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含CAD图纸+文档 酸奶桶的逆向造型研究

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酸奶桶的逆向造型研究[含CAD图纸+文档],含CAD图纸+文档,酸奶桶的逆向造型研究

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毕业设计（论文）开题报告题目 酸奶桶的反求造型研究专 业 名 称 机械设计制造及其自动化班 级 学 号 078105304学 生 姓 名 陈 烈指 导 教 师 于 斐填 表 日 期 2011 年 3 月 5 日说 明开题报告应结合自己课题而作，一般包括：课题依据及课题的意义、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）、研究内容及实验方案、目标、主要特色及工作进度、参考文献等内容。以下填写内容各专业可根据具体情况适当修改。但每个专业填写内容应保持一致。一、选题的依据及意义：逆向工程是一项开拓性、实用性和综合性很强的技术，逆向工程技术已经广泛应用到新产品的开发、旧零件的还原以及产品的检测中，它不仅消化和吸收实物原型，并且能修改再设计以制造出新的产品.逆向工程技术为快速设计和制造提供了很好的技术支持，它已经成为制造业信息传递的重要而简洁途径之一。逆向工程的整个实施过程包括了测量数据的采集处理、CADCAM系统处理和融入产品数据管理系统的过程。其中在RE产品建模系统中实现了数据预处理、曲线曲面拟合等。从理论角度分析，逆向工程技术能按照产品的测量数据建立与现有CADCAM系统完全兼容的数字模型，这是逆向工程技术的最终目标。实现逆向过程后，通过UG进行实体整合，制造出酸奶桶模型，通过实体模型反求酸奶桶的制造模具。二、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）：传统的产品设计一般都是“从无到有”的过程，设计人员首先构思产品的外形、性能以及大致的技术参数等，再利用CAD建立产品的三维数字化模型，最终将模型转入制造流程，完成产品的整个设计制造周期，这样的过程可称为“正向设计”。而逆向工程则是一个“从有到无”的过程，就是根据已有的产品模型，反向推出产品的设计数据，包括设计图纸和数字模型1。逆向工程(Reverse Engineering)作为一项新的先进制造技术被提出是在上世纪八十年代末至九十年代初。当时首先由美国汽车龙头福特汽车公司倡导的汽车“2毫米工程”对传统的制造业提出了前所未有的挑战2 。它要求将质量控制从最终产品的检验和检测，提前到产品的开发设计阶段。减小开发风险，降低开发成本，加快产品成功开发的周期。九十年代初在世界范围内掀起了所谓“先进制造技术及设备”的研究、开发热潮3。 在计算机高度发展的今天，三维立体的几何造型技术已被制造业广泛应用于工模具的设计、方案评审，自动化加工制造及管理维护等各方面4。而往往我们都会遇到这样的难题，就是客户给你的只有一个实物样品或手扳模型，没有图纸CAD数据档案，工程人员没法得到准确的尺寸，制造模具就更为困难。用传统的雕刻方法，时间长而效果不佳，这时我们就需要采用各种测量手段及三维几何建模方法，将原有实物转化为计算机上的三维数字模型。这就是所谓逆向工程(Reverse Engineering)。逆向工程包括快速反求、快速成型、快速模具以及多自由度数控加工等多个环节。其中作为快速反求的发展则是由传统的接触式测量向快速非接触式测量逐步发展，特别是承受着“光机电一体化”技术的发展，结合了计算机、图像处理，激光技术以及精密机械的三维激光扫描机逐渐成为了反求工程的主流。而三维激光扫描从形式上又是从点扫描测量向线扫描测量、场测量发展的，其中线扫描测量与点扫描同样基于“三角法测量原理”，同时借助于高精度，高分辨率的面阵CCD图像采集系统，从而使其具有了与点扫描形式类似的高测量精度以及可与场测量方式媲美的高效率。另外，采用步进电机带动旋转平台，可以获取被测物体的全轮廓数据信息，能真正做到了采用三维扫描方式获取物体三维形状信息 5 。从广义讲，逆向工程可分以下三类： (1)实物逆向：它是在已有产品实物的条件下，通过测绘和分折，从而再创造；其中包括功能逆向、性能逆向、方案、结构、材质等多方面的逆向。实物逆向的对象可以是整机、零部件和组件。 (2)软件逆向：产品样本、技术文件、设计书、使用说明书、图纸、有关规范和标准、管理规范和质量保证手册等均称为技术软件。软件逆向有三类：既有实物，又有全套技术软件；只有实物而无技术软件；没有实物，仅有全套或部分技术软件。 (3)影像逆向：设计者既无产品实物，也无技术软件，仅有产品的图片、广告介绍或参观后的印象等，设计者要通过这些影像资料去构思、设计产品，该种逆向称为影像逆向 6 。逆向工程的专业软件有Surfacer、UG、CopyCAD和RapidForm等，这些软件非常适合处理大量扫描的点云数据。例如，对一个小车的外型进行激光扫描，大约可以得到30万个测量点，通过专业的UG软件建构而得到数字模型，达到了预期的效果 7 。Unigraphics NX 5.0中文版（简称UGNX5.0），其功能覆盖了整个产品的开发过程，即覆盖了从概念设计、功能工程、工程分析、加工制造到产品发布的全过程，在航空、汽车、机械、电器电子等各工业领域中应用非常广泛。UG软件起源于美国麦道飞机公司，自20世纪60年代起成为商业化软件以来，一直被全球众多知名公司所采用，UG软件在客户需求驱动下，汽车多个大型工程项目的实际考验，被公认为世界一流的企业级CAD/CAM/CAE一体化软件之一。Imageware作为UG NX中提供的逆向工程造型软件。具有强大的测量数据处理、曲面造型、误差检测功能。可以处理几万至几百万的点云数据。根据这些点云数据构造的A级曲面(CLASS A)具有良好的品质和曲面连续性。Imageware的模型检测功能可以方便、直观地显示所构造的曲面模型与实际测量数据之间的误差以及平面度、真圆度等几何公差8。以上介绍的是国外逆向工程软件，国内在逆向工程软件方面的研究主要集中在高等学校(如清华大学、浙江大学、南京航空航天大学)，也有软件产品出现，但是由于系统稳定性、可操作性等原因，这些研究性软件还没具备与国外商业化软件竞争的条件。由国内逆向工程领域专业人士参与开发的逆向工程软件QuickForm是较好的一个：该系统采用先进的几何引擎，运行稳定性好，并有良好的可操作性。由于开发人员具有丰富的逆向工程实施经验因此系统的功能设置、操作方式符合国内用户的习惯，这是国外软件所无法具备的。QuickForm还具有价格优势，QuickForm的价格在同类软件中具有极强的竞争力；采用国产软件也是对国内制造业和软件行业的支持9。逆向工程已成为联系新产品开发过程中各种先进技术的纽带，并成为消化、吸收先进技术。实现新产品快速开发的重要技术手段。其主要应用领域如下： (1)对产品外形美学有特别要求的领域，由于设计师习惯于依赖3D实物模型对产品设计进行评估，因此产品几何外形通常不是应用CAD软件直接设计的，而是首先制作全尺寸的木质或粘土模型或比例模型，然后利用逆向工程技术重建产品数字化模型。 (2)当设计需经实验才能定型的工件模型时，通常采用逆向工程的方法。例如航天航空、汽车等领域，为了满足产品对空气动力学等的要求，需进行风洞等实验建立符合要求的产品模型。