畢業(yè)設(shè)計(jì)論文松下手機(jī)的逆向造型研究

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1．概 述1</b></p><p>　　1．1逆向工程原理1</p><p>　　1．2逆向工程特點(diǎn)2</p><p>　　1．3逆向建模的一般流程圖3</p><p>　　1．4逆向工程的

2、應(yīng)用領(lǐng)域3</p><p>　　2．逆向工程一般步驟3</p><p>　　2．1實(shí)體三維數(shù)據(jù)的獲得——掃描3</p><p><b>　　2．2點(diǎn)云處理5</b></p><p><b>　　2．3曲面重構(gòu)5</b></p><p><b>　　2．4實(shí)

3、體建模8</b></p><p><b>　　2．5快速制造9</b></p><p>　　3．逆向工程軟硬件設(shè)備10</p><p>　　3．1掃描設(shè)備10</p><p>　　3．2點(diǎn)云曲面處理軟件11</p><p>　　3．3實(shí)體建模軟件12</p>

4、<p>　　3．4快速成型設(shè)備14</p><p>　　4．建立手機(jī)外形具體步驟15</p><p>　　4．1松下G60手機(jī)外形逆向開(kāi)發(fā)的流程15</p><p>　　4．2模型分析15</p><p><b>　　4．3掃描16</b></p><p>　　4．4點(diǎn)云數(shù)據(jù)清

5、理錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p>　　4．5曲面造型16</p><p>　　1．建立對(duì)稱(chēng)平面16</p><p>　　2．建立上表面17</p><p>　　3．建立下表面18</p><p><b>　　4．建立側(cè)面19</b></p><p>　　5．

6、曲面初次裁剪20</p><p>　　6．建立倒角面21</p><p>　　7．建立棱角曲面22</p><p>　　8．曲面再次裁減22</p><p>　　9．建立按鍵曲線23</p><p>　　10．整體鏡像操作23</p><p>　　11．曲面連續(xù)性處理24</

7、p><p>　　12．誤差分析25</p><p>　　13．?dāng)?shù)據(jù)精簡(jiǎn)26</p><p>　　14．?dāng)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化導(dǎo)出通用格式26</p><p>　　4．6實(shí)體造型26</p><p><b>　　1．?dāng)?shù)據(jù)導(dǎo)入26</b></p><p>　　2．曲面縫合及模型實(shí)體化

8、27</p><p>　　3．建立手機(jī)按鍵28</p><p><b>　　5．結(jié) 論31</b></p><p><b>　　6．謝 辭32</b></p><p>　　松下手機(jī)的逆向造型研究</p><p>　　摘 要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)三維造型技術(shù)

9、特別是逆向工程技術(shù)在工業(yè)上已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。為了解決手機(jī)外形設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)的困難，本文研究了手機(jī)外形的逆向工程造型方法，并對(duì)逆向工程概念、方法進(jìn)行系統(tǒng)的闡述，同時(shí)又以松下G60手機(jī)為例詳細(xì)介紹了對(duì)手機(jī)外形進(jìn)行逆向工程的步驟。</p><p>　　關(guān)鍵詞：逆向工程，點(diǎn)云，快速制造，STL</p><p>　　Abstract: With the rapid development of co

10、mputer technique, the technology of 3D computer-aided prototyping, especially the Reverse Engineering, has been more widely used in industry. In order to solve the problem of long time on the mobile phone’s shape-design

11、, a method based on the integrated reverse engineering is discussed in the paper. Furthermore, the concept and method of the Reverse Engineering is also illustrated, and the step of the integrated reverse engineering of

12、 mobile phone’s sh</p><p>　　Keywords: Reverse Engineering , Point Cloud , Rapid Manufacturing , STL</p><p><b>　　1．概 述</b></p><p><b>　　1．1逆向工程原理</b></p&

13、gt;<p>　　在瞬息萬(wàn)變的產(chǎn)品市場(chǎng)中，能否快速地生產(chǎn)出合乎市場(chǎng)要求的產(chǎn)品就成為企業(yè)成敗的關(guān)鍵。由于各種原因往往我們都會(huì)遇到只有一個(gè)實(shí)物樣品或手工模型，沒(méi)有圖紙或CAD數(shù)據(jù)檔案，有時(shí)，甚至可能連一張可以參考的圖紙也不存在，沒(méi)法得到準(zhǔn)確的尺寸，這就為我們?cè)诤罄m(xù)的工作中采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)手段和先進(jìn)的制造技術(shù)帶來(lái)了很大的障礙，制造模具也就更為煩雜。但是逆向工程技術(shù)很好的解決了這一問(wèn)題。</p><p>　　

14、隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，三維的幾何造型技術(shù)已被制造業(yè)廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品及工模具的設(shè)計(jì)、方案評(píng)審、自動(dòng)化加工制造及管理維護(hù)各個(gè)方面。通過(guò)各種測(cè)量手段及三維幾何建模方法，將原有實(shí)物（產(chǎn)品原型或油泥模型）轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)上的三維數(shù)字模型，在CAD領(lǐng)域，這就是所謂的逆向工程。</p><p><b>　　1．2逆向工程特點(diǎn)</b></p><p>　　傳統(tǒng)的復(fù)制方法是用立體雕刻機(jī)或

15、液壓三次元靠模銑床制作出一比一成等比例的模具，再進(jìn)行量產(chǎn)。這種方法屬稱(chēng)類(lèi)比式（Analog type）復(fù)制，無(wú)法建立工件尺寸圖檔，也無(wú)法做任何的外形修改。這為后續(xù)的改進(jìn)設(shè)計(jì)造成很大程度上的麻煩。</p><p>　　傳統(tǒng)的復(fù)制方法時(shí)間長(zhǎng)而效果不佳，已漸漸為新型數(shù)字化的逆向工程系統(tǒng)所取代。逆向工程系統(tǒng)就專(zhuān)門(mén)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：從樣品→數(shù)據(jù)→產(chǎn)品。</p>

16、;<p>　　逆向工程通常是以專(zhuān)案方式執(zhí)行一模型的仿制工作。往往制作的產(chǎn)品沒(méi)有原始設(shè)計(jì)圖檔，而是委托單位交付一件樣品或模型，如木鞋模、高爾夫球頭、玩具、電氣外殼結(jié)構(gòu)等，請(qǐng)制作單位復(fù)制（Copy）出來(lái)。因?yàn)殚L(zhǎng)期專(zhuān)門(mén)從事逆行工作，所以工作效率很高，三維模型也很專(zhuān)業(yè)。</p><p>　　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

17、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、SMART-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(lái)。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)

18、體制作出來(lái)。</p><p>　　1．3逆向建模的一般流程圖</p><p>　　圖1.1逆向建模一般流程</p><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</p><p>　　——〉建立需要的曲線——〉建立曲面——〉進(jìn)行實(shí)體建模(如圖1.1)</p><p>　　1．4逆

19、向工程的應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　　逆向工程應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，有軍工，模具制造業(yè)、玩具業(yè)、游戲業(yè)、電子業(yè)、鞋業(yè)、高爾夫球業(yè)、藝術(shù)業(yè)、醫(yī)學(xué)工程及產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)等方面。</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>　　在進(jìn)行逆向工程時(shí)，三維掃描是最基本的一步。它是獲得原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)

