梢酝ㄟ^曲線的曲率來判斷曲線的光順性，可以檢查曲線與點(diǎn)云的吻合性，還可以改變曲線與其他曲線的連續(xù)性

41、（連接、相切、曲率連續(xù)）。Imageware12軟件提供很多工具來調(diào)整和修改曲線。</p><p><b>　　曲面創(chuàng)建功能 </b></p><p>　　決定生成那種曲面。同曲線一樣，可以考慮生成更準(zhǔn)確的曲面、更光順的曲面，或兩者兼顧。根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)需要來決定。</p><p>　　創(chuàng)建曲面。創(chuàng)建曲面的方法很多，可以用點(diǎn)云直接生成曲面（Fit

42、free form），可以用曲線通過蒙皮、掃掠、四個(gè)邊界線等方法生成曲面，也可以結(jié)合點(diǎn)云和曲線的信息來創(chuàng)建曲面。還可以通過其他例如圓角等生成曲面。</p><p>　　診斷和修改曲面。比較曲面與點(diǎn)云的吻合程度，檢查曲面的光順性及與其他曲面的連續(xù)性，同時(shí)可以進(jìn)行修改，例如可以讓曲面與點(diǎn)云對(duì)齊，可以調(diào)整曲面的控制點(diǎn)讓曲面更光順，或?qū)η孢M(jìn)行重構(gòu)等處理。</p><p>　　Imageware1

43、2是著名的逆向工程軟件，其廣泛應(yīng)用于汽車、航空、航天、消費(fèi)家電、模具、計(jì)算機(jī)零部件領(lǐng)域。而且擁有以上專業(yè)的點(diǎn)云到曲面的造型功能，在進(jìn)行逆向工程時(shí)是一個(gè)不錯(cuò)的工具。</p><p>　　1.4.2 Pro/Engineer軟件逆向工程模塊簡介</p><p>　　Pro/ENGINEER軟件由美國參數(shù)技術(shù)公司開發(fā)而成，是機(jī)械CAD/CAM軟件的后起之秀，它采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，集三維實(shí)體和曲面造

44、型、裝配造型、三維工程圖、數(shù)控加工、有限元分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真、鈑金設(shè)計(jì)、加工和裝配工藝過程。</p><p>　　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平臺(tái)Windows，Windows/NT，使它成為快速成型技術(shù)行業(yè)中市場占有率最高的CAD軟件。</p><p>　　PTC公司開發(fā)的產(chǎn)品中，具有逆向功能的有：ICEM

45、 Surf、Pro/DESIGNER(CDRS)、Pro/SCANTOOLS、Facet Feature和Restyle。</p><p>　　ICEMSurf模塊</p><p>　　ICEMSurf是一個(gè)可以構(gòu)造A級(jí)自由曲面的工具，它可以直接構(gòu)造曲面（無須先構(gòu)造曲線）并可對(duì)曲面質(zhì)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，在汽車、摩托車外覆蓋件，內(nèi)飾件等自由曲面的構(gòu)建過程中具有優(yōu)勢(shì)，但在重構(gòu)自由曲面時(shí)對(duì)測量數(shù)據(jù)的

46、完整性要求比較嚴(yán)格。ICEMSurf也可用于曲面的設(shè)計(jì)，但此曲面并非傳統(tǒng)意義上的曲面模型。只是把點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成三角面片，通過三角面片來求解截面線、邊界線和特征線，也可用來做RP或NC加工編程。</p><p>　　Pro/Designer模塊</p><p>　　Pro/Designer是一個(gè)工業(yè)設(shè)計(jì)的造型模塊，主要應(yīng)用于概念設(shè)計(jì)，它可以方便地調(diào)整各條型線，從而得到設(shè)計(jì)師想要得到的結(jié)果。用

47、于逆向工程時(shí)，可以用于少量測量數(shù)據(jù)點(diǎn)、僅有主要型線和邊界線的情況，從這個(gè)意義上來說它不是一個(gè)完整的逆向，操作者反求的主要是產(chǎn)品的造型思想。</p><p>　　Pro/SCANTOOLS模塊</p><p>　　Pro/SCANTOOLS是一個(gè)完全集成于Pro/ENGINEER實(shí)體建模中的逆向曲面構(gòu)建模塊，它可以接受有序點(diǎn)（測量線），也可以接受點(diǎn)云數(shù)據(jù)，且可以用來構(gòu)造非A級(jí)的自由曲面，一般

48、應(yīng)用于電器產(chǎn)品、汽車內(nèi)飾件、塑料件等行業(yè)。</p><p>　　Pro/SCANTOOLS是一個(gè)非參數(shù)化環(huán)境工具，設(shè)計(jì)人員可以專注設(shè)計(jì)模型的特定區(qū)域，使用不同的工具來獲得期望的形狀及曲面屬性。在Pro/SCANTOOLS模塊下，可以輸入多種格式的掃描數(shù)據(jù)，并可對(duì)高密度的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能濾波。同時(shí)可根據(jù)選取的掃面數(shù)據(jù)創(chuàng)建型值曲線，并可在曲面上創(chuàng)建型值曲線。在Pro/SCANTOOLS模塊下，也可以輸入幾何特征，如曲線、

49、曲面或多面數(shù)據(jù)等。</p><p>　　Facet Feature模塊</p><p>　　Facet Feature（小平面特征）是Pro/ENGINEER新增的建模工具，可以輸入實(shí)物模型掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)或用三坐標(biāo)測量機(jī)所測得的數(shù)據(jù)，可以糾正設(shè)備誤差引起的點(diǎn)云數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，也可以對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行點(diǎn)云去噪、點(diǎn)云精簡、平滑濾波、點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)修補(bǔ)、三角網(wǎng)格劃分和三角平面處理等。</p><