此类产品通常是由复杂的自由曲面拼接而成的最终借助逆向工程，转换为产品的三维CAD模型及其模具。 (3)在模具行业，常需通过反复修改原始设计的模具型面。这将实物通过数据测量与处理产生与实际相符的产品数字化模型，对模型修改后再进行加工，将显著提高生产效率。因此逆向工程在改型设计方面可发挥正向设计不可替代的作用。 (4)逆向工程也广泛用于修复破损的文物、艺术品、或缺乏供应的损坏零件等。 (5)借助于工业CT技术，逆向工程不仅可以产生物体的外部形状而且可以快速发现、定位物体的内部缺陷 10 。逆向工程的研究已经日益引人注目，在数据处理、曲面片拟合、几何特征识别、商用专业软件和坐标测量机的研究开发上已经取得了很大的成绩。但是在实际应用当中，整个过程仍需要大量的人机交互工作，操作者的经验和素质直接影响着产品的质量，自动重建曲面的光顺性难以保证，下面一些关键技术将是逆向工程主要发展方面:(1)数据测量方面：发展面向逆向工程的专用测量设备，能够高速、高精度的实现产品几何形状的三维数字化，并能进行自动测量和规划路径；(2)数据的顶处理方面：针对不同种类的测量数据，开发研究一种通用的数据处理软件，完善改进目前的数据处理算法；(3)曲面拟合：能够控制曲面的光顺性和能够进行光滑拼接；(4)集成技术：发展包括测量技术、模型重建技术、基于网络的协同设计和数字化制造技术等的逆向工程技术11。三、研究内容及实验方案： 研究内容：1） 酸奶桶的反求造型。2） 基于surfacer软件将测量的的点拟合成曲线和曲面3） 基于UG创建酸奶桶实体4） 完成酸奶桶的UG注塑模设计四、目标、主要特色及工作进度目标：对酸奶桶的点云模型数据处理利用surfacer软件将测量的的点拟合成曲线和曲面、UG创建酸奶桶实体主要特色：结合酸奶桶的设计制造的特点，采用逆向工程技术对酸奶桶进行设计研究是一项开拓性、实用性和综合性很强的工作。用surfacer及逆向工程软件UG对酸奶桶点云数据进行反求处理其重点难点是曲线的创建和诊断修改。采用逆向工程技术，不仅能够得到原实物的精确的复制品，而且可以进一步修改并生成完整的数学模型和产品图纸，为产品的更改以及后续的数控加工带来了很大的便利，大大地缩短设计开发周期，提高了产品设计的工作效率。工作进度：1. 开题报告、查阅资料、外文翻译（6000字符) 2.213.11 3周2. 研究反求造型的基本方法 3.144.1 3周3. 基于surfacer软件重构曲面 4.44.29 4周4. 基于UG创建酸奶桶实体 5.25.27 4周5. 完成酸奶桶的UG注塑模设计 5.306.17 3周6. 撰写毕业论文、毕业设计审查、毕业答辩 6.206.25 1周五、参考文献 1 金涛, 童水光. 逆向工程技术. 北京 机械工业出版社, 2003.2 苏文慧,于学兵. 逆向工程汽车车身设计中的新型开发方式J机械研究与应用, 2005,(01).3 朱东华,陈国富,王建峰. 虚拟造型反求与快速成型J机械设计, 2006,(03).4 姜斌,魏琳. 基于逆向工程的工业设计研究J轻工机械, 2005,(02).5 谢金,王文,等.基于激光测量的自由曲面零件逆向工程的实现.组合机床及自动化加 工技术,2002(1) 10 姜元庆, 刘佩军编译. UG / Imagewar 逆向工程培训教程. 清华大学出版社，2003.6 陆佳平,薛克敏,汪昌盛. 逆向工程在汽车覆盖件设计中的应用J合肥工业大学学报(自然科学版), 2006,(03).7 杜建红,张红兵. 复杂曲面实物反求设计J机械设计与制造, 2005,(12).8 李书生,徐万红,王韶春. 汽车车身逆向设计法的研究J沈阳工业大学学报, 2004,(06).9 马文胜,郎宝珠,刘卫. 现代汽车车身外形设计方法J河北工业科技, 2006,(04).10 柯映林等.反求工程CAD建模理论、方法和系统.北京:机械工业出版社,200511 T.Pawson , R.Linding.Synthetic modular systems reverse engineering of signal transduction . FEBS Letters , Volume 579 , Issue 8 , Pages 1808 - 1814, 200512 Adam A Margolin, Kai Wang, Wei Keat Lim, Manjunath Kustagi, Ilya Nemenman & Andrea Califano.Reverse engineering cellular networks. Nature Protocols 1, 662 - 671 (2006)13 MORETON H P, SEQUIN C H. Functional Optimization for Fair Surface Design .Computer Graphics, 1992, 26(2) :167 175 .14 Eck M, Hoppe H. Automatic reconstruction of B-spline surfaces of arbitrary topology type .Computer Graphics, 1996, 30(8) :325-334南昌航空大学科技学院学士学位论文 毕业设计（论文）题目： 酸奶桶的反求造型研究系 别 航空与机械工程系 专 业 名 称 机械设计制造及其自动化班 级 学 号 078105304学 生 姓 名 陈烈指 导 教 师 于斐二 一 一 年 5 月酸奶桶的反求造型研究学生姓名：陈烈 班级：0781053指导老师：于斐 摘 要：本文提出如何利用UG和surfacer软件进行模具逆向设计的问题，这一问题的提出基于以下原因:1.在三坐标测量机上能够快速精确的测量到大量的已有产品的表面坐标值。2.在专用的点处理软件surfacer上能够较精确的将测的的点拟合成曲线和曲面。3.在UG软件上能够复原产品实体，以及进一步反求模具的逆向设计和制造一体化。点云数据预处理和曲线曲面重构是逆向工程模具设计中的关键技术，虽然UG软件具有强大的曲线曲面造型功能，但是点云数据预处理的功能相当薄弱。为此本文以surfacer作为中间软件，完成点云数据的预处理，提高了在UG软件上进行逆向工程的效率和精度。本文主要研究的工作如下:1.探讨三坐标测量的多种方法和目前国内外的发展现状。2.点云排序方法的研究，初步建立点云之间的拓扑关系，使点云具有一定的完整性，并去除噪声点。3.利用surfacer开发工具完成点云排序与精简和点云曲线曲面拟合，并实现了拟合曲面在UG界面上的显示。4.以UG的曲面处理和实体建模作为工具软件复原实体和反求模具。关键词:逆向工程, 点云处理, surfacer 指导老师签名： Reverse yougurt shape of a barrelStudent name：Chen lie Class：0781053Supervisor：Yu FeiABSTRACT： This paper presents how to use UG and surfacer software on the reversing design of the mold problem, the issue raised for the following reasons: 1. In the CMM we can be able to quickly and accurately measuring a large number of products already on the surface coordinates. 