20、的最直接的方法，也是最理想的方法。原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)是后面進(jìn)行逆向處理的根本依據(jù)，因此三維掃描得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)的好壞直接影響到逆向建模的成功與否。</p><p>　　三維掃描是集光、機(jī)、電和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的高新技術(shù)，主要用于對(duì)物體空間外形和結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描，以獲得物體表面的空間坐標(biāo)。它的重要意義在于能夠?qū)?shí)物的立體信息轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能直接處理的數(shù)字信號(hào)，為實(shí)物數(shù)字化提供了相當(dāng)方便快捷的手段。</p><p

21、>　　高速三維掃描及數(shù)字化系統(tǒng)在逆向工程中發(fā)揮著巨大作用。三維掃描技術(shù)能實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，且具有速度快、精度高的優(yōu)點(diǎn)。而且其測(cè)量結(jié)果能直接與多種軟件接口，這使它在CAD、CAM、CIMS等技術(shù)應(yīng)用日益普及的今天很受歡迎。在發(fā)達(dá)國(guó)家的制造業(yè)中，三維掃描儀作為一種快速的立體測(cè)量設(shè)備，因其測(cè)量速度快、精度高，非接觸，使用方便等優(yōu)點(diǎn)而得到越來(lái)越多的應(yīng)用。用三維掃描儀對(duì)手板，樣品、模型進(jìn)行掃描，可以得到其立體尺寸數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)能直接與CAD/

22、CAM軟件接口，在CAD系統(tǒng)中可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整、修補(bǔ)、再送到加工中心或快速成型設(shè)備上制造，可以極大的縮短產(chǎn)品制造周期。</p><p>　　三維掃描設(shè)備是以三次元測(cè)量系統(tǒng)為主?；旧弦越佑|式〈探針式〉和非接觸式（激光、照相、X光等方式）兩大類(lèi)。在早期是以探針式為主，雖然價(jià)格較便宜，但速度較慢，而且以探針與物體接觸會(huì)有盲點(diǎn)并且使軟件物體容易變形，影響掃描精度。激光掃描速度快、精確度適當(dāng)，并且可以?huà)呙枇Ⅲw的物品獲得

23、大量點(diǎn)云數(shù)據(jù)，以利曲面重建。</p><p>　　三維掃描技術(shù)從產(chǎn)生以來(lái)，到目前已經(jīng)發(fā)展了很多掃描原理，一般來(lái)講分為以下幾種技術(shù)，見(jiàn)下圖（圖2.1）：</p><p>　　圖2.1 三維掃描技術(shù)分類(lèi)</p><p>　　從三維數(shù)據(jù)的采集方法上來(lái)看，非接觸式的方法由于同時(shí)擁有速度和精度的特點(diǎn)，因而在逆向工程中應(yīng)用最為廣泛。</p><p>&

24、lt;b>　　2．2點(diǎn)云處理</b></p><p>　　通常掃描后得到的測(cè)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(cè)物體的大小，由幾百點(diǎn)到幾百萬(wàn)點(diǎn)不等，這些大量的三維數(shù)據(jù)點(diǎn)稱(chēng)為點(diǎn)云（Point Cloud）。</p><p>　　掃描得到的產(chǎn)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(cè)量數(shù)據(jù)，測(cè)量數(shù)據(jù)中的壞點(diǎn)，可能使該點(diǎn)及其周?chē)?/p>

25、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(guò)以下步驟：</p><p>　　1．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?lè)椒▽?duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查調(diào)整；</p><p>　　2．?dāng)?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(guò)數(shù)據(jù)插補(bǔ)的方法來(lái)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)。

26、</p><p>　　3．?dāng)?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>　　4．?dāng)?shù)據(jù)光順，光順?lè)褐腹饣?、順眼，但由于精度的要求，不允許對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)施加過(guò)大的修改量來(lái)滿(mǎn)足光順的要求，另一方面由于實(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)”。

27、</p><p>　　5．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(méi)有此項(xiàng)功能，需要手工“縫合”，在測(cè)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(cè)量的過(guò)程中，分別測(cè)量?jī)纱味ㄎ粻顟B(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(cè)量精度，最后在CAD系統(tǒng)中顯示定位下的測(cè)量數(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(cè)量數(shù)據(jù)整合到另一定位下。</p&

28、gt;<p><b>　　2．3曲面重構(gòu)</b></p><p>　　曲面重建可以說(shuō)是逆向工程的另一個(gè)核心及主要的目的，是依據(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(guò)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(guò)分門(mén)別類(lèi)、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)、制造或NC加工。目前在點(diǎn)云生成曲面的過(guò)程中，主要有三種曲面構(gòu)

29、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(lái)描述曲面物體。</p><p>　　在逆向工程的技術(shù)發(fā)展中重要的是建立產(chǎn)品的CAD 模型，并由此可再進(jìn)一步的到CAM處理和快速成型制造，而仿制出產(chǎn)品的外形。一般而言，CAD模型是由許多不同的幾何形狀所組合而成，而每一種幾何形狀都有其特性。因此若要將產(chǎn)品應(yīng)用逆向工程的技術(shù)，反

30、求出此產(chǎn)品的原CAD 模型，并非單純的使用一種方法即可完成，而須視此產(chǎn)品外形的幾何特性，選擇適當(dāng)?shù)奶幚矸椒?，方可得出良好的幾何形狀，以滿(mǎn)足產(chǎn)品外形的幾何特性。由此可知，在曲面重建的過(guò)程中了解其曲面的特性及其曲面的數(shù)學(xué)模式，在對(duì)于我們重新建構(gòu)曲面時(shí)可以幫助我們節(jié)省很多的時(shí)間以及提高將效率。</p><p>　　由于CAD/CAM系統(tǒng)的發(fā)展，各種自由曲線與自由曲面的理論因應(yīng)而生，如Bezier曲線、B-Spline曲

31、面、NURBS曲線、掃描曲面(Sweep Surface)、Loft曲面(Loft Surface)、標(biāo)準(zhǔn)曲面(Construct Surface) 、旋轉(zhuǎn)曲面(Revolved Surface) 、網(wǎng)格曲面(Net Surface)等。一般CAD/CAM系統(tǒng)較常用到的曲線、曲面作以下特點(diǎn)介紹：</p><p>　　Bezier 曲線 </p><p>　　1962年時(shí)法國(guó)雷諾(Renau

32、lt)汽車(chē)公司的工程師P.Bezier發(fā)展的一種完全用控制點(diǎn)坐標(biāo)來(lái)定義的曲線(如圖2. 2)。</p><p>　　圖2. 2 不同控制點(diǎn)建構(gòu)的Bezier曲線</p><p>　　Bezier 曲線有以下的特點(diǎn)：</p><p>　　(1) 控制點(diǎn)多角形(control point polygon)</p><p>　　(2) 凸面被覆(c

33、onvex hull property)</p><p>　　曲線被包含在自由控制點(diǎn)所構(gòu)成的多角形內(nèi)，此性質(zhì)對(duì)于處理曲線相交時(shí)相當(dāng)有用。</p><p>　　(3) 控制點(diǎn)末點(diǎn)與曲線末點(diǎn)重合(end points meet polygon end points)</p><p>　　Bezier 曲線有以下的缺點(diǎn)：</p><p>　　Bez