50、p>　　5）Restyle模塊</p><p>　　Restyle（重新造型）是一個(gè)逆向工程環(huán)境，用來在多面（小三角形平面）數(shù)據(jù)的頂部重建或構(gòu)造曲面CAD模型。</p><p>　　2.逆向工程一般步驟</p><p>　　2.1實(shí)體三維數(shù)據(jù)的獲得——掃描</p><p>　　數(shù)據(jù)測量是逆向工程中后續(xù)處理的基礎(chǔ),因此三維掃描得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)

51、的好壞直接影響到逆向建模的成功與否。目前,模型數(shù)字化的方法主要分為非接觸式測量和接觸式測量兩大類。其中,接觸式測量是量頭與實(shí)物表面有接觸,常用的設(shè)備有:三坐標(biāo)測量機(jī)、專用數(shù)字化儀等。這種方式成熟,但測量速度和精度比較低,而且不適合柔軟實(shí)物的測量。的非接觸式測量技術(shù)得到快速發(fā)展,如激光三角形測量與光柵法等具有精度高，適用范圍廣等特點(diǎn)。</p><p>　　三維掃描技術(shù)從產(chǎn)生以來，到目前已經(jīng)發(fā)展了很多掃描原理，一般來

52、講分為以下幾種技術(shù)，見圖2. 1：</p><p>　　圖2. 1 三維掃描技術(shù)分類</p><p><b>　　2.2點(diǎn)云處理</b></p><p>　　通常掃描后得到的測量數(shù)據(jù)是由大量的三維坐標(biāo)點(diǎn)所組成，根據(jù)掃描儀的性質(zhì)、掃描參數(shù)和被測物體的大小，由幾百點(diǎn)到幾百萬點(diǎn)不等，這些大量的三維數(shù)據(jù)點(diǎn)稱為點(diǎn)云（Point Cloud）。掃描得到的產(chǎn)

53、品外形數(shù)據(jù)會(huì)不可避免的引入數(shù)據(jù)誤差，尤其是尖銳邊和邊界附近的測量數(shù)據(jù)，測量數(shù)據(jù)中的壞點(diǎn)，可能使該點(diǎn)及其周圍的曲面片偏離原曲面，所以要對(duì)原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)應(yīng)進(jìn)行預(yù)處理，通常要經(jīng)過以下步驟：</p><p>　　去掉噪音點(diǎn)，常用的檢查方法是將點(diǎn)云顯示在圖形終端上，或者生成曲線曲面，采用半交互半自動(dòng)的光順方法對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查調(diào)整；</p><p>　　數(shù)據(jù)插補(bǔ)，對(duì)于一些掃描不到的區(qū)域，其數(shù)據(jù)只能通過

54、數(shù)據(jù)插補(bǔ)的方法來補(bǔ)齊，這里要考慮兩種曲面造型技術(shù)，基于點(diǎn)的樣條曲面逆向造型和基于點(diǎn)的曲面擬合技術(shù)。</p><p>　　數(shù)據(jù)平滑，數(shù)據(jù)平滑的目的是為了消除噪音點(diǎn)，得到精確的模型和良好的特征提取效果，采用平滑法處理方法，應(yīng)力求保持待求參數(shù)所能提供的信息不變。</p><p>　　數(shù)據(jù)光順，光順泛指光滑、順眼，但由于精度的要求，不允許對(duì)測量的數(shù)據(jù)點(diǎn)施加過大的修改量來滿足光順的要求，另一方面由于

55、實(shí)物邊界曲面的多樣性，邊界上的某些特征點(diǎn)（邊界折拐點(diǎn)）必須予以保留，而不能被視為“壞點(diǎn)”。</p><p>　　點(diǎn)云的重定位整合，在重新裝夾后多次掃描形成的數(shù)據(jù)要進(jìn)行重定位整合，目前一般的CAD軟件還都沒有此項(xiàng)功能，需要手工“縫合”，在測量件上選取兩次定位狀態(tài)下的基準(zhǔn)點(diǎn)，在兩次定位測量的過程中，分別測量兩次定位狀態(tài)下的基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)值，然后以一定的判斷規(guī)則判別出各基準(zhǔn)點(diǎn)的測量精度，最后在CAD系統(tǒng)中顯示定位下的測量

56、數(shù)據(jù)，并移動(dòng)某一定位下的數(shù)據(jù)，使該定位下的所有測量數(shù)據(jù)整合到另一定位下。</p><p><b>　　2.3曲面重構(gòu)</b></p><p>　　在整個(gè)逆向工程中，產(chǎn)品的三維幾何模型CAD重建是最關(guān)鍵、最復(fù)雜的環(huán)節(jié)。因?yàn)橹挥蝎@得了產(chǎn)品的CAD模型我們才能進(jìn)行后續(xù)的加工制造、快速成型制造、虛擬仿真制造和產(chǎn)品的再設(shè)計(jì)等。曲面重建可以說是逆向工程的另一個(gè)核心及主要的目的，是

57、依據(jù)掃描得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)恢復(fù)曲面形狀建立CAD數(shù)學(xué)模型的過程。在得到產(chǎn)品的數(shù)據(jù)后，以逆向工程軟件進(jìn)行點(diǎn)數(shù)據(jù)的處理，經(jīng)過分門別類、群組分隔、點(diǎn)線面與實(shí)體誤差的比對(duì)后，再重新建構(gòu)曲面模型，產(chǎn)生CAD數(shù)據(jù)，快速制造或NC加工。目前在點(diǎn)云生成曲面的過程中，主要有三種曲面構(gòu)造的方案：其一是以B-Spline或NURBS曲面為基礎(chǔ)的曲面構(gòu)造方案；其二是以三角Bezier曲面為基礎(chǔ)的曲面構(gòu)造方案；其三是以多面體方式來描述曲面物體。</p>