2. Points in a dedicated software surfacer can be easily handled more accurate will be adjacent to the point of curves and surfaces. 3. UG software products to be able to recover entities, and to further reverse the reverse die design and manufacturing integration. Point cloud data and pretreatment of surface reconstruction is the reverse engineering of key technologies, while UG software has powerful features of surface modeling, but the point cloud data pre-processing functions quite weak. Surfacer to this paper as an intermediary software, the completion point cloud data preprocessing, the increase in the UG reverse engineering software on the efficiency and accuracy. This paper on the work are as follows: 1.The CMM on a variety of methods and the development of the status at home and abroad. 2.Point cloud sort of way, the initial establishment of point cloud relations between the topology, to a certain point cloud the integrity and remove noise points. 3.Surfacer use development tools to sort and the completion point-to streamline and point-fitting curves and surfaces, and to achieve a fitting surface interface displayed on the UG. 4.UG to the surface processing and modeling software as a tool for physical rehabilitation and reverse model. KEY WORDS: Reverse engineering, Point cloud processing, Surface Signature of Supervisor： III南昌航空大学科技学院学士学位论文目 录摘 要（I）ABSTRACT（II）目 录（1）前 言（1）1 绪论（3）1.1 逆向工程概述（3）1.2 逆向工程及模具设计的发展现状（6）1.3 本文研究的内容和意义（8）1.3.1 研究内容（8）1.3.2 研究意义（8）2 产品表面坐标的测量（9）2.1 测量方法分析（9）2.1.1 接触式测量（10）2.1.2 非接触式测量（10）2.2 测量设备的发展（10）2.2.1 坐标测量机的最新发展（11）2.3 ATOS扫描仪数据点测量原理（11）2.4 点云数据的获取（11）3 点数据的预处理（12）3.1 surfacer软件介绍（12）3.2 点云数据预处理1（13）3.2.1 数据平滑（13）3.2.2 数据过滤（13）3.2.3 数据分块和数据融合（13）3.2.4 数据优化（14）3.2.5 点云拼合（14）3.3 曲线重构的原理（14）3.4 曲面重构的原理（15）4 Surfacer软件重构曲面2（17）4.1 点云数据处理（17）4.1.1 数据点的导入（17）4.1.2 噪声点处理（18）4.2 曲线创建（18）4.3 曲面创建（20）5 UG反求实体及模具（21）5.1 UG软件简介（21）5.2 UG复原实体设计过程（21）6 UG注塑模具设计（29）结 论（36）参考文献（37）致 谢（38）2南昌航空大学科技学院学士学位论文前 言逆向工程(Reverse Engineering，RE)，也称为反求工程、反向工程、三坐标点测绘、抄数等。是指在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有CAD模型的情况下，按照现有零件的模型(产品原型或油泥模型)，利用各种数字化技术及CAD技术重新构造CAD模型而克隆或创造实物产品的过程。作为一种新产品开发和消化、吸收先进技术的重要手段，逆向工程技术结合UG软件的强大功能改变了传统产品设计开发模式，大大缩短了产品开发的时间周期，提高产品研发的成功率，尤其对那些形状复杂的产品更为有效。逆向工程为新产品的开发提供了技术支持，使得企业在市场上的竞争力大大提高。本文通过瓶的注塑模具的设计，说明应用逆向工程技术和三维设计软件在逆向产品的研发中的流程。本次设计根据逆向工程的技术流程，应用AT0S三维扫描仪对工件瓶体进行扫描获取样件表面“点云”数据；使用逆向工程专业软件Surfacer处理测量获得的散乱“点云”数据，并拟合曲线及曲面，进行相应的编辑修改等，使之达到精度要求；并在UG软件中进行产品完整曲面模型的生成以及实体化，最后生成不规则外形曲面的全部特征并得到完整产品零件模型后再生成注塑模具。结果表明，利用逆向工程技术进行产品快速逆向设计是有效的、可行的。而且此方法可以大大提高模具设计效率，降低产品开发成本。本文根据逆向模具设计的流程，分四个模块重点介绍逆向模具设计的过程，并结合工件实例介绍逆向模具设计的方法、操作、技巧以及应用，本说明书共分6章，具体内容安排如下。第1章作为绪论，介绍逆向工程的概述，目前发展状况，以及本文的研究内容和意义。通过本章的学习可以对逆向工程做一个大体的了解。第2章介绍产品表面坐标的测量，逆向工程的基础就是完整的点云数据，通过本章可以了解点云数据的测量方法以及所用测量设备的发展。以及重点介绍本次所用测量设备ATOS扫描仪的结构及工作原理。第3章介绍点云的处理方法，包括点云的对齐定位，噪声点的去除，数据的平顺和优化。介绍曲线重构和曲面重构的原理。第4章介绍surfacer软件常用功能命令，结合实例介绍点数据处理，曲线拟合，曲面重建的具体操作方法。第5章对UG软件做简单介绍并利用UG实体建模模块结合实例介绍曲面抽够实体的具体方法。第6章介绍UG软件的Moldwizard 4.0注塑模具向导模块，并详细介绍生成工件注塑模具的具体方法。本次设计说明书结合Surfacer和UG的优势重构过渡面，Sufracer在点云数据处理、曲线构建和曲面构建有较强的优势，但在UG中生成过渡面的效果明显要好一些，本文结合Surfacer和UG三维造形和设计处理软件，根据优势互补原则实现曲面重构，在控制精度的前题下，使最后输出的曲面模型很好的满足了设计要求构建出比较光滑的过渡面。