34、ier曲線無(wú)法做區(qū)域性的控制(no local control)。 </p><p>　　其曲線的次數(shù)和控制點(diǎn)的數(shù)目直接相關(guān)，定義比較復(fù)雜的曲線形狀時(shí)，曲線的次數(shù)也跟著提高。 </p><p><b>　　NURBS曲線 </b></p><p>　　相較于Bezier曲線而言，NURBS曲線除了保有Bezier曲線的優(yōu)點(diǎn)外，由于節(jié)點(diǎn)向量與加權(quán)

35、數(shù)的加入，對(duì)曲線有更好的控制性，對(duì)于區(qū)域性的控制也能藉由改變節(jié)點(diǎn)向量與加權(quán)數(shù)而有更好的結(jié)果。對(duì)于NURBS曲線(non-uniformrational B-spline curve)方程式我們描述如下： </p><p><b>　　其中Pi：控制點(diǎn)</b></p><p>　　N(u )：(P-1)階B-Spline基函數(shù)</p><p>&

36、lt;b>　　w：加權(quán)數(shù)</b></p><p><b>　　u：參數(shù)值</b></p><p>　　Ri,p( u ) 為有理基函數(shù)(rational basis function)。由于加權(quán)值的加入，使得控制點(diǎn)對(duì)曲線/曲面的控制產(chǎn)生不同比例的影響力，當(dāng)加權(quán)值修改時(shí)會(huì)使得曲線遠(yuǎn)離或接近控制多角形(control polygon)，使得曲面的控制有更

37、大的空間。在逆向工程中的大部分時(shí)間會(huì)用到它。</p><p>　　B-spline 曲面 </p><p>　　B-spline 曲面乃由U、V參數(shù)方向二維的基底函數(shù)(basis function)及控制點(diǎn)所組成，基底函數(shù)是由多階參數(shù)曲線組合而成，而控制點(diǎn)則在曲面的U、V參數(shù)方向上。在擬合B-spline 曲面時(shí)，方法是獲得曲面U、V參數(shù)方向的控制點(diǎn)坐標(biāo)值，以建立B-spline曲面。 &

38、lt;/p><p>　　對(duì)B-spline曲面以數(shù)學(xué)模式方程式表示如下：</p><p>　　Loft曲面(Loft Surface)</p><p>　　Loft曲面的擬合方式則不同于B-spline曲面，首先將其中一個(gè)參數(shù)方向的測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)擬合出最佳化的B-spline曲線，此時(shí)每條曲線的控制點(diǎn)數(shù)目必須相同。接著在另一個(gè)參數(shù)方向上用先前所得的曲線控制點(diǎn)，擬合出該參數(shù)方

39、向最佳化的B-spline曲線，并得到另一組新的控制點(diǎn)。由此兩組先后得到的U、V參數(shù)方向點(diǎn)，即可建立Loft曲面。因此Loft曲面的擬合方式是由兩組一維的B-spline曲線擬合所組成。 </p><p>　　基本上基底函數(shù)的階數(shù)、節(jié)點(diǎn)向量(knot vector)、控制點(diǎn)的數(shù)目或控制點(diǎn)坐標(biāo)值等的改變，都會(huì)影響曲面的形狀。因此在擬合曲面時(shí)，為了降低曲面偏差量，在使用最佳化方法時(shí)，或提高基底函數(shù)的階數(shù)，或增加控制點(diǎn)

40、的數(shù)目，以調(diào)整U、V參數(shù)方向的控制點(diǎn)坐標(biāo)值，最后使得曲面偏差量在容許曲面偏差量的范圍內(nèi)。此種曲面擬合法對(duì)于自由曲面造型或有突點(diǎn)等曲率變化比較大的曲面，都可以擬合出很好的結(jié)果。然而對(duì)于平滑或有規(guī)則性，對(duì)稱(chēng)性的曲面，這種曲面擬合法會(huì)對(duì)產(chǎn)品在加工制造及量測(cè)上的誤差明顯的顯現(xiàn)出來(lái)，以至于無(wú)法擬合出具有上述特性的曲面。</p><p>　　由三維掃描儀所得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)來(lái)建立曲面的方式一般可以分為兩種：一種是以近似的方式、另

41、一種是以插補(bǔ)的方式來(lái)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(jiǎn)單介紹：</p><p>　　近似法(approximation) </p><p>　　以近似法來(lái)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(lái)擬合出(fit)一個(gè)曲面后將量測(cè)之點(diǎn)投射到曲面上并分別求出點(diǎn)到面的誤差量，控制誤差量至指定的容許誤差值內(nèi)以

42、完成曲面的建立，如果量測(cè)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?。以近似法?lái)擬合曲面的優(yōu)點(diǎn)是擬合的曲線不需要通過(guò)每個(gè)量測(cè)點(diǎn)，因此對(duì)于量測(cè)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(lái)進(jìn)行曲面的建立，則是將每個(gè)截面的點(diǎn)數(shù)據(jù)，分別插補(bǔ)得到通過(guò)這些

43、點(diǎn)的曲線，再利用這些曲線來(lái)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(guò)量測(cè)之?dāng)?shù)據(jù)點(diǎn)，因此如果數(shù)據(jù)量大的話(huà)，所得到的曲面更近似于原曲面模型，然而也因?yàn)槿绱?，如果量測(cè)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(lái)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>　　由以上的分析我們可以知道對(duì)于少量的點(diǎn)而言，我們可以

44、使用插補(bǔ)法來(lái)得到一較近似的曲面，然而對(duì)于激光掃描所得到的大量數(shù)據(jù)點(diǎn)若以插補(bǔ)法來(lái)重建曲面，則有在掃描時(shí)所夾帶的噪聲點(diǎn)與誤差將隨著曲面的建立而被包含在曲面之中的缺點(diǎn)。</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)量大以近似法來(lái)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(lái)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^(guò)程中

45、應(yīng)配合所測(cè)量得的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)目及精度來(lái)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(lái)，運(yùn)用AutoCAD軟件進(jìn)行二維圖形的設(shè)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(wú)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

46、是必不可少的，只有三維實(shí)體造型才能滿(mǎn)足這些要求。越來(lái)越多的三維設(shè)計(jì)軟件如MDT,Solid Works、ProE、UG等，都得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　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><p><b>　　2．5快速制造</b></p><p>　　快速原型技術(shù)是九十年代發(fā)展起來(lái)的一

47、項(xiàng)高新技術(shù)，它無(wú)需準(zhǔn)備任何模具、刀具和工裝卡具，快速成型設(shè)備可直接接受產(chǎn)品設(shè)計(jì)（CAD）數(shù)據(jù)，快速制造出新產(chǎn)品的樣件、模具或模型，對(duì)促進(jìn)企業(yè)產(chǎn)品創(chuàng)新、縮短新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力有積極推動(dòng)作用。傳統(tǒng)制造業(yè)的戰(zhàn)略是規(guī)模效益第一，九十年代以來(lái)，已發(fā)展為市場(chǎng)響應(yīng)第一。在制造業(yè)日趨國(guó)際化的狀況下，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期和減少開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品投資風(fēng)險(xiǎn)，成為企業(yè)賴(lài)以生存的關(guān)鍵。近年來(lái)，制造業(yè)市場(chǎng)的制造戰(zhàn)略重點(diǎn)正在發(fā)生從成本與質(zhì)量到時(shí)間與響應(yīng)的重大轉(zhuǎn)移。快