58、<p>　　由于CAD/CAM的發(fā)展，各種自由曲面與自由曲面的理論應(yīng)運(yùn)而生，如Bezier曲面、B-Spline曲面、NURBS曲面、Loft曲面(Loft Surface)、構(gòu)造基準(zhǔn)曲面(Construct Surface) 、旋轉(zhuǎn)曲面(Revolved Surface) 、網(wǎng)格曲面(Net Surface)等。</p><p>　　由三維掃描儀所得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)來建立曲面的方式一般可以分為兩種：一種

59、是以近似的方式、另一種是以插補(bǔ)的方式來將順序的點(diǎn)數(shù)據(jù)建立成為曲面，以下分別就這兩種方法做一簡單介紹：</p><p>　　近似法(approximation)</p><p>　　以近似法來重建曲面，首先必須先指定一個(gè)容許誤差值(tolerance)，并在U、V方向建立控制點(diǎn)的起始數(shù)目，以最小平方法來擬合出(fit)一個(gè)曲面后將量測之點(diǎn)投射到曲面上并分別求出點(diǎn)到面的誤差量，控制誤差量至指定

60、的容許誤差值內(nèi)以完成曲面的建立，如果量測的數(shù)據(jù)很密集或是指定的容許誤差很小，則運(yùn)算的時(shí)間會(huì)相當(dāng)?shù)木谩Ｒ越品▉頂M合曲面的優(yōu)點(diǎn)是擬合的曲線不需要通過每個(gè)量測點(diǎn)，因此對(duì)于量測時(shí)的噪聲將有抑除的作用。所述，使用近似法時(shí)通常是點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)多且含噪聲較大的情況下。</p><p>　　插補(bǔ)法(interpolation)</p><p>　　以插補(bǔ)的方式來進(jìn)行曲面的建立，則是將每個(gè)截面的點(diǎn)數(shù)據(jù)，分別插

61、補(bǔ)得到通過這些點(diǎn)的曲線，再利用這些曲線來建立一個(gè)曲面。以插補(bǔ)的方式進(jìn)行曲面數(shù)據(jù)建立，其優(yōu)點(diǎn)在于得到曲面一定會(huì)通過量測之?dāng)?shù)據(jù)點(diǎn)，因此如果數(shù)據(jù)量大的話，所得到的曲面更近似于原曲面模型，然而也因?yàn)槿绱耍绻繙y時(shí)點(diǎn)數(shù)據(jù)含大量的噪聲則在重建曲面時(shí)大量的噪聲將被含入而產(chǎn)生相當(dāng)大的誤差。所述，以插補(bǔ)法來重建曲面較佳的使用時(shí)機(jī)是對(duì)于數(shù)據(jù)量少且所含入噪聲較小的點(diǎn)群數(shù)據(jù)。</p><p>　　因此對(duì)于掃描點(diǎn)數(shù)據(jù)而言，由于點(diǎn)數(shù)據(jù)量大

62、以近似法來重建曲面將會(huì)較插補(bǔ)法節(jié)省控制點(diǎn)的儲(chǔ)存空間，而且對(duì)于掃描時(shí)所滲入的誤差有抑除的效果，然而，以近似法來建立曲面，卻會(huì)耗費(fèi)大量的計(jì)算機(jī)內(nèi)存及較多時(shí)間在曲面的計(jì)算上，因此我們?cè)诮⑶娴倪^程中應(yīng)配合所測量得的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)目及精度來決定曲面重建所使用的方法。</p><p><b>　　2.4實(shí)體建模</b></p><p>　　近年來，運(yùn)用Auto CAD軟件進(jìn)行二維圖

63、形的測繪已經(jīng)得到很大的普及。但是，二維平面圖不能完整和準(zhǔn)確地體現(xiàn)出設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思想，而且，二維圖紙無法對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象進(jìn)行后續(xù)的結(jié)構(gòu)有限元分析、運(yùn)動(dòng)分析、公差分析、以及數(shù)控加工代碼的生成，而這些分析往往是必不可少的，只有三維實(shí)體造型才能滿足這些要求。越來越多的三維設(shè)計(jì)軟件如MDT, Solid Works、Pro/E、UG等，都得到了廣泛的應(yīng)用。建立三維模型，有助于理解零件的特征，更加直觀方便，而且對(duì)于快速制造很必要。</p>

64、<p>　　2.5 本次設(shè)計(jì)逆向方案的確定</p><p>　　目前逆向工程的解決方案主要有以下三大類：</p><p>　　沿襲正向建模思路，從點(diǎn)到線再從線到面。這種方案一般處理過程如下：首先從數(shù)據(jù)點(diǎn)中提取原始物體的截面線、特征線或邊界線，然后采用掃成、蒙皮、裁剪等一系列常規(guī)曲面構(gòu)造方法，得到主要以NURBS取信表示的CAD模型。這是一種直觀的準(zhǔn)逆向工程的思路，適合于簡單易于構(gòu)

65、建的模型的創(chuàng)建。完全逆向工程的做法：即由點(diǎn)云數(shù)據(jù)直接反求CAD模型。目前主要在復(fù)雜曲面方面得到較多應(yīng)用。通常有兩種表達(dá)方式：一種是用三角Bezier曲面片來逼近模型，首先對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)三角化，然后根據(jù)三角形網(wǎng)格進(jìn)行C2連續(xù)的三角Bezier曲面片插值重建;另外一種是用NURBS曲面表示，通過用戶指定重構(gòu)曲面的次數(shù)和范圍，自動(dòng)進(jìn)行參數(shù)分割，由點(diǎn)云數(shù)據(jù)反求NURBS曲面的控制頂點(diǎn)。這種方法計(jì)算耗費(fèi)大，對(duì)數(shù)據(jù)的噪聲以及參數(shù)分割的好壞要求嚴(yán)格，主要