填补在UG和Sufracer中均可构建，但通常都会出现明显接痕或过渡不自然等现象，此设计方法必将推动模具事业的进一步发展。本设计说明书在各位来时的指导些独立完成，在此对提供帮助的所有人表示感谢。37南昌航空大学科技学院学士学位论文1 绪论1.1 逆向工程概述21世纪的设计和制造不但要面向集成化智能化标准化柔性化而且要实现并行化、分布化、网络化、虚拟化，而这一切的基础是信息的数字化。完成设计信息数字化建模的计算机辅助设计(CAD)作为一项重要的单元技术发挥着基础与核心的作用。可以说，随着参数化特征造型技术的发展，目前一般的用于正向设计的机械CADC/AM得到了很好的解决。但在许多特殊领域，利用普通的造型手段往往难以很好的解决问题，因而迫切需要造型方法、设计手段的丰富和发展。例如，在汽车工业，新车型的外形设计仍然经常要制作全尺寸的木质或薪土模型，因为要在二维的尺寸大大缩小了的计算机屏幕上完成这样高要求的三维复杂外形设计是非常困难的。当实物模型制作好以后，就需要根据实物建立其数字化模型。模具快速制造、三维服装设计、玩具设计、电影特技动画制作、艺术制作、动植物模拟、医疗诊断、人体器官复制、地理地形测量与数字化再现等也都给设计和造型手段提出了新的课题和挑战，但同时也为几何造型技术提供了更广阔的发展空间。逆向工程是数字化与快速响应制造大趋势下的一项重要技术，是CAD领域中的一个相对独立的范畴。目前有关逆向工程的研究和应用大多数针对实物模型的几何形状的反求，在这个意义下，逆向工程是根据已有实物模型的坐标测量数据，重新建立实物的数字化模型，而后进行分析、修改、快速原型制造和数控加工等。这里的实物模型可以是机械产品、人体、动植物、艺术品、地形地貌等等。通过实物模型产生其数字化模型，可以充分利用数字化的优势，提高设计、制造、分析的质量和效率，并适应智能化、集成化、并行化、网络化的产品设计制造过程中的信息存储与交换。逆向工程将现代坐标测量设备作为产品设计的前置输入装置和原型或产品制造后的检测手段，与快速原型制造、CAD/CAM相结合并形成产品设计制造的闭环系统，将有效提高产品的快速响应能力，丰富几何造型方法和产品设计手段，其关键技术可用于其他许多领域，从而拓宽计算机辅助建模的应用领域。逆向工程的应用可以归纳为以下几个方面: 【10】(1)由于种种原因，有时在只有样件，没有样件图形文档的情况下需要对样件进行有限元分析、备件加工、模具制造或者需对样件进行修改，考察修改后的样件与其他零件之间的装配协调性等等，这都需要利用逆向工程的手段将实物模型转化为CAD模型从而提高设计制造的自动化程度。(2)在汽车外形设计、玩具设计、艺术品造型等复杂而且对外形美学要求较高的产品设计中，用目前普通的CAD软件，还很难满足形状设计的要求，一般要首先制作实物模型，然后通过测量设备输入到计算机辅助系统中，以便进一步进行设计修改和后续的各种操作。(3)逆向工程在单件产品快速定制生产中也可以发挥其独到的作用。(4)在医学领域，利用层析x射线(ComputeriZedTomography，CT)及核磁共振(MagnetiCReSOnnaCemIgaing，MR工)等设备采集病变部位的外形数据，然后进行三维数字化模型重建，可以为疾病的确定与诊断提供重要依据。另外，通过对患者骨骼、关节、牙床等的测量，建立相应的计算机模型，可以使假肢制造、牙齿镶复更加具有针对性，更符合具体患者的需求。(5)在地理信息领域，利用现代的卫星遥感测量技术，对大地遥测数据进行特征识别核建模，可以建立三维数字化真实感地形图，快速生成导弹目标的自适应跟踪轨迹等。利用声纳测量设备，可以获得海底及港口的地下形貌数据，利用几何模型重建技术，将十分有利于资源利用、海底作业、海上交通、港口建设等。(6)将逆向工程与快速原型制造(RPM)相结合，组成产品设计、制造、检测、修改的闭环系统，实现快速的测量、设计、制造、再测量修改的反复迭代，高效率完成产品的初始设计。将逆向工程与快速原型制造相结合，还可以将三维物体方便可靠地“读入”，“传输”，并在异地重新生成，即实现所谓的“三维传真”。(7)逆向工程的另一重要应用领域是计算机辅助检测。成品的精度检测是企业进行质量控制的重要手段，然而复杂形状产品的检验往往非常困难，需要大量的时间和人力。利用自动测量设备，可以快速采集到零件的大量数字化点，将这些坐标点读入计算机，就可以通过软件自动分析测量到的数据点与理论模拟的误差。分析结果可用报告形式输出，也可以在理论模型上绘制误差彩色云图(即用不同的颜色标识不同的误差值)，使零件各个部位的制造精度一目了然。其中逆向工程应用流程图如下：【4】产品样件数据采集系统RE产品建模系统CAD/CAM系统最终产品RP设备样品评价修改PDM1.2 逆向工程及模具设计的发展现状逆向工程RE(Revere Engineering) 也称为反求工程，是基于NURBS的曲线、曲面重构进行研究，以现代设计理论、方法、技术为基础，运用各类专业人员工程设计的经验、知识和创新思维，对已有新产品进行解剖、深化和再创造，是已有设计的再设计，是应用于产品开发和仿真制造的一种并行设计开发系统。逆向工程是机械设计与制造应用领域的一个重要分支，在产品设计和开发中利用逆向工程可以大地缩短产品的开发周期和开发费用。随着计算机技术在制造领域的广泛应用，特别是数字化测量技术的迅猛发展，基于测量数据的产品造型技术成为逆向工程技术关注的主要对象。逆向工程是从实物样件测得的数据，经过数据预处理、曲线曲面拟合、实体模型重构等，关键技术，得到实物样件的三维CAD模型，继而将这些模型用于产品的分析和制造。根据逆向工程的技术流程，利用现有的软硬件设施，完成了零件及数据点的测量、数据处理、曲线曲面重构和实体建模，探讨了利用逆向工程技术进行产品快速逆向设计的可行性。实现了由实体模型到数字化CAD模型的快速转换，能够得到高质量的工程CAD资料，便于设计、加工模具。逆向工程在模具行业应用的研究，必将推动模具制造业的进一步发展模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，随着塑胶工业的迅速发展以及塑胶制品在航空、航天、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的推广应用，产品对模具的要求越来越高，传统的模具设计方法已无法适应产品更新换代和提高质量的要求。电脑辅助工程（CAE）技术已成为塑胶产品开发、模具设计及产品加工中这些薄弱环节的最有效的途经。同传统的模具设计相比，CAE技术无论在提高生产率、保证产品质量，还是在降低成本、减轻劳动强度等方面，都具有很大优越性。美国上市公司 Moldflow 公司是专业从事注塑成型CAE 软体和谘询公司，自1976年发行了世界上第一套流动分析软体以来，一直主导塑胶成型CAE软体市场。近几年，在汽车、家电、电子通讯、化工和日用品等领域得到了广泛应用。利用 CAE技术可以在模具加工前，在电脑上对整个注塑成型过程进行类比分析，准确预测熔体的填充、保压、冷却情况以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况，以便设计者能尽早发现问题，及时修改制件和模具设计，而不是等到试模以后再返修模具。