48、速將多樣化的產(chǎn)品推向市場(chǎng)是制造商把握市場(chǎng)先機(jī)而求生存的重要保障?？焖俪尚渭夹g(shù)是集機(jī)械、電子、光學(xué)、材料等學(xué)科為一體的先進(jìn)制造技術(shù)之一。</p><p>　　20世紀(jì)80年代末、90年代初發(fā)展起來(lái)的快速成形（Rapid Prototyping&Manu facturing：RP）技術(shù)，突破了傳統(tǒng)的加工模式，是近20年制造技術(shù)領(lǐng)域的一次重大突破。它與科學(xué)計(jì)算可視化和虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)相結(jié)合，為設(shè)計(jì)者、制造者與用戶(hù)

49、之間提供了一種可測(cè)量、可觸摸的新手段?？焖俪尚渭夹g(shù)可以自動(dòng)、快速、直接、精確地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)化為具有一定功能的原型或直接制造零件（模具），有效地縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期，是提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮減產(chǎn)品成本的有力工具。它的核心是基于數(shù)字化的新型成形技術(shù)。</p><p>　　RP系統(tǒng)可分為兩大類(lèi)：基于激光或其它光源的成形技術(shù)，如：立體光造型（Stereo lithography：SL）、迭層實(shí)體制造（Laminated Obj

50、ect Manufacturing：LOM）、選擇性激光燒結(jié)（Selected Laser Sintering：SLS）、形狀沉積制造（Shape Deposition Manufacturing：SDM）等等。</p><p>　　快速成形術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于家電、汽車(chē)、航空航天、船舶、工業(yè)設(shè)計(jì)、醫(yī)療等領(lǐng)域。藝術(shù)、建筑等領(lǐng)域也已開(kāi)始使用RP設(shè)備。隨著RP技術(shù)本身的發(fā)展和完善，其應(yīng)用領(lǐng)域在不斷拓展。</p>

51、;<p>　　快速制造技術(shù)的優(yōu)越性和特點(diǎn)：</p><p>　　1、制造原型所用的材料不限，各種金屬和非金屬材料均可使用；</p><p>　　2、產(chǎn)品制造過(guò)程幾乎與零件的復(fù)雜性以及幾何形狀無(wú)關(guān)，在加工復(fù)雜曲面時(shí)更顯優(yōu)越，這是傳統(tǒng)方法無(wú)法比擬的；</p><p>　　3、加工周期短，成本低，成本與產(chǎn)品復(fù)雜程度無(wú)關(guān)，一般制造費(fèi)用降低50%，加工周期節(jié)約7

52、0%以上；</p><p>　　4、產(chǎn)品的單價(jià)幾乎與批量無(wú)關(guān)，特別適合于新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和單件小批量零件的生產(chǎn)；</p><p>　　5、整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程數(shù)字化，與CAD模型具有直接的關(guān)聯(lián)，零件可大可小，所見(jiàn)即所得，可隨時(shí)修改，隨時(shí)制造；</p><p>　　6、與傳統(tǒng)方法結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)快速鑄造，快速模具制造、小批量零件生產(chǎn)等功能，為傳統(tǒng)制造方法注入新的活力。</p&g

53、t;<p>　　快速制造技術(shù)周期短、工藝簡(jiǎn)單、易于推廣、制模成本低、精度和壽命能滿(mǎn)足某種特定的功能需要，綜合經(jīng)濟(jì)效益良好，是一種快捷、方便、實(shí)用的制造技術(shù)，特別適用于新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)試制、工藝驗(yàn)證和功能驗(yàn)證以及多品種小批量生產(chǎn)。</p><p>　　目前，大多數(shù)的快速成形制造系統(tǒng)中，3D的CAD模型首先要轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)STL格式模型，即采用所謂面型化(Tessellation)處理方法對(duì)實(shí)體曲面進(jìn)行近似處理，

54、用平面三角面片近似模型的表面。這樣處理的優(yōu)點(diǎn)就是大大地簡(jiǎn)化了CAD模型的數(shù)據(jù)格式，以便于后續(xù)的分層處理，為制造過(guò)程準(zhǔn)備數(shù)據(jù)。STL文件格式是由美國(guó)3D System公司于1987年提出的，由于它在數(shù)據(jù)處理上較簡(jiǎn)單，而且與CAD系統(tǒng)無(wú)關(guān)，所以很快發(fā)展為快速成形制造領(lǐng)域中CAD系統(tǒng)與快速成形機(jī)之間數(shù)據(jù)交換的準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)格式。表達(dá)一個(gè)三維實(shí)體模型的STL文件是用大量的空間小三角形面片來(lái)表示實(shí)體模型的表面，如圖2. 3所示，對(duì)每一空間小三角形面片用三

55、角形的3個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)及三角形面片的法向量來(lái)描述，法向量由實(shí)體的內(nèi)部指向外部，3個(gè)頂點(diǎn)的次序與法向量滿(mǎn)足右手規(guī)則，如圖2. 3所示。此外，STL文件中兩個(gè)相鄰的三角形只能有一個(gè)公共邊。</p><p><b>　　圖2. 3</b></p><p>　　3．逆向工程軟硬件設(shè)備</p><p><b>　　3．1掃描設(shè)備</b>

56、</p><p>　　三維激光掃描技術(shù)，它能夠完整及高精密度的重建實(shí)物或?qū)嵕啊⑷S實(shí)體模型及原始測(cè)繪數(shù)據(jù)。最大特點(diǎn)就是：精度高、速度快、逼近原形。</p><p>　　法國(guó)KREON 系列三維激光超高精密度掃描儀，（KREON KZ 50）具有很多優(yōu)質(zhì)：掃描精度極高，這利于將重建內(nèi)容更逼近原形。掃描密度極高，掃描速度極快，這利于快速原形化目標(biāo)、實(shí)時(shí)掃描、同步移動(dòng)操作等。具有一對(duì)CCD同時(shí)同

57、步工作，可無(wú)死角的實(shí)時(shí)掃描任何復(fù)雜目標(biāo)，減少重復(fù)性工作，目前國(guó)際同類(lèi)技術(shù)都是一個(gè)CCD，雙CCD技術(shù)還利于實(shí)時(shí)檢測(cè)監(jiān)測(cè)工作,KREON可以與目前各種三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、數(shù)控加工中心、機(jī)械關(guān)節(jié)臂等配接,KREON掃描頭可以與現(xiàn)有的很多設(shè)備互換使用,KREON激光掃描技術(shù)不同于傳統(tǒng)的光學(xué)照相三維成像技術(shù)，KREON保證了所有掃描云點(diǎn)的實(shí)測(cè)性、實(shí)時(shí)性及真實(shí)性，而光學(xué)照相技術(shù)做不到，它是基于少數(shù)測(cè)量點(diǎn)并經(jīng)過(guò)后處理三維數(shù)學(xué)推算后得到點(diǎn)云。本次選用的KR