66、使用于復(fù)雜曲面的重構(gòu)方面。反向提取與正向設(shè)計(jì)結(jié)合：直接由點(diǎn)云數(shù)據(jù)提取特征參數(shù)，在導(dǎo)入Pro/E等通用CAD/CAM系統(tǒng)進(jìn)行正向設(shè)計(jì)。在本次逆向工程的設(shè)計(jì)中，分析藝術(shù)品烏龜模型后，發(fā)現(xiàn)其較少有規(guī)律可循，致使正向設(shè)計(jì)十分困難進(jìn)行。因此，擬采用完全逆向工程的做法，考慮到精度和其他因素，將結(jié)合完全逆向中兩種做法</p><p>　　綜上所述：本次設(shè)計(jì)中，主要存在以下幾部分：點(diǎn)云的預(yù)處理、點(diǎn)云處理、曲面重構(gòu)、實(shí)體建模。在點(diǎn)

67、云預(yù)處理階段擬采用逆向軟件Imageware進(jìn)行處理，主要完成去噪、整理、修整點(diǎn)云的作用;在點(diǎn)云處理階段采用Pro/E中小平面特征模塊進(jìn)行處理，主要在進(jìn)一步深層次的處理點(diǎn)云的基礎(chǔ)上，進(jìn)行消除破洞、數(shù)據(jù)精簡、對(duì)小平面進(jìn)行包絡(luò)處理、小調(diào)粗調(diào)、小平面精調(diào)和精整以及生成集管等工作。曲面重構(gòu)階段主要采用Pro/E中重新造型模塊，擬采用自動(dòng)創(chuàng)建樣條曲面的方式生成樣條曲面，在在此基礎(chǔ)上采用修改數(shù)學(xué)屬性、修改曲面、曲面重新構(gòu)造三種方式對(duì)曲面進(jìn)行調(diào)整修正

68、，以使本次的復(fù)雜曲面達(dá)到需要的精度和構(gòu)思意圖。實(shí)體建模部分主要完成對(duì)上一步修整調(diào)節(jié)后的曲面進(jìn)行實(shí)體化過程。</p><p><b>　　2.6 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章介紹了復(fù)雜曲面逆向工程的過程，其包括點(diǎn)云掃描、點(diǎn)云處理、曲面重構(gòu)、實(shí)體建模。其中著介紹了點(diǎn)云處理的一般步驟和曲面重構(gòu)的常見方法。也介紹了在此過程中應(yīng)該注意的問題。在選擇處理方法時(shí)應(yīng)該注

69、意根據(jù)所逆向的模型選擇合理的處理手段，以達(dá)到事半功倍的效果。</p><p>　　3.建立烏龜曲面具體步驟</p><p>　　3.1烏龜曲面逆向開發(fā)的流程</p><p>　　模型分析→掃描方案確定→進(jìn)行掃描→點(diǎn)云處理→點(diǎn)云數(shù)據(jù)過濾→數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換→Pro/E小平面特征處理→重新造型特征處理→曲面完成→曲面實(shí)體化→快速成型</p><p>　　3

70、.1.1數(shù)據(jù)獲取和處理</p><p>　　掃描過程一般采用三維掃描儀，需在掃描時(shí)需要噴上顯影劑，進(jìn)行多方位掃描，掃描后一般采用surfacer打開文件對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接。這時(shí)可以對(duì)這些局部進(jìn)行補(bǔ)充，即對(duì)這些部分進(jìn)行局部掃描，將點(diǎn)云補(bǔ)充完整。在Imageware13中打開后得到如圖</p><p>　　圖3.1 導(dǎo)入后的原始點(diǎn)云</p><p>　　3.1.2點(diǎn)云數(shù)

71、據(jù)清理</p><p>　　進(jìn)行點(diǎn)數(shù)據(jù)處理是進(jìn)行曲面重構(gòu)的第一步。在逆向工程軟件Imageware13中打開。該點(diǎn)云數(shù)據(jù)中存在很多的不需要的點(diǎn)，為了后面處理方便首先需要把點(diǎn)云中明顯的不需要的點(diǎn)刪除掉。使用 修改>>抽取>>圈選點(diǎn) 命令圈選不需要的數(shù)據(jù)，以及明顯的噪聲點(diǎn)。</p><p>　　在去掉明顯不需要的點(diǎn)數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)量還是比較龐大，而且分布不均勻，為了使點(diǎn)的分

72、布比較合理，使用命令 修改>>數(shù)據(jù)簡化>>距離采樣 進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)過濾。過濾如圖4. 2所示。</p><p>　　圖3. 2 過濾后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)</p><p>　　3.1.3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化導(dǎo)出通用格式</p><p>　　Imageware類型的文件不能直接在其他三維造型軟件中打開。為了解決這一問題，國際上出現(xiàn)了一種描述三維幾何的標(biāo)準(zhǔn)格式IGS格式

73、。以這種格式導(dǎo)出的三維模型就可以在其他三維設(shè)計(jì)軟件中繼續(xù)修改了。為了后期的三維模型可以在其他的三維軟件中打開，在Imageware中把精簡數(shù)據(jù)后的文件另存為擴(kuò)展名為IGS的文件。</p><p><b>　　3.2小平面特征</b></p><p>　　小平面（Facet）特征是Pro/ENGINEER中一個(gè)主要的點(diǎn)云處理工具，它所針對(duì)的處理對(duì)象通常是采用激光掃描得到

74、的密集點(diǎn)云；密集點(diǎn)云可以在小平面特征中經(jīng)過去雜、降噪和取樣、補(bǔ)孔和清理等步驟的處理最后生成適合于下一步造型參考的小平面。小平面特征的引入，使得Pro/ENGINEER對(duì)于外部的逆向處理軟件的依賴大為降低，借助小平面特征，wildfire在根據(jù)密集點(diǎn)云逆向造型的應(yīng)用大為拓寬。</p><p>　　3.2.1造型前準(zhǔn)備</p><p>　　打開Pro/E，修改工作目錄，新建一個(gè)零件，鍵入文件名

75、，取消選中“使用缺省模版”復(fù)選框，選擇mmns_part_solid選項(xiàng)，如圖4. 3所示。</p><p>　　圖3. 3設(shè)置新文件選項(xiàng)</p><p>　　3.2.2輸入點(diǎn)云數(shù)據(jù)</p><p>　　單擊菜單欄中“插入”/“小平面特征”命令，在彈出的“打開”對(duì)話框中選擇并打開要輸入的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，如圖4. 4所示。</p><p>　　圖3.