这不仅是对传统模具设计方法的一次突破，而且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等，都有着重大的技术经济意义。 塑胶模具的设计不但要采用 CAD 技术，而且还要采用 CAE 技术。这是发展的必然趋势。注塑成型分两个阶段，即开发/设计阶段（包括产品设计、模具设计和模具制造）和生产阶段（包括购买材料、试模和成型）。传统的注塑方法是在正式生产前，由于设计人员凭经验与直觉设计模具，模具装配完毕後，通常需要几次试模，发现问题后，不仅需要重新设置工艺参数，甚至还需要修改塑胶制品和模具设计，这势必增加生产成本，延长产品开发周期。采用CAE 技术，可以完全代替试模，CAE技术提供了从制品设计到生产的完整解决方案，在模具制造之前，预测塑胶熔体在型腔中的整个成型过程，帮助研判潜在的问题，有效地防止问题发生，大大缩短了开发周期，降低生产成本。近年来， CAE 技术在注塑成型领域中的重要性日益增大，采用 CAE 技术可以全面解决注塑成型过程中出现的问题。而逆向工程更是集成了模具设计的基础，采用逆向的设计思路，根据现有的产品快速创建模具，大大节省了模具设计的时间，节约了设计成本，提高了产品制造的效率。1.3 本文研究的内容和意义1.3.1 研究内容所谓逆向工程技术，是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量，根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物的CAD模型的过程。逆向工程技术与传统的正向设计存在很大差别。而逆向工程则是从产品原型出发，进而获取产品的三维数字模型，使得能够进一步利用CAD/CAE/CAM等先进技术对其进行处理。不同之处在于设计的起点不同，相应的设计自由度和设计要求也不相同。一般来说，产品逆向工程包括形状反求、工艺反求和材料反求等几个方面，在工业领域的实际应用中，逆向工程在机械设计方面常用在新零件的设计，主要用于产品的改型或彷型设计。已有零件的复制，再现原产品的设计意图。损坏或磨损零件的还原。数字化模型的检测，例如检验产品的变形分析、焊接质量等，以及进行模型的比较。其设计流程如下【6】：工件模型非接触式扫描接触式测量点群资料坐标点群CAD资料与点群资料误差比对建构工程CAD资料点资料后处理后续模具加工应用本次毕业设计是瓶为例，通过三坐标测量机测量的近6万个外形数据点，根据逆向工程的设计思路，制作吹塑模具，并生成模具的工程图。1.3.2 研究意义逆向工程是一项开拓性、实用性和综合性很强的技术，逆向工程技术已经广泛应用到新产品的开发、旧零件的还原以及产品的检测中，它不仅消化和吸收实物原型，并且能修改再设计以制造出新的产品.逆向工程技术为快速设计和制造提供了很好的技术支持，它已经成为制造业信息传递的重要而简洁途径之一。逆向工程的整个实施过程包括了测量数据的采集处理、CADCAM系统处理和融入产品数据管理系统的过程。其中在RE产品建模系统中实现了数据预处理、曲线曲面拟合等。从理论角度分析，逆向工程技术能按照产品的测量数据建立与现有CADCAM系统完全兼容的数字模型，这是逆向工程技术的最终目标。实现逆向过程后，通过UG进行实体整合，制造出实体玩具模型，通过实体模型反求玩具的制造模具。南昌航空大学科技学院学士学位论文2 产品表面坐标的测量2.1 测量方法分析2.1.1 接触式测量【5】接触式测量精度较高，发展时间较久，机械结构稳定，讯号读取较非接触式测量设备稳定，外界干扰较小通常可校正到某一坐标系，不需经软件再次定位一次，适合量测简单几何形状物体，量测速度比较快，如单一片面，对于复杂片面则相反，北侧物体外形及颜色影响不大，同时可测量死角区域，另外不必考虑被测物体表面反光，因此应用非常广泛，但是接触式测量也存在很多缺点，其测量速度较慢，逐点方式测量，耗时较久，测量时需要设定量测基准点，需使用特殊夹制工具，例如针对不同测量物体，因侧提高测量成本，在测量时，测头需接触工件而造成测头磨损，但为了维持一定得测量精度，必须经常校正测头，有时不当的操作容易损坏某些部位的表面精度以及探头本身，一些内部元件如内圆之检验有先天的限制存在，也就是要用接触式探头检查元件的尺寸，接触式探头的直径必定要小于被测元件的大小，测头移动时并非得到接触点位置坐标而是测头球心的位置，所以需要以软件对测量数据点进行计算补正，在侧头移动时无法克服物理惯性，无法即时停止，造成测量误差，尤其是针对接触式测量设备。2.1.2 非接触式测量非接触式测量精度较差，大部分由三角测距的方式计算点资料坐标，误差值较接触式大，非接触式的量侧设备是以光学测头读取镭射光，光栅，若物件外观会反光，则造成两侧干扰，易受工件表面的反射性影响，如颜色材质等，通常将会反光的量侧物体喷涂白色涂料减少光线散射。或者多数在不受光源影响的环境下量测。非接触式测量较难针对几何形状做完美的测量，对于不连续及起伏变化较大的形状较难处理，测量时，测头量测角度要尽量垂直于被量测物体表面，易提高量测的质量，但是非接触式测量可以做到接触式测量无法应用的范围，例如人体外形的扫描，开发更多的符合人体工程学的产品，因此结合两种测量的有点，逆向工程人员一般搭配两种测量使用。2.2 测量设备的发展现代精密测量技术是一门集光学、电子、传感器、图像、制造及计算机技术为一体的综合性交叉学科，涉及广泛的学科领域，它的发展需要众多相关学科的支持。在现代工业制造技术和科学研究中，测量仪器具有精密化、集成化、智能化的发展趋势。三坐标测量机（CMM）是适应上述发展趋势的典型代表，它几乎可以对生产中的所有三维复杂零件尺寸、形状和相互位置进行高准确度测量。发展高速坐标测量机是现代工业生产的要求。同时，作为下世纪的重点发展目标，坐标测量机以及图像识别测量技术必将的到广泛的研究和发展。2.2.1 坐标测量机的最新发展 三坐标测量机作为几何尺寸数字化检测设备在机械制造领域得到推广使用，而科学研究和机械制造行业的技术进步又对CAM提出更多新的要求，作为测量机的制造者就需要不断将新技术应用于自己的产品以满足生产实际的需要。其主要的技术要求如下三个方面。 1.1 误差自补偿技术 德国Carl Zeiss公司最近开发的CNC小型坐标测量机采用热不灵敏陶瓷技术（Thermally insensitive ceramic technology），使坐标测量机的测量精度在17.825.6范围不受温度变化的影响。国内自行开发的数控测量机软件系统PMIS包括多项系统误差补偿、系统参数识别和优化技术。 1.2 丰富的软件技术 Carl Zeiss公司开发的坐标测量机软件STRATA-UX，其测量数据可以从CMM直接传送到随机配备的统计软件中去，对测量系统给出的检验数据进行实时分析与管理，根据要求对其进行评估。依据此数据库，可自动生成各种统计报表，包括X-BAR&R及X_BAR&S图表、频率直方图、运行图、目标图等。美国Brown & Sharp公司的Chameleon CMM测量系统所配支持软件可提供包括齿轮、板材、凸轮及凸轮轴共计50多个测量模块。日本Mitutoyo公司研制开发了一种图形显示及绘图程序，用于辅助操作者进行实际值与要求测量值之间的比较，具有多种输出方式。 1.3 系统集成应用技术 各坐标测量机制造商独立开发的不同软件系统往往互不相容，也因知识产权的问题，这些工程软件是封闭的。系统集成技术主要解决不同软件包之间的通信协议和软件翻译接口问题。利用系统集成技术可以把CAD、CAM及CAT以在线工作方式集成在一起，形成数学实物仿形制造系统，大大缩短了模具制造及产品仿制生产周期。 