58、EON 系列中的KZ 50是近距三維激光掃描系統(tǒng)。分辨率可達(dá)5μm，速度：30000點(diǎn)/每秒，(可借助機(jī)械臂或數(shù)控機(jī)械平臺(tái)掃描任何大小的物體）。實(shí)體如下圖：</p><p>　　圖3. 1 三維激光掃描儀</p><p>　　3．2點(diǎn)云曲面處理軟件</p><p>　　目前市面上常用的逆向工程軟件系統(tǒng)采用的基本都是NURBS曲面，從它們的功能或操作方法來(lái)看，其共同特

59、點(diǎn)是先構(gòu)造曲線，或者是利用曲線直接構(gòu)造曲面，或者是通過(guò)曲線界定曲面擬合區(qū)域，先生成曲面片，然后通過(guò)拼接構(gòu)成完整的曲面模型。其優(yōu)點(diǎn)是NURBS曲面的應(yīng)用在CAD/CAM領(lǐng)域內(nèi)相當(dāng)廣泛，因而，這些系統(tǒng)與其它CAD/CAM系統(tǒng)的通信、交流就十分方便。特征曲線的構(gòu)造在其中起著重要的作用。然而，通過(guò)交互定義特征線費(fèi)事費(fèi)力，而自動(dòng)提取的方法在目前仍相當(dāng)有限。Imageware12主要用來(lái)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

60、，整個(gè)流程簡(jiǎn)單清晰明了，而且軟件操作容易，對(duì)系統(tǒng)性能要求也不高。</p><p>　　(一) 點(diǎn)云處理功能</p><p>　　1．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(wú)法獲得全部的數(shù)據(jù)，或是零件較大無(wú)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

61、對(duì)齊。</p><p>　　2．對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行判斷，去除噪音點(diǎn)（即測(cè)量誤差點(diǎn)）。由于測(cè)量工具及測(cè)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(lái)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>　　3．通過(guò)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(lái)構(gòu)成，例如，如果曲面可以直接

62、由點(diǎn)的網(wǎng)格生成，就可以考慮直接采用這一片點(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。提前作出規(guī)劃可以避免以后走彎路。</p><p>　　4．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(lái)靈活方便，還可以一次生成多個(gè)點(diǎn)的分段。</p><p>　　(二) 曲線創(chuàng)建功能 </p><p&

63、gt;　　1．判斷和決定生成哪種類(lèi)型的曲線。曲線可以是精確通過(guò)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>　　2．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(lái)調(diào)整曲線?？刂泣c(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>　　3．診斷和修改曲線?？梢酝ㄟ^(guò)曲線的曲率來(lái)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

64、曲線與其他曲線的連續(xù)性（連接、相切、曲率連續(xù)）。 Imageware12軟件提供很多工具來(lái)調(diào)整和修改曲線。 </p><p>　?。ㄈ┣鎰?chuàng)建功能 </p><p>　　1．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(lái)決定。 </p><p>　　2．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（Fi

65、t free form），可以用曲線通過(guò)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(lái)創(chuàng)建曲面。還可以通過(guò)其他例如圓角等生成曲面。</p><p>　　3．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>　　Imagew

66、are12是著名的逆向工程軟件，其廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、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(zhuān)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><b>　　3．3實(shí)體建模軟件</b></p><p>　　Autodesk公司在AutoCAD軟件包的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出了三維實(shí)體造型軟件Mechanical Desktop 簡(jiǎn)稱(chēng)MD

67、T，在微機(jī)上，實(shí)現(xiàn)了快捷、精確的三維實(shí)體造型。與別的三維設(shè)計(jì)軟件不同的是，它基于以被廣大的中國(guó)用戶(hù)所熟知的AutoCAD平臺(tái)。對(duì)于有AutoCAD二維繪圖軟件使用經(jīng)驗(yàn)的用戶(hù)，學(xué)習(xí)和使用MDT十分容易。利用它，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)初期能夠很方便地進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，將主要精力集中在零件的選型、相關(guān)結(jié)構(gòu)的關(guān)系以及零件的使用功能上，設(shè)計(jì)者們能最大限度的發(fā)揮聰明才智，這一過(guò)程在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，占據(jù)極為重要的作用。完善概念設(shè)計(jì)之后，輸出立體效果圖、零件施工圖及

68、系統(tǒng)裝配圖很方便，而且節(jié)約了大量的繪圖時(shí)間。</p><p>　　MDT軟件包包括零件造型、零件裝配、曲面造型及二維出圖等部分。MDT軟件的零件造型模塊是基于二維平面特征的三維實(shí)體造型工具，能夠非常方便地創(chuàng)建任何復(fù)雜形狀的實(shí)體。</p><p>　　基于特征的參數(shù)化零件造型模塊可用已經(jīng)存在的AutoCAD二維圖形，作為平面草圖，然后通過(guò)拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃掠等方法建立三維實(shí)體外形?？蓪?duì)此實(shí)體的各

69、個(gè)特征用智能化、參數(shù)化的尺寸進(jìn)行約束，通過(guò)建立參數(shù)化表來(lái)建立零件族。功能如下：</p><p>　　1)草圖特征：由草圖生成實(shí)體，支持拉伸、旋轉(zhuǎn)和掃掠。</p><p>　　2)圓角特征：對(duì)每一邊可進(jìn)行常值倒圓、變半徑倒圓、可以表示非常復(fù)雜的造型及圓角過(guò)渡。</p><p>　　3)孔特征：可鉆沉孔、階梯螺孔、螺紋孔。</p><p>　　4

70、)倒角特征：包括等邊、不等邊及邊長(zhǎng)和夾角。</p><p>　　5)切割特征：用曲面可以切割實(shí)體。</p><p>　　6)全參數(shù)化特征陣列：可以用數(shù)值和等式及參變量表示陣列特征，并且可隨時(shí)對(duì)其進(jìn)行修改。</p><p>　　7)參變量技術(shù)：參變量使零件之間建立尺寸連接關(guān)系，具有尺寸連接關(guān)系的所有零件將自動(dòng)變化更新。</p><p>　　8)

71、約束類(lèi)型：幾何形狀、尺寸、參變量約束。</p><p>　　9)工作特征：工作軸、工作點(diǎn)和工作平面。</p><p>　　10)約束技術(shù)：對(duì)約束可操作</p><p>　　裝配造型模塊及工程分析模塊能容易地創(chuàng)建和管理包括成百上千個(gè)零部件的裝配和子裝配，它使用參數(shù)化的關(guān)系，模擬實(shí)際的裝配過(guò)程。內(nèi)建的分析工具可計(jì)算零件質(zhì)量特性，如質(zhì)心、回轉(zhuǎn)半徑、慣性矩等。能自動(dòng)地開(kāi)發(fā)全

72、參數(shù)化的零部件的關(guān)聯(lián)明細(xì)表等，具體功能如下：1)智能化的裝配約束。2)裝配文檔管理。3)材料特性分析。4)干涉檢查。</p><p>　　與模型關(guān)聯(lián)的工程出圖模塊能通過(guò)零件造型和繪圖雙向的關(guān)聯(lián)。MDT智能地連接三維造型和二維視圖，簡(jiǎn)化了工程圖紙的生成過(guò)程，從三維造型自動(dòng)地生成詳細(xì)的二維視圖—— 軸測(cè)、正交投影、剖視等。當(dāng)改變模型尺寸時(shí)，所有關(guān)聯(lián)的二維視圖自動(dòng)地更新，或當(dāng)更改一個(gè)二維視圖時(shí)，將使得關(guān)聯(lián)的模型及其它的