76、 4輸入點(diǎn)云數(shù)據(jù) 圖3. 5輸入選項(xiàng)</p><p>　　打開后，在彈出的如圖4. 4所示的“輸入選項(xiàng)”對(duì)話框中之指定坐標(biāo)系，直接單擊對(duì)話框中的“確定”按鈕以默認(rèn)方式將點(diǎn)云數(shù)據(jù)調(diào)入小平面特征工作區(qū)域。</p><p>　　3.2.3點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理</p><p>　　針對(duì)整個(gè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，單擊工具欄中的“刪除界外值”按

77、鈕，在彈出的圖4. 6所示的對(duì)話框中輸入靈敏度，單擊“確定”按鈕。系統(tǒng)將根據(jù)設(shè)定的靈敏度對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并刪除界外值。</p><p>　　圖3. 6靈敏度設(shè)置 圖3. 7去除噪音</p><p>　　單擊工具欄中的“去除噪聲”按鈕，在彈出的圖4. 6所示的對(duì)話框中選擇降噪模式，此命令將剔除點(diǎn)云中的粗大噪聲點(diǎn)。</p>

78、<p>　　單擊工具欄中的“填充”按鈕，在選定區(qū)域?qū)c(diǎn)云進(jìn)行填充處理，即對(duì)點(diǎn)云有破洞的地方進(jìn)行修補(bǔ)。</p><p>　　單擊工具欄中的“示例”按鈕，按照一定規(guī)則對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行精簡處理，刪除冗余數(shù)。選擇“按曲率抽樣”選項(xiàng)，設(shè)定“百分比”為80，如圖4. 8所示。</p><p>　　圖3. 8 “示例”對(duì)話框</p><p>　　數(shù)據(jù)保存：單擊工具欄中的“

79、保存”按鈕，在彈出的的對(duì)話框中輸入文件名，選定保存格式，對(duì)處理過的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行保存處理，以方便后續(xù)調(diào)用。對(duì)點(diǎn)云的處理完成后，就可以進(jìn)入包絡(luò)階段。從表面看包絡(luò)階段和小平面階段并沒有什么區(qū)別，都是由三角面所組成。區(qū)別在于：包絡(luò)階段包含了所有原始點(diǎn)云的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，也就是說在包絡(luò)階段雖然點(diǎn)云沒有顯示出來，但在系統(tǒng)內(nèi)部還是保存了這些點(diǎn)云的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；而當(dāng)進(jìn)入小平面階段就會(huì)把原始的點(diǎn)云刪掉。</p><p><b>　

80、　3.2.4包絡(luò)處理</b></p><p>　　單擊工具欄的“包絡(luò)”按鈕，系統(tǒng)將對(duì)處理過的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行三角平面處理。結(jié)果如圖4. 10所示。</p><p>　　圖3. 10包絡(luò)處理生成的三角面</p><p>　　小平面粗調(diào)：此階段可運(yùn)用工具欄中的壓淺、壓深、穿透、去除腹板等命令對(duì)小平面進(jìn)行粗調(diào)處理。粗調(diào)可快速對(duì)三角面模型進(jìn)行修改，但精度不高。<

81、/p><p>　　小平面精整：粗調(diào)后，單擊工具欄中的“精調(diào)”按鈕，使小平面進(jìn)入精整階段。與粗調(diào)階段相對(duì)應(yīng)，小平面精整階段的自動(dòng)化程度較低，但能提供更為精細(xì)的三角面。</p><p>　　3.2.5小平面處理</p><p>　　精調(diào)后，單擊工具欄中的“多面體面”按鈕，即可進(jìn)入小平面處理階段。</p><p>　　選中需要?jiǎng)h除的小平面，單擊工具欄中

82、的“刪除”按鈕，即可刪除多余的小平面。</p><p>　　單擊工具欄中的“填充”按鈕，在彈出的如圖4. 11所示的對(duì)話框中進(jìn)行設(shè)置，選中模型中的破洞，填充后效果如圖4. 12所示。</p><p>　　圖3. 11填充設(shè)置</p><p>　　圖3. 12破洞填充</p><p>　　單擊工具欄按鈕旁邊的下三角彈出如圖4. 13所示的按鈕。

83、單擊“反向邊”按鈕后，單擊小三角面的一條邊，則該三角面會(huì)反向重構(gòu)，如圖4. 13所示。</p><p>　　圖3. 13三角面操作按鈕</p><p>　　圖3. 14反向邊操作</p><p>　　單擊工具欄中的“添加小平面”按鈕，依次單擊小平面的三個(gè)頂點(diǎn)，系統(tǒng)會(huì)以選中的三點(diǎn)為頂點(diǎn)創(chuàng)建一個(gè)三角面，效果如圖4. 15所示。</p><p>　

84、　圖3. 15創(chuàng)建三角面</p><p>　　單擊工具欄中的“整理”按鈕，在彈出的如圖4. 16所示的對(duì)話框中進(jìn)行設(shè)置，系統(tǒng)將根據(jù)所選模式對(duì)小平面進(jìn)行整理，處理效果如圖4. 17所示。</p><p>　　圖3. 16 “整理對(duì)話框”</p><p>　　圖3. 17 “自由生成”模式整理后</p><p>　　單擊工具欄中的“分樣”按鈕，在