2.2.2 图像识别测量技术 随着近代科学技术的发展，几何尺寸与形位测量已从简单的一维、二维坐标或形体发展到复杂的三维物体测量，从宏观物体发展到微观领域。被测物体图像中即包含有丰富的信息，为此，正确地进行图像识别测量已经成为测量技术中的重要课题。图像识别测量过程包括：（1）图像信息的获取；（2）图像信息的加工处理，特征提取；（3）判断分类。计算机及相关计算技术完成信息的加工处理及判断分类，这些涉及到各种不同的识别模型及数理统计知识。 2.3 ATOS扫描仪数据点测量原理德国GOM公司生产的ATOS光学三坐标测量系统(AdvancedTopometricSensor高级外形测量传感器)，由传感器(两个CCD相机、一个光源(卤素灯)、系统计算机、三角架组成，见图1。传感器头安装在一个可以绕着被测物体自由运动的三角架上，在测量时传感器头可以绕着被测物体任意运动。ATOS测量系统的数据获取方法为：首先由光源(卤素灯)产生编码光栅，这些光栅投影到被测样件表面产生一系列图象，这些图象被CCD相机摄取到，然后通过图象处理方法分析这些图象，计算被测样件表面点的空间位置。由于它能够采集大量样件表面的数据点，点密度高达每张照片40多万点；也能够达到较高的精度(0002002arm)；而且扫描速度高，每幅照片只需数秒。因此，ATOS被广泛地应用于制造业的逆向工程中。【3】2.4 点云数据的获取点云的采集可分为接触式的和非接触式的。接触式量测的优点是：精度高；快速量测基本几何体，不受量测环境、实体的材质、颜色的影响；可量测光学仪器无法量测的死角如深沟、小凹槽、倒勾等区域。其缺点是：速度较慢；必须使用特殊的夹具，提高了测量成本；需要经常校正测头等。非接触式量测的优点是：量测速度快；可以量测物件上大部分的特征；需测头补正；可量测接触式无法测量的物体，例如软质物件、塑料薄件等。其缺点是：量测精度较差；量测点云质量受外部因素的影响；较难对几何形状做完美的测量，如薄彀厚肉、凹孔等。在实际三坐标测量时，应该根据测量对象的特点以及设计工作的要求确定合适的扫描方法并选择相应的扫描设备。为了获得高质量的点云，本次毕业设计工件为油桶，外形硬质且较简单，故采用三坐标测量设备的接触测量方法，测得外形的三坐标数据。3 点数据的预处理3.1 surfacer软件介绍Surfacer是采用由点到线、线到面流程的专业逆向工程软件，它采用独一的OEP (One EntityProcessing)运算，将一笔包含数以万计的点云视为一个单一元素，因此能够同时读人多笔大量的点云资料|3 ；它强大的点云编辑工具对于较大数据点云的处理非常方便，能够对点云进行排序、取样、光顺、三角网格化等多种操作，同时使用者可以根据点云的曲率、剖面、颜色、边界快速方便地获取特征点云，便于建构CAD模型。相对于其他点云处理软件，Surfacer具有多种点云对齐工具，利用此工具能够将多次测量的点云拼合在一起，误差量将达到最小。同时它提供了多种曲线生成、编辑和检测工具，根据检测出来的点云与曲线的误差以及曲线曲率的连续性，动态编辑、调整曲线来保证曲线品质。它的曲面工具与曲线工具类似。Surfacer能够读取多种格式的文件，通过IGES格式文件与CADCAM软件交换文档。此软件的功能很强大，用户可以根据经验，将其作为开发平台，快速建构高品质的CAD模型。Surfacer软件主要用来做逆向工程，它处理数据的流程遵循点一曲线一曲面的原则。目前，在逆向工程中，主要有3种曲面构造的方案：(1)以B。Sphne或NURBS曲面为基础的曲面构造方案；(2)以三角Bezier曲面为基础的曲面构造方案；(3)是以多面体方式来描述曲面物体，在Surfacer中，采用B样条曲线来构造曲面。对模具实体进行测量后形成的是一系列空间离散点，对这些离散点进行判断和预处理后，应用计算机辅助几何设计的有关技术，根据每个曲面的特性，构造出原型的CAD模型。在点的处理、曲线的处理和曲面处理的整个过程中，可以用Surfacer软件提供的各种诊断方法来保证精度。Surfacer支持一般通用格式如IGES,ASCILL,VDA,DXF,STL等并支持许多种量测设备输出的标准格式。3.2 点云数据预处理1通常把三维空间中的点集称为“点云”或“点群”。最小的“点云”只包含一个点,高密度“点云”可达数百万个数据点。由于曲线曲面建构方法多种多样,对测量数据质量、数量、密度及组织形式方面的要求不尽相同,故需要对原始测量数据进行预处理。3.2.1 数据平滑数据测量得到的往往是以散乱点形式无序排列的大量点云。由于实际测量过程中受到种种人为或随机因素的影响,使得测量结果不可避免地引入了“噪声”。为了降低或消除噪声对后续建模质量的影响,有必要对测量得到的“点云”进行噪声消除与平滑滤波。数据平滑通常采用标准高斯、平均或中值滤波算法。高斯滤波器在指定域内权重为高斯分布,其平均效果较小,故在滤波的同时能较好地保持原数据的形貌;平均滤波器采样点的值取滤波窗口内各数据点的统计平均值;而中值滤波器采样点的值取滤波窗口内各数据点的统计中值,这种滤波器消除数据毛刺的效果较好。实际使用时,可根据“点云”质量和后续建模要求灵活选择滤波算法。3.2.2 数据过滤测量获得的数据十分巨大,如果不进行必要过滤以滤除冗余点云,处理起来仍然十分复杂。因此,数据过滤是数据处理中的一个必要环节。进行滤除点云的工作在基于褓结构允许的误差范围内进行。通常的滤除方法有空间滤除法、自适应滤除法等。通过数据过滤,可以使数据大量减少。3.2.3 数据分块和数据融合即使经过点云的过滤,但对于特别复杂、曲率变化过大的实体,过滤后的点云数据量还是比较大,一般的CAD/CAM 软件,处理起来还是比较困难,不但不能保证精度,花费的时间也相当可观。这就失去了逆向工程快速响应市场变化的特点。故有时应考虑对整体点云进行分块,将其分割成一块块小的点云数据后进行处理,最后再进行整体匹配恢复原始实体形状。进行点云分块时,应基于方便最后整体匹配的原则,使分割线界于曲率平滑处,在曲率变化大的地方避免分割线的介入,否则匹配时容易引起整体中局部细节的变形。分区域构造曲面片并将这些曲面片按一定的边界条件连接起来是利用测量数据建模的基本技术,因此,分块和融合是对“点云”进行的基本操作之一,可通过自动或人工干预的可视化交互方式进行。人工干预方式下,数据分块或融合取决于操作者对后续建模方法的理解和实际操作经验。3.2.4 数据优化这种操作的主要目的是为了获得不同形态及密度的新“点云”。如按比例缩放“点云”,按要求的偏置量产生新的等距“点云”,将“点云”向某指定面投影产生二维投影“点云”,或进行网格化处理,将其他形式的原始“点云”转化为网格化“点云”等等。有时,实体表面曲率变化较大的地方,点云数据量相对比较少,不足以表达实体的细节信息,为充分获得实体各部分特征,应在数据滤波以及数据分割基础上做适当的数据加密处理,使最后构造的实体能够达到最小允许的误差。另外,实物经过多次测量后得到的点云一般是杂乱无章的。为了保证后面生成曲线与曲面的质量,还需要对点云进行排序优化。3.2.5 点云拼合无论是采用接触式还是非接触式的数字测量方法,希望通过一次测量完成对整个待测件的数字化工作是很困难的。通常的做法是将待测件重新定位,以另一有利的角度或者方向获取试件不同方位的表面信息,这称为视。从不同的视对待测件进行几次测量后,所得数据的局部坐标系和组织是不同的,将这些不同的数据集转化为统一的数据形式并构成整个待测件表面的完整信息,这个过程称为拼合。