73、二維視圖也更新。這部分功能包括：</p><p>　　1)完整的模型—— 圖紙雙向關(guān)聯(lián)；</p><p>　　2)借助AutoCAD繪圖環(huán)境；</p><p><b>　　3)自動(dòng)消隱；</b></p><p>　　4)支持ANSI、ISO、DIN、JIS繪圖標(biāo)準(zhǔn)；</p><p>　　5)提供各

74、種工程符號(hào)、形位公差、表面粗糙度、焊接符號(hào)等；</p><p>　　6)參數(shù)化的標(biāo)注功能；</p><p>　　7)視圖生成包括正交投影、軸測(cè)圖、輔助視圖、剖面圖、局部剖視圖、平移剖面圖、斷開(kāi)圖及用戶(hù)自定義圖等。</p><p><b>　　3．4快速成型設(shè)備</b></p><p>　　本次使用的快速成型機(jī)是新加坡的Z

75、IPPY 1系統(tǒng)，它的可成型件最大尺寸為380*280*340。完全滿(mǎn)足我們的要求。實(shí)體如下圖：</p><p>　　圖3. 2 快速成型系統(tǒng)</p><p>　　ZIPPY是首家采用三坐標(biāo)精密伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)、精密滾珠絲杠傳動(dòng)、精密滾珠直線導(dǎo)軌導(dǎo)向，機(jī)械空運(yùn)行重復(fù)定位精度為±0.01mm。采用獨(dú)特技術(shù)保證工件Z方向精度。采用激光切割速度與切割功率的自動(dòng)匹配控制技術(shù)，硬件實(shí)現(xiàn)速度跟蹤

76、，反應(yīng)速度快。采用自動(dòng)開(kāi)發(fā)的軟件技術(shù)，具有模擬成型過(guò)程、預(yù)算加工時(shí)間、STL文件檢查、缺陷自動(dòng)修補(bǔ)、切片、CLI、SSL輸出、誤差校正、鏤空、分隔、組合的功能。采用激光切口寬度的自動(dòng)補(bǔ)償軟件技術(shù)。采用輪廓線內(nèi)外自動(dòng)識(shí)別軟件技術(shù)。采用美國(guó)著名品牌SYNARAD生產(chǎn)的金屬管CO2激光器，功率高、速度快，無(wú)需充氣，維護(hù)保養(yǎng)容易，費(fèi)用低。采用三級(jí)除塵裝置，兩級(jí)纖維過(guò)濾，一級(jí)高壓靜電除塵，徹底消除環(huán)境污染。采用獨(dú)特的卸料裝置，使用方便。ZIPPY

77、系統(tǒng)采用了高質(zhì)量的傳感監(jiān)控系統(tǒng)和元器件，有完善的安全保護(hù)和斷紙報(bào)警裝置，因此能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)無(wú)人看管運(yùn)行，可靠性高，故障率低。采用獨(dú)特的均勻加熱方式，保障系統(tǒng)可平衡地加熱到最高400℃，可兼容其它供應(yīng)商提供的成形材料。</p><p>　　KINERGY公司自行開(kāi)發(fā)的多種高性能紙基薄材，在中國(guó)設(shè)有材料生產(chǎn)廠，不必進(jìn)口，供貨方便、周期短。</p><p>　　4．建立手機(jī)外形具體步驟</p

78、><p>　　4．1松下G60手機(jī)外形逆向開(kāi)發(fā)的流程</p><p>　　模型分析→掃描方案確定→進(jìn)行掃描→數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換→點(diǎn)云處理→點(diǎn)云數(shù)據(jù)過(guò)濾→點(diǎn)云分割→曲線建立，曲面建立→曲面鏡像→按鍵曲線建立→曲面連續(xù)處理→精簡(jiǎn)數(shù)據(jù)→數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換→曲面兩兩縫合→曲面整體縫合→按鍵建立。</p><p><b>　　4．2模型分析</b></p><

79、;p>　　針對(duì)松下G60手機(jī)的外形觀察，發(fā)現(xiàn)其實(shí)體表面主要分為四個(gè)曲面圍成。它們分別是上表面，下表面，側(cè)面和倒角面。而且每個(gè)上表面，下表面，側(cè)面都有共同的曲面特征，都可以使用放樣的方法來(lái)生成所需要的曲面。然后分別進(jìn)行裁剪，就得到了想要得曲面大小。</p><p>　　仔細(xì)觀察松下G60手機(jī)，會(huì)發(fā)現(xiàn)它擁有比較高的對(duì)稱(chēng)性，左右對(duì)稱(chēng)，包括按鍵、屏幕在內(nèi)。因此可以考慮使用對(duì)稱(chēng)面來(lái)建立整個(gè)曲面模型。上表面，下表面，側(cè)

80、面的曲面建模方法剛才已經(jīng)形成，只需要把其建立半個(gè)曲面，然后再作一個(gè)鏡像操作，就可以使其建立手機(jī)的整個(gè)基本曲面模型。</p><p><b>　　4．3掃描</b></p><p>　　此處省略 NNNNNNNNNNNN字。如需要完整說(shuō)明書(shū)和設(shè)計(jì)圖紙等.請(qǐng)聯(lián)系 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)下載！該論文已經(jīng)通過(guò)答辯</p>

81、;<p>　　圖4. 4測(cè)量?jī)牲c(diǎn)之間的距離</p><p><b>　　4．5曲面造型</b></p><p><b>　　1．建立對(duì)稱(chēng)平面</b></p><p>　　建立對(duì)稱(chēng)平面，可以使后來(lái)的建模對(duì)稱(chēng)精度更高。建立一個(gè)平面有很多種方法，如三點(diǎn)式，在視角平面上，平面偏移，中心法向式。綜合考慮，使用中心法向式

82、比較方面。在手機(jī)點(diǎn)云上有兩個(gè)掃描時(shí)特意粘貼上去的鋼球的點(diǎn)云，由于球裝點(diǎn)云擬合時(shí)精度比較高，而且球心比較好捕捉，因此可以建立一條過(guò)兩球心的線段，然后建立過(guò)該線段中心點(diǎn)，且平面法向?yàn)樵摼€段方向的對(duì)稱(chēng)平面。</p><p>　　其具體步驟為：首先使用Modify ——〉Extract ——〉Circle Select Points命令圈選球形點(diǎn)云數(shù)據(jù)，把球形點(diǎn)云數(shù)據(jù)分別分割出來(lái)，然后使用Construct ——〉Sur

83、face From Cloud ——〉Fit Sphere命令分別選中剛分割出來(lái)的球行點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后擬合成球。使用Create ——〉3D Curve ——〉3D B-Spline命令，分別使用中心捕捉選兩球的球心，建立線段。使用Create ——〉Plane ——〉Center / Normal命令，分別使用中心捕捉線段的中點(diǎn)，選平面法向?yàn)檠刂本€方向，建立對(duì)稱(chēng)平面。使用Create ——〉Coordinate System ——〉Cr