85、彈出的對(duì)話框中設(shè)置百分比，如圖4. 18所示.確定后小平面會(huì)按百分比保留。</p><p>　　圖3. 18小平面分樣</p><p>　　單擊工具欄中的“松弛”按鈕，在彈出的對(duì)話框中設(shè)置松弛參數(shù)，如圖4. 19所示。系統(tǒng)會(huì)按照設(shè)置的參數(shù)對(duì)小平面的特征進(jìn)行平滑處理，效果如圖4. 19所示。</p><p>　　圖3. 19設(shè)置松弛參數(shù)

86、 圖3. 20松弛平滑后</p><p>　　單擊工具欄中的“精整”按鈕，在彈出的對(duì)話框中進(jìn)行設(shè)置，則系統(tǒng)會(huì)按照設(shè)置成倍增加并細(xì)化小平面，如圖4. 21所示，小平面數(shù)量大約變?yōu)樵瓉淼?倍。</p><p>　　圖3. 21 “精整”對(duì)話框</p><p>　　最后一步，單擊工具欄“集束”按鈕，對(duì)整個(gè)小平面進(jìn)行集束處理。單擊“確定”按鈕，完成所

87、有小平面操作。必須先做一下集管處理,使其成為一個(gè)整體點(diǎn)云。讓軟件知道你這個(gè)小平面表示的點(diǎn)云是一體的集管處理的結(jié)果會(huì)清理掉初始點(diǎn)云里的雜點(diǎn)(也叫燥聲),游歷于整體之外的小塊分體點(diǎn)云使點(diǎn)云清潔,干凈,一體化,那樣就能進(jìn)到重新造型模塊里進(jìn)行后續(xù)操作了。小平面特征完成后得到如圖4.22所示：</p><p>　　圖3.22經(jīng)過小平面特征處理后的烏龜模型</p><p><b>　　3.3

88、重新造型</b></p><p>　　單擊“插入”/“重新造型”命令,進(jìn)入重新造型工作區(qū)域。單擊工具欄中的“自動(dòng)曲面工具”按鈕，選擇“參照”按鈕，在彈出的菜單中選中“整個(gè)小平面特征”單選按鈕，即在整個(gè)模型上進(jìn)行曲面劃分，如下圖所示：</p><p>　　圖 3.23自動(dòng)曲面菜單 圖3.24選擇“整個(gè)小平面特征”</p><p

89、>　　單擊“定義曲面片結(jié)構(gòu)”按鈕，設(shè)置添加曲面片數(shù)為300，如下圖所示。即在整個(gè)三角平面構(gòu)成的烏龜模型的表面分布300塊曲面塊，來完全分割該模型。此處選擇面片數(shù)為300，是因?yàn)閿?shù)目太少不能滿足該曲面的復(fù)雜程度，會(huì)導(dǎo)致部分曲面特征無法體現(xiàn)；數(shù)目太多則造成所分割的曲面塊過于瑣碎。</p><p>　　單擊“參數(shù)”，設(shè)置粒度為“-1”，字符級(jí)為“1”。單擊“約束”，設(shè)置邊界連接方式為“相切”。單擊確定按鈕，系統(tǒng)會(huì)

90、根據(jù)模型的曲率以及構(gòu)成特性在該模型上進(jìn)行規(guī)劃，使300個(gè)小平面合理的分布在模型表面，在單擊“創(chuàng)建曲面”按鈕 設(shè)置解析度為8，單擊命令單擊按鈕，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)上一步驟的規(guī)劃創(chuàng)建曲面，創(chuàng)建后的各個(gè)曲面塊相互相切連接，單擊“完成”按鈕。如下圖所示：</p><p>　　圖3.25 重新造型處理中的模型</p><p>　　單擊工具欄中的“完成”按鈕，完成重新造型。右鍵單擊模型樹中“小平面特征”，在彈

91、出的菜單中選中“隱藏”選項(xiàng)，以此減輕顯示負(fù)擔(dān)。曲面調(diào)整處理是復(fù)雜曲面逆向工程的重中之重，在“重新造型”模塊一般采用以下幾種方法進(jìn)行調(diào)整修正：</p><p>　　3.3.1修改數(shù)學(xué)屬性</p><p>　　右擊模型樹中“重新造型”，在彈出的對(duì)話框中選中“編輯定義”選項(xiàng) ，重新進(jìn)入重新造型階段，對(duì)曲面進(jìn)行修改調(diào)整操作，選中造型不好的曲面塊，長按右鍵在彈出的菜單中選中“數(shù)學(xué)屬性”選項(xiàng)，在彈出的

92、對(duì)話框中調(diào)整設(shè)置參數(shù)。調(diào)整后進(jìn)行預(yù)覽，滿意后單擊“完成”按鈕。用相同的方法對(duì)其他需要調(diào)整的曲面進(jìn)行微調(diào)。（注：樣條曲面是由U、V兩個(gè)方向的曲線架構(gòu)而成的，稱之為骨架線，其數(shù)量和形狀直接影響影曲面的幾何特征，可通過其數(shù)量的改變對(duì)曲面進(jìn)行微調(diào)。）</p><p>　　圖3.26 修改曲面塊的數(shù)學(xué)屬性</p><p>　　圖3.27 修改數(shù)學(xué)屬性前后對(duì)比</p><p>

93、<b>　　3.3.2修改曲面</b></p><p>　　如果經(jīng)過上述處理后，仍有曲面有皺褶，或者不符合設(shè)計(jì)要求，則使用修改曲面方式進(jìn)行處理。選中要修改的曲面，長按右鍵，在彈開的對(duì)話框內(nèi)選擇“修改形狀”選項(xiàng)，在對(duì)話框內(nèi)選擇“法向”單選按鈕，鼠標(biāo)選中曲面的一個(gè)控制點(diǎn)并拖動(dòng)到合適的位置使 之滿足要求。（樣條曲面的形狀由控制點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)不同，節(jié)點(diǎn)是骨架曲線的組成點(diǎn)，曲面必經(jīng)過節(jié)點(diǎn)，而控制點(diǎn)控制曲線的