对同一物体的多视点云的拼合,一直有两种处理方法:一是对点进行处理,即直接对点云进行拼合,再理构出原型;二是对各视图进行局部构造几何形体,最后拼合这些几何形体。显然,若单个视图能局部地构造几何形体,并具有明显的几何特征,利用这些特征进行拼合,其速度和准确性都是显而易见的。但其缺点是,不同视图中的特征往往不一致,甚至同一个特征在其他视图中被分割成许多特征或者消失。同时该方法带来的几何图形之间的布尔运算将涉及到许多CAD 中目前尚未解决或解决不甚圆满的难题,如曲面的拼接、求交、延拓和过滤。基于点的拼合的最大优点是能对物体所求得的各个面有总体上的了解和把握,能获得拓扑上一致的数据结构。尽管该数据结构可能是庞大的,但这种一致性是基于面的拼合难以达到的。3.3 曲线重构的原理自由曲面点云数据经切割之后，应根据需要判断和决定生成哪种类型的曲线。也就是特征曲线的生成，在反求工程中，最终目标是希望生成准确度高而且光顺性好的曲线、曲面，而准确度和光顺性永远是矛盾的。由于实体原形中各特征面交界处圆角的存在，点云数据的采集不够全面，因此拟合的各个曲面之间往往存在间隙没有相交，这时候需要对曲面进行延伸操作来构建实体。由于各个构建曲线在端点处具有不同的曲率，所以曲面的延伸往往有很明显的变形，给最终的实体构造提出了难题。为了使自由曲面延展后具有较好的准确性和光顺性，本次毕业设计中采用直线拟合曲线的两端的方法来构造曲线。为了能够获得较高质量的曲线, 必须根据数据点的特点(有序的、无序的、平滑的、杂乱的) 来决定要生成的曲线类型。一般而言, B2Spline 曲线比较适合处理平坦的数据点, 对于不平坦的数据点,NURBS【6】 曲线处理结果较好。B2Spline 曲线具有局部控制能力, 在其基函数中的定义增加了节点向量,将一条曲线分成几段曲线, 在控制点改变时, 只会影响部分曲线的形状, 使其有较好的局部控制性。而且可以改变曲线的控制点位置和曲线的阶次来改变曲线的形状, 阶数越大, 曲线就愈远离其控制点; 重置控制点将增加该控制点附近的曲率,控制点重置越多, 使得曲线愈接近该控制点。在获得一个高质量的点云后, 根据工件的结构和形状, 规划点云, 用于生成特征线特征面。本例中的涡轮可以被分解为几个基础的特征, 这将有助于减少工作量, 降低其创建曲面的复杂性。根据需要创建曲线，可以改变控制点的数目来调整曲线。控制点增多则形状吻合度好，控制点减少则曲线较为光顺。将曲线进行简单的光顺处理，曲线光顺可分3步进行： 寻找坏点，并修改坏点的坐标值； 粗光顺，使曲线上各段的曲率符号一致，保证曲线单凸性或单凹性；精光顺，使曲线上各段的曲率变化均匀，满足光顺的要求。完成后即可开始面的创建及造型。3.4 曲面重构的原理根据现有的点云，先进行噪声处理(去除一些不合理的点)，然后对点云进行分析，根据不同区域的特征进行数据分割，对局部点云数据进行拟合和重建。或者根据点云拟合的曲线重建曲面，在曲面拟合时，原则上要求物体尽可能的创建四边的曲线拓扑网格，但整个物体不可能完全由四边面构成，因此需用三边面来填补“洞”。在SURFACER中，要尽可能保证三边面存在于曲面变化较小的区域，这样可以利“sweepwith-two-paths”的功能实现三边面。然而，并不鼓励使用“fitting一、viththreecun，esanddata”功能。因为很多用户所创建的都是nonrigid网格，用此功能可能因三边面角部参数的奇异，产生曲面的扭曲等意外的结果。由于此样件较为复杂，因此要对样件进行分块划分，尽量保持模型的简单。取样局部点云划分局部区域，经分析此局部区域点云由平面、自由曲面(Loft面、Sweep面、Blend面)和过渡圆角等几何特征曲面所构成。分别对各特征曲面进行拟合，在拟合各子特征曲面时，要注意各子特征曲面的拟合要求，如用Loft面作面时要取14公差拟合曲线、确认曲线控制点在4O个之内等要求。根据不同的特征曲面进行拟合可得到相应的各特征子曲面，然后把拟合得到的各特征子曲面进行拼接。把局部区域的各特征子曲面，根据其拓扑关系进行曲面拼接，在特征体问使用布尔运算进行面体的合并及修整，两特征子曲面相交得到交线，对交线进行倒圆处理，则可生长成其中的一部分过渡曲面；“联接选项”(Building with Continuity options)是SURFACER提供的创建有着内在连续性的面模型一个功能，这个功能使创建classA面更容易，不过有好的曲线、曲线网格、面片是先决条件。最后得到的曲面要光顺(曲面光顺从直观上理解为曲面光滑、圆顺，理论上则指具有二阶几何连续，不存在奇点和多余拐点)，用SURFACER软件中的tube light reflectance选项或curvature analysis功能查看，多面片的模型应该完全看不到接缝。同时要与原始点云相比较，其误差要控制在01nun以内，若不满足，则重新拟合曲面，直到满足要求为止。经过反复的检测比较，得到局部点云拟合完成的A等级曲面集。完成的局部曲面集，某一区域的曲面生成后，同理再分别对其它局部区域进行拟合，最后把各个区域的曲面拼接起来得到覆盖件的曲面。南昌航空大学科技学院学士学位论文4 Surfacer软件重构曲面2对点数据进行曲面拟合时，由于实例ping1外形复杂，必须对整个曲面点云先进行区域划分，使形状比较相似，过度比较小的以部分划分出来，便于处理以及提高处理的速度，然后对单个点云区域进行边界起曲线拟合，以点云的边界拟合曲面，之后在对多个区域曲面进行合并，的到完整曲面并保存为ping1,IMW文件，便云后续设计的操作。4.1 点云数据处理4.1.1 数据点的导入通过三坐标测量机测得实例（酸奶瓶）的坐标数据为ASC File，由于CMM本身的物理局限性，在对实例进行坐标测量时不可能一次全方位的完成，本次测量中分别对实例进行四个面及局部凹陷处进行五部分划分，分别测得坐标数据并分别保存为ping1.asc, ping2.asc, ping3.asc, ping4.asc, ping5.asc.设计之前首先启动surfacer软件，依次点击File-New viewport定位到ping1.asc单击确定，将数据点文件导入surfacer软件，如图4.1.1 图4.1.1导入surfacer后的点云如图4.1.2所示此时的数据文件完全是由CMM的到的点所构成，由图可以看出点云密集的排列构成ping1的基本外形。4.1.2 噪声点处理从导入的数据文件可以看出，在ping的下部有明显多余的数据点，这些点是最明显的噪声点，在进行曲面建构前必须处理掉这些点，方法如下：依次单击point-Extract points-Cirele-Select Points选取这部分点进行删除。4.2 曲线创建首先依次单击point-Extract points-Cirele-Select Points如下图4.2.1弹出对话框图4.2.2 图4.2.1 图4.2.2点击start依次选取多个点连接封闭，创建第一个点云区域如图4.2.3图4.2.3（1）点击point-construct points弹出的对话框在interaction选项里选point in cloud，依次选取上图点云区域的四个边界的点创建边界的点云，在点选之后，单击Apply系统自动保存点云数据并默认名为Cld1,Cld2,Cld3,Cld4.（2）点击curve-creat 3D w/Clouds-Fit Free Form弹出对话框4.2.4分别选取Cld1,Cld2,Cld3,Cld4图4.2.4其他选项采用默认值，依次拟合出边界曲线FitCrv1, FitCrv2, FitCrv3, FitCrv4,为了了解曲线与点群的误差，必须线对曲线检查一下，避免误差过大，以下拉功能表：Curve-Diagnostics-Curve-Cloud Difference的Curve-Cloud Difference指令Apply后检查结果如下图4.2.5 图4.2.5由于单一区域需要进行多区域的拼合，所以边界误差度这里不做严格要求。4.3 曲面创建经过以上步骤所得到的点云数据为具有四边界线的点云区域，以此区域进行曲面的创建。 点击surface-Fit w/Cloud and Curves打开Fit w/Cloud and Curves对话框如图4.3.1 图4.3.1依框提示依次顺序选取点云和四条边界线并设定Boundary Position Tolerance值为0.001得到曲面。为了了解曲线与点群的误差，必须线对曲线检查一下，避免误差过大，以下拉功能urface-Diagnostics-Surface-Cloud Difference的Surface -Cloud Difference指令Apply后检查结果如下图 图4.3.2由检测到结果可看出除边界部分外，其余曲面均在误差许可范围内。依照以上步骤对其它曲面区域进行曲线曲面创建。南昌航空大学科技学院学士学位论文5 UG反求实体及模具5.1 UG软件简介UGNX是Unigraphics NX的简称它起源于英国麦道飞机公司,是美国EDS公司基于NX体系的CAD/CAM/CAE软件的最新版本,融合了世界两个先进产品UG和I-deas的强大功能,用户能够在集成的数字化环境中模拟,验证产品及其生产过程.Unigraphics软件是目前国际、国内应用最为广泛的大型CAD/CAE/CAM集成化软件之一，是一个适于完整的产品工程的己证实的解决方案，去极好地帮助制造商。使公司能够在一集成的数字化环境中去模拟、验证产品和他们的生产过程。广泛应用于通用机械,模具,家电,汽车及航天领域.它融合了线框模型,曲面造型和实体造型技术,是参数化和特征化的CAD/CAM/CAE系统.系统建立在统一的关联的数据库基础上,提供了工程意义上的完全关联,使CAD/CAM/CAE各部分数据能够实现自由切换.Unigraphics NX以基本特征操作作为作为交互操作的基本单位,用户可以在更高层次上进行产品设计,模具设计,数控加工编程和工程分析,实现并行工程CAD/CAPP/CAM的集成与联动.适于完整的产品工程的Unigraphics NX通过有效地捕捉、应用和共享整个数字化过程的知识为制造商递交一战略优势。其中计算机辅助设计 CAD包含模块如： 产品设计(Product Design)，实体建模 (Solid Modeling)，特征建模 (Feature Modeling)，自由形状建模 (Free Form Modeling)，用户定义的特征(UG/User-Defined Features)，平面制图（Drafting），装配建模(UG/Assembly Modeling)，高级装配(UG/Advancd Assemblies) ，UG/Photo和几何公差(UG/Geometric Tolerancing)等。 此外还包括计算机辅助工程CAE 。从初始的概念设计、到产品设计、仿真和制造工程，利用该软件可以精确描述绝大多数几何实体，高效快捷地完成各种设计工作。因此被广泛应用于各个领域。5.2 UG复原实体设计过程【11】 经过surfacer软件处理之后的ping.imw文件导入UG软件过程如下，首先启动UG 软件，依次点击文件-导入-Imageware弹出导入Imageware对话框如图5.2.1所示， 图5.2.1点选曲面（因为经surfacer处理后得到的是ping的曲面）定位到ping.imw.单击OK确定插入，如下图所示：由surfacer创建的曲面图和实体对比可之，在ping的底部和口部存在空缺且这两部分为规则的几何外形，根据测量的尺寸以曲面修补底部，具体绘制步骤如下：（1）单击【插入】-【成型特征】-【抽取几何体】选项，弹出对话框图5.2.1选取第一项曲线，点选底部四个凹弧边缘，提取四条凹弧如图5.2.2所示。 图5.2.1 图5.2.2（2）单击【插入】-【曲线】-【直线】命令，捕捉弧端点，创建如图5.2.3所示几条直线。图5.2.3（3）单击【插入】-【扫掠】-【已扫掠】依次选取引导线串1，引导线串2，截面线串1，其它选择默认参数，确定后生成扫掠曲面如图5.2.4，单击【插入】-【联合体】-【缝合】弹出缝合对话框5.2.5.选择相邻两曲面，设定缝合公差值为1，此缝合公差值必须大于两缝合面之间的间隙。 图5.2.4 图5.2.5（4）单击【格式】-【WCS】-【原点】将原点移动到如图5.2.6所示位置。点击【插入】-【草图】选择XCYC为草图平面，以原点为起点长度为5mm,degree为1200的直线，完成草图绘制。【12】单击【插入】-【曲线】-【合并】提取底部矩形线进行合并。再单击【插入】-【扫掠】-【已扫掠】分别选取上一步生成的封闭线串为引导线，草图中所画的直线为截面线串，以默认参数进行扫略，生成如图5.2.7所示斜面。 图5.2.6 图5.2.7（5）单击【插入】-【曲面】-【有界曲面】选取底部边缘生成平面封闭底部如图5.2.8 图5.2.8（6）单击【插入】-【裁剪】-【修剪的片体】弹出修剪的片体对话框图5.2.9，依次选取目标片体和修剪边界，对底部多余部分进行修剪，得完整底部曲面如图5.2.10示： 图5.2.9 图5.2.10（7）单击【插入】-【联合体】-【缝合】依次选取相邻两曲面区域缝合曲面，使整个瓶体变成一个完整的整体。经过处理后得到完整的曲面外形，接下来通过实体建模部分，制作出瓶体，并再相应部位导圆角，其设计过程如下：（1）单击【格式】-【WCS】-【原点】将原点移动到如图5.2.11所示位置。 图5.2.11 图5.2.12（2）【插入】-【设计特征】-【圆柱体】弹出圆柱体对话框图5.2.12.选择直径和高度，在弹出的矢量构造器对话框图5.2.13中选取YC方向，直径为200mm高度为400mm. 图5.2.13 图5.2.14创建后圆柱完全把屏曲面包住如图5.2.14所示。 （3）【插入】-【裁剪】-【分割】弹出分割体对话框，选去目标体圆柱，工具面瓶外曲面，裁剪完成后将修剪掉的圆柱部分删除，并删除原瓶外形曲面，得到实心瓶体如下图5.2.15. 图5.2.15 图5.2.16（4）【插入】-【设计特征】-【边缘角】对底边尖角处进行半径为1mm和3mm进行倒角，如图5.2.16所示。（5）【特征操作】-【外壳】弹出抽壳对话框，设置壁厚为3mm,确定后完成抽壳操作。（6）【插入】-【设计特征】-【圆台】弹出圆台对话框图5.2.17，输入如图示的直径高度，定位与瓶口部表面圆弧圆心，创建圆台。 图5.2.17 图5.2.18（7）【插入】-【设计特征】-【圆角】弹出倒角对话框，对口部边缘导半径为2mm的圆角，结果如图图5.2.18。（8）【插入】-【设计特征】-【螺纹】弹出螺纹创建对话框如图5.2.19，选择详细的螺纹类型，步骤6中圆台外表面为螺纹面，外断面为螺纹起始面，主直径50mm,负直径为46mm，螺距为3mm,其它默认值创建螺纹。（9）【插入】-【设计特征】-【孔】对口部打直径为40mm的孔深度和抽壳的