84、eate命令，使中心點(diǎn)為線段的中點(diǎn)，Z向?yàn)槠矫娴姆ㄏ颉?lt;/p><p>　　圖4. 5建立的對(duì)稱(chēng)平面</p><p><b>　　2．建立上表面</b></p><p>　　在前面對(duì)曲面建模思路分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行手機(jī)外形上表面的模型建立。由于上表面接近放樣曲面的特征，并且使用放樣得到的曲面質(zhì)量比較好，因此主要的曲面建立方法還是使用放樣。首先把上

85、面的點(diǎn)云分割出來(lái)，再在分割出來(lái)的點(diǎn)云上再分割出一部分邊上的點(diǎn)云，然后在建立的點(diǎn)云上建立3D曲線，再把該曲線投影到以前建立的對(duì)稱(chēng)面上，再在z向建立鏡像曲線，然后放樣得到曲曲。</p><p>　　具體步驟：首先使用Modify ——〉Extract ——〉Circle Select Points命令圈選手機(jī)外形上表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)，再把選中的點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割出來(lái)，然后再使用Modify ——〉Extract ——〉Circl

86、e Select Points命令在剛才分割出來(lái)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中圈選沒(méi)有洞的連續(xù)點(diǎn)數(shù)據(jù)，然后把選中的點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割出來(lái)。使用Create ——〉3D Curve ——〉3D B-Spline命令，使用點(diǎn)云捕捉建立一條3D曲線。此時(shí)在Z方向上看，這條空間曲線是比較光滑，走向也接近手機(jī)外形上表面的曲面走向。接著使用Construct——〉Curve On Surface ——〉Project Curve to Surface命令把該空間曲線沿對(duì)稱(chēng)

87、平面的法線方向上投影到對(duì)稱(chēng)平面上。使用Modify ——〉Extend命令把該對(duì)稱(chēng)平面上的曲線進(jìn)行延伸，使用相切連續(xù)，所有方向上延伸18mm。然后使用Modify ——〉Orient——〉Mirror命令進(jìn)行曲線鏡像操作，z向距離-15mm。</p><p>　　在進(jìn)行曲面放樣操作時(shí)，必須首先對(duì)要放樣的曲線進(jìn)行匹配，否則會(huì)出現(xiàn)扭曲等影響曲面質(zhì)量的問(wèn)題。曲線匹配包括曲線的階次、方向、段數(shù)。使用Modify ——〉P

88、arameterization——〉Reparameterize命令，選擇將要放樣的曲線，參數(shù)4階8段。然后使用Construct ——〉Surface——〉Loft進(jìn)行放樣操作，依次選擇要放樣的曲線。然后觀察曲面是否符合預(yù)計(jì)的形態(tài)，使用Shift+D快捷健組合，調(diào)出曲顯示狀態(tài)描述對(duì)話(huà)框，使用Shaded選項(xiàng)。此時(shí)曲面將顯示著色狀態(tài)，而不是構(gòu)造線形態(tài)。默認(rèn)曲面法向顯示的是紅色，背面是灰色。這對(duì)曲面的觀察和后面的實(shí)體化有影響。我們理想的情

89、況是手機(jī)外表面是正向，這里顯示的是灰色，因此需要調(diào)整。使用Modify ——〉Direction——〉Reverse Surface Normal命令使曲面法向反向。 </p><p>　　圖4. 6手機(jī)外形的上表面曲面</p><p><b>　　3．建立下表面</b></p><p>　　曲面的下表面擁有和上表面相同的特性，因此還是使用放樣

90、的方法建立手機(jī)的下表面。具體步驟：首先使用Modify ——〉Extract ——〉Circle Select Points命令圈選手機(jī)外形下表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)，再把選中的點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割出來(lái)，然后再使用Modify ——〉Extract ——〉Circle Select Points命令在剛才分割出來(lái)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中圈選連續(xù)的點(diǎn)數(shù)據(jù)，然后把選中的點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割出來(lái)。使用Create ——〉3D Curve ——〉3D B-Spline命令，使用點(diǎn)云捕

91、捉建立一條3D曲線。接著使用Construct——〉Curve On Surface ——〉Project Curve to Surface命令把該空間曲線沿對(duì)稱(chēng)平面的法線方向上投影到對(duì)稱(chēng)平面上。使用Modify ——〉Extend命令把該對(duì)稱(chēng)平面上的曲線進(jìn)行延伸，使用相切連續(xù)，所有方向上延伸18mm。然后使用Modify ——〉Orient——〉Mirror命令進(jìn)行曲線鏡像操作，z向距離-15mm。對(duì)要放樣的曲線進(jìn)行匹配。使用Modi

92、fy ——〉Parameterization——〉Reparamet</p><p>　　圖4. 7手機(jī)外形的下表面曲面</p><p><b>　　4．建立側(cè)面</b></p><p>　　手機(jī)外形側(cè)面的也擁有和上表面較相似的特征，因此還是采用相同的方法，放樣建立曲面。不過(guò)此時(shí)曲面建立的方向有差別。此時(shí)的投影變?yōu)閤z坐標(biāo)平面，而且要進(jìn)行兩次曲

93、線鏡像操作，這樣才可以使建立的側(cè)面曲面足夠大，可以進(jìn)行上下表面的裁剪操作。</p><p>　　具體步驟：首先建立XZ坐標(biāo)平面，使用Create ——〉Plane ——〉Center / Normal命令，分別使用中心捕捉坐標(biāo)原點(diǎn)，選平面法向?yàn)閅方向， 建立XZ坐標(biāo)平面。再次使用Modify ——〉Extract ——〉Circle Select Points命令圈選手機(jī)外形側(cè)面點(diǎn)云數(shù)據(jù)，再把選中的點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割出

94、來(lái)，然后再使用Modify ——〉Extract ——〉Circle Select Points命令在剛才分割出來(lái)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中把選中的點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割出來(lái)。使用Create ——〉3D Curve ——〉3D B-Spline命令，使用點(diǎn)云捕捉建立一條3D曲線。接著使用Construct——〉Curve On Surface ——〉Project Curve to Surface命令把該空間曲線沿對(duì)稱(chēng)平面的法線方向上投影到XZ坐標(biāo)平面上。使

95、用Modify ——〉Extend命令把該對(duì)稱(chēng)平面上的曲線進(jìn)行延伸，使用相切連續(xù)，所有方向上延伸18mm。然后使用Modify ——〉Orient——〉Mirror命令進(jìn)行曲線鏡像操作，Y向距離-15mm，然后再次執(zhí)行相同的鏡像操作，只是距</p><p>　　對(duì)要放樣的曲線進(jìn)行匹配。使用Modify ——〉Parameterization——〉Reparameterize命令，選擇將要放樣的曲線，參數(shù)還是使用4

96、階8段。然后使用Construct ——〉Surface——〉Loft依次選擇要放樣的曲線，進(jìn)行放樣操作。然后觀察曲面形態(tài)，使用Shift+D快捷健組合，調(diào)出曲顯示狀態(tài)描述對(duì)話(huà)框，使用Shaded選項(xiàng)。此時(shí)曲面將顯示紅色，背面是灰色。也不需要進(jìn)行曲面法向的調(diào)整。如圖</p><p>　　圖4. 8手機(jī)外形的三個(gè)表面曲面</p><p><b>　　5．曲面初次裁剪</b&g