94、形狀，曲面不一定經(jīng)過控制點(diǎn)?？刂泣c(diǎn)大動(dòng)，骨架線曲線小變，曲面形狀微變）。</p><p>　　圖3.28 修改曲面前后對(duì)比</p><p>　　3.3.3曲面重新構(gòu)造</p><p>　　此處的重新構(gòu)造指的是小曲面塊的重新構(gòu)造。即將不滿的或者造型有誤的曲面塊刪除后重新構(gòu)造，以滿足要求。選中要?jiǎng)h除的問題曲面，單擊右鍵在彈出的菜單欄選擇“刪除”選項(xiàng)即可。單擊工具欄中的“

95、插入投影到小平面特征的曲線”按鈕，對(duì)刪除的曲面塊進(jìn)行重新構(gòu)造邊界線。然后，單擊工具欄中的“插入由四條曲線形成邊界的矩形曲面”按鈕，創(chuàng)建由四條曲線構(gòu)成的曲面。注意：創(chuàng)建時(shí)應(yīng)該先選擇一條邊，再按住Ctrl鍵選擇其對(duì)邊曲線，在依次選中其他兩邊，即可創(chuàng)建曲面。為了使新創(chuàng)建的曲面與相鄰曲面光滑過渡，需對(duì)其約束進(jìn)行設(shè)置。選中曲面，長按鼠標(biāo)右鍵，在彈出的菜單欄選擇“顯示約束”選項(xiàng)，設(shè)置邊界約束為“相切對(duì)稱”，使該曲面與相鄰曲面在該邊界上互為相切。用同

96、樣的方法處理所有需要重新構(gòu)造的曲面之后，單擊工具欄中完成“按鈕”。</p><p><b>　　3.4實(shí)體化過程</b></p><p>　　在模型樹中右擊“小平面特征”，在彈出的菜單中選擇“隱藏”選項(xiàng)。單擊菜單欄中的“視圖”/“顯示設(shè)置”/“模型顯示”命令，彈出的對(duì)話框如下圖所示：在“著色”選項(xiàng)組中，取消選中“帶基準(zhǔn)曲線選項(xiàng)”前面的勾選項(xiàng)。</p>&

97、lt;p>　　單擊模型樹頂部選項(xiàng)，選中模型后，單擊菜單欄中的“編輯”/“實(shí)體化”選中模型表面作為參照，單擊單擊工具欄中完成“按鈕”。即可完成實(shí)體化過程。完成后單擊模型樹頂部以選中實(shí)體化后的模型，單擊打開外觀庫，選擇紅色為外表色得到最后的模型如圖所示：</p><p>　　圖3.29實(shí)體化后的烏龜模型</p><p>　　單擊“視圖”/“視圖管理器”單擊視圖管理器“剖面”選項(xiàng)組，單擊新

98、建，輸入“新建剖面名稱”，單擊鼠標(biāo)中鍵，選中菜單管理器“平面”和“單一”選項(xiàng)后，單擊完成。選取過模型中間的平面DTM1為參照面。單擊“視圖管理器”/“剖面”/“選項(xiàng)”/“設(shè)置為活動(dòng)”即可得到模型的剖視圖如下，確定模型實(shí)體化成功。</p><p>　　圖3.30剖切后的烏龜模型</p><p><b>　　3.5快速成型制造</b></p><p&g

99、t;　　在新產(chǎn)品零件的三維CAD模型生成后，常常通過快速成形技術(shù)制造其原型?？焖俪尚渭夹g(shù)是8O年代迅速發(fā)展起來的新型綜合制造技術(shù)。RP技術(shù)可以依據(jù)計(jì)算機(jī)上構(gòu)成的產(chǎn)品三維CAD設(shè)計(jì)模型，對(duì)其進(jìn)行分層切片，處理成一系列薄截面的輪廓。根據(jù)各截面層形狀的二維數(shù)據(jù)，由快速成型機(jī)將材料逐層添加堆積，最終生成三維實(shí)體模型或零件。由于RP技術(shù)具有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使它特別適合于新產(chǎn)品的原型制造，有利于新產(chǎn)品的快速開發(fā)和制造。疊層結(jié)束后得到的零件原型在力學(xué)和機(jī)

100、械物理性能上往往不能直接滿足需要，仍然需要進(jìn)一步處理，包括余料去除，以及防水、防潮、加固和使其表面光滑等后置處理，以滿足快速原型表面質(zhì)量、尺寸穩(wěn)定性、精度和強(qiáng)度等方面的要求。</p><p>　　利用Pro/E軟件將烏龜模型三維CAD模型曲面生成后實(shí)體化，轉(zhuǎn)換為快速成型機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)文件STL格式，然后導(dǎo)入快速成型機(jī)后即可。成型件制成之后，還要按照一定步驟進(jìn)行后處理，才能得到最終完美的樣品，包括固化、表面清潔、打磨拋光

101、、噴漆上色等。逆向工程是由高速三維激光掃描機(jī)對(duì)已有的樣品或模型進(jìn)行準(zhǔn)確、高速的掃描，得到其三維輪廓數(shù)據(jù)，配合逆向軟件進(jìn)行曲向重構(gòu)，并對(duì)重構(gòu)的曲面進(jìn)行在線精度分析、評(píng)價(jià)構(gòu)造效果，最終生成IGES或STL數(shù)據(jù)，據(jù)此就能進(jìn)行快速成型或CNC數(shù)控加工。</p><p>　　IGES數(shù)據(jù)可傳給一般的CAD系統(tǒng)（如：UG、MDT等），進(jìn)行進(jìn)一步修改和再設(shè)計(jì)。另外，也可傳給一些CAM系統(tǒng)（如：UG、MASTERCAM、SMAR

102、T-CAM等），做刀具路徑設(shè)定，產(chǎn)生數(shù)控代碼，由CNC機(jī)床將實(shí)體加工出來。STL數(shù)據(jù)經(jīng)曲面斷層處理后，可以直接由激光快速成型方式將實(shí)體制作出來.</p><p><b>　　3.6質(zhì)量評(píng)估檢測</b></p><p>　　逆向工程處理的是實(shí)物原型．它本身具有固定的形狀、拓?fù)潢P(guān)系及相應(yīng)的參數(shù)。這種體現(xiàn)在實(shí)物原型上的參數(shù)稱為實(shí)物原型參數(shù)。實(shí)物原型在被制造時(shí)，要依據(jù)圖紙上所

103、標(biāo)注的參數(shù)。這種體現(xiàn)在制造實(shí)物原型的設(shè)計(jì)圖紙上的參數(shù)稱為原始設(shè)計(jì)參數(shù)，其是制造實(shí)物原型的原始參數(shù)。相對(duì)原始設(shè)計(jì)參數(shù)，實(shí)物原型本身存在誤差：一是制造實(shí)物原型所產(chǎn)生的制造誤差A(yù)I制，二是原型在使用中的磨損和破損誤差A(yù)I損。在對(duì)實(shí)物原型測量時(shí)，會(huì)產(chǎn)生測量誤差A(yù)I測。在再設(shè)計(jì)階段，逆向工程要完成從測量規(guī)劃制訂至CAD三維模型重構(gòu)(在此，再設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)暫不考慮)。這種CAD模型自然是具有各種幾何參數(shù)。這些參數(shù)是逆向工程依據(jù)測量點(diǎn)數(shù)據(jù)經(jīng)擬合運(yùn)算得到并體

104、現(xiàn)在重構(gòu)的CAD模型上，故稱其為重構(gòu)參數(shù)。在重構(gòu)的計(jì)算中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生誤差，記為計(jì)算誤差A(yù)I計(jì)。在制造階段，逆向工程依據(jù)重構(gòu)參數(shù)制造產(chǎn)品，產(chǎn)生制造誤差A(yù)O造。</p><p>　　綜上所述，逆向工程誤差A(yù)可表示為：A逆＝f(AI制，AI損，AI計(jì)，AI測，AO造)。</p><p>　　實(shí)物原型是依據(jù)原始設(shè)計(jì)參數(shù)制造的，還原產(chǎn)品是依據(jù)重構(gòu)參數(shù)制造的。從上面分析可知，原始設(shè)計(jì)參數(shù)與重構(gòu)參

105、數(shù)存在誤差。因此、將依據(jù)重構(gòu)參數(shù)還原制造的產(chǎn)品置于實(shí)物原型的工作環(huán)境下，有可能會(huì)達(dá)不到工作性能要求。</p><p>　　通常逆向工程不去直接測量實(shí)物原型參數(shù)。故實(shí)物原型參數(shù)是未知的，自然原始設(shè)計(jì)數(shù)也是未知的。重構(gòu)參數(shù)是逆向工程對(duì)實(shí)物原型復(fù)現(xiàn)的參數(shù)。為了提高逆向工程還原精度，提高測量精度及擬合計(jì)算精度，可以減小測量誤差A(yù)I測和計(jì)算誤差A(yù)I計(jì)，但仍無法減少制造誤差A(yù)I制，AO造和磨損誤差A(yù)I損，其結(jié)果只是使重構(gòu)參數(shù)

106、，盡可能接近實(shí)物原型參數(shù)，仍無法還原原始設(shè)計(jì)參數(shù)。</p><p>　　在某些情況下，單從復(fù)制原型這一角度出發(fā)，為滿足逆向工程還原產(chǎn)品的工作性能要求，需用原始設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行還原制造。這就要求逆向工程在前述的再設(shè)計(jì)階段能還原實(shí)物原型的原始設(shè)計(jì)參數(shù)。為此需綜合運(yùn)用人工智能技術(shù)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論、精度設(shè)計(jì)等多學(xué)科技術(shù)知識(shí)對(duì)實(shí)物原型的磨損及制造誤差等進(jìn)行評(píng)估分析，在此基礎(chǔ)上對(duì)重構(gòu)參數(shù)進(jìn)行修正再設(shè)計(jì)，得到接近原始設(shè)計(jì)參數(shù)的再設(shè)計(jì)

107、參數(shù)。</p><p>　　上述思想，給出了以精度還原為目標(biāo)對(duì)逆向工程的質(zhì)量進(jìn)行全面的誤差分析。</p><p>　　由于此次條件的限制，對(duì)本次逆向工程誤差的分析只能做到AI測，AI計(jì)，AO造，的分析。數(shù)據(jù)點(diǎn)的獲得——三維激光掃描過程中的測量誤差A(yù)I測為：0.051mm。在進(jìn)行逆向建模時(shí)的誤差A(yù)I計(jì)為：0.5mm。在制造階段，逆向工程依據(jù)重構(gòu)參數(shù)制造產(chǎn)品，產(chǎn)生制造誤差A(yù)O造：0.2mm&l

108、t;/p><p>　　掃描時(shí)不可能沒有誤差，在進(jìn)行點(diǎn)數(shù)據(jù)處理時(shí)進(jìn)行點(diǎn)數(shù)據(jù)的過濾，也會(huì)對(duì)精度產(chǎn)生影響。進(jìn)行曲面重構(gòu)時(shí)使用的是放樣的方法，雖然可以獲得很好的曲面質(zhì)量，但是增大了曲面和點(diǎn)云之間的誤差。在曲面重構(gòu)后進(jìn)行曲面縫合，誤差也是不可避免的。獲得了實(shí)體模型后，在進(jìn)行快速制造過程中，還有一定的制造誤差。</p><p><b>　　3.7本章小結(jié)</b></p>