97、t;</p><p>　　經(jīng)過(guò)上面基本曲面的建立，手機(jī)一半的基本外形已經(jīng)建立起來(lái)了，現(xiàn)在要做的就是把多余的部分裁剪掉。裁剪曲面首先要建立裁剪曲線。該曲線的建立可以通過(guò)Construct ——〉Intersection ——〉With Surface命令，分別選擇相交的兩個(gè)曲面，然后執(zhí)行。在兩曲面相交處就建立了一條3D曲線。接著使用Modify ——〉Snip ——〉Snip Surface命令，選擇要裁剪的曲面和

98、參考曲線進(jìn)行曲面的裁剪。裁剪后如圖</p><p>　　圖4. 9修剪三個(gè)表面曲面</p><p><b>　　6．建立倒角面</b></p><p>　　已經(jīng)有了手機(jī)外形的基本了，下來(lái)就要建立一些小的特征。建立倒角的時(shí)候需要?jiǎng)討B(tài)觀察，和點(diǎn)云進(jìn)行比較，找的對(duì)合適的參數(shù)，建立最接近原始點(diǎn)云的倒角曲面。使用Construct ——〉Fillet——

99、〉Surface命令，選中相鄰兩個(gè)曲面，設(shè)置基本曲率為2.5。</p><p>　　圖4. 10建立倒角</p><p><b>　　7．建立棱角曲面</b></p><p>　　由于上面建立倒角曲面是由很多小的曲面組成，因此對(duì)以后的曲面縫合，會(huì)不利。因此需要建立一個(gè)整面來(lái)代替倒角曲面。該曲面的建立，使用放樣，這樣建立的面質(zhì)量比較好。使用Con

100、struct ——〉Surface——〉Loft進(jìn)行放樣操作，依次選擇兩個(gè)倒角邊曲線。參數(shù)還是使用2.5，這樣可以保證和原始倒角面的基本重合。</p><p><b>　　8．曲面再次裁剪</b></p><p>　　此時(shí)，還需要對(duì)上表面，下表面，側(cè)面進(jìn)行裁剪。把倒角面以外的部分修剪掉，這樣整個(gè)外形看起來(lái)會(huì)比較連續(xù)。使用Modify ——〉Snip ——〉Snip S

101、urface命令，選擇要裁剪的曲面和參考曲線進(jìn)行曲面的裁剪。裁剪后得到的外形如圖</p><p>　　圖4. 11再次修建后的曲面</p><p><b>　　9．建立按鍵曲線</b></p><p>　　由于手機(jī)的上表面擁有按鍵，因此需要對(duì)它進(jìn)行按鍵處理。現(xiàn)在就進(jìn)行上表面的按鍵孔處理，會(huì)使整個(gè)曲面模型不連續(xù)，這對(duì)后面的曲面縫合，進(jìn)一步生成實(shí)體

102、的操作，非常不方便。因此在這里只需要把需要打孔的位置，大小，形狀，使用曲線描繪出來(lái)，在縫合后，進(jìn)行實(shí)體操作的時(shí)候，再根據(jù)這些參數(shù)建立手機(jī)模型的按鍵孔以及按鍵。分析按鍵位置分布，左右是關(guān)于對(duì)稱(chēng)面對(duì)稱(chēng)的，因此只需要建立一邊的按鍵就可以。然后鏡像操作，這樣按鍵位置的對(duì)稱(chēng)性也有保證。</p><p>　　具體步驟：首先使用Modify ——〉Extract ——〉Circle Select Points命令圈選手機(jī)外形上

103、表面按鍵孔的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，再把選中的點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割出來(lái)，剔除不需要的雜點(diǎn)。然后使用Construct ——〉Curve from cloud——〉Fit Circle 和Fit Ellipse命令，來(lái)生成擬合點(diǎn)云的曲線圓和橢圓。然后使用鏡像操作，使左右按鍵孔對(duì)稱(chēng)。使用Modify ——〉Orient——〉Mirror命令進(jìn)行曲線鏡像操作，沿對(duì)稱(chēng)面，距離為0。</p><p><b>　　10．整體鏡像操作&l

104、t;/b></p><p>　　按鍵已經(jīng)建立，但是曲面還是只有半個(gè)，接下來(lái)使用鏡像操作把曲面建立完整，使它看起來(lái)像個(gè)手機(jī)外形。對(duì)于手機(jī)這種注重外形的產(chǎn)品來(lái)講，是否對(duì)稱(chēng)直接影響到外形美觀，而且該款手機(jī)當(dāng)初的設(shè)計(jì)意圖就是左右對(duì)稱(chēng)。</p><p>　　具體操作：使用Modify ——〉Orient——〉Mirror命令進(jìn)行曲線鏡像操作，沿對(duì)稱(chēng)面，距離為0。如圖</p>&l

105、t;p>　　圖4. 12執(zhí)行鏡像操作后的曲面</p><p>　　11．曲面連續(xù)性處理</p><p>　　曲面是建立起來(lái)了，通過(guò)鏡像操作，對(duì)稱(chēng)性也已經(jīng)達(dá)到了?？墒歉鱾€(gè)曲面間的連續(xù)性還不是很好，有的地方還會(huì)出現(xiàn)明顯的縫和孔，這對(duì)以后的曲面縫合勢(shì)必會(huì)造成困難。因此現(xiàn)在進(jìn)行曲面的連續(xù)性處理是很必要的。曲面連續(xù)性包括位置連續(xù)，相切連續(xù)，曲率連續(xù)。曲率連續(xù)可以獲得比較高的曲面質(zhì)量。</

106、p><p>　　具體操作：使用Construct ——〉Blend ——〉Surface命令，選中相鄰兩個(gè)中間有間隙的曲面。執(zhí)行后就會(huì)在這兩個(gè)曲面之間再生成一個(gè)小的曲面，使他們連續(xù)起來(lái)。</p><p>　　圖4. 13曲面連續(xù)</p><p><b>　　12．誤差分析</b></p><p>　　在進(jìn)行完曲面重構(gòu)，需要對(duì)

107、重構(gòu)的誤差進(jìn)行分析。進(jìn)行曲面和點(diǎn)云的比對(duì)，Imageware中提供了這樣的功能。使用Measure——〉Surface to ——〉Cloud Difference命令。比對(duì)結(jié)果誤差為0.5mm。如下圖：</p><p>　　圖4. 14曲面誤差分析</p><p><b>　　13．?dāng)?shù)據(jù)精簡(jiǎn)</b></p><p>　　在曲面模型已經(jīng)建立起來(lái)

108、之后，需要做的就是精簡(jiǎn)數(shù)據(jù)。精簡(jiǎn)數(shù)據(jù)后的文件很直觀，而且對(duì)后來(lái)在其他3維造型軟件中進(jìn)行處理是很方便的。</p><p>　　具體操作，刪除在進(jìn)行曲面造型時(shí)所建立的中間過(guò)渡幾何，比如點(diǎn)云數(shù)據(jù)等。然后另外存儲(chǔ)一個(gè)文件。另存是為了以后需要修改的時(shí)候方便。</p><p>　　14．?dāng)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化導(dǎo)出通用格式</p><p>　　Imageware類(lèi)型的文件不能直接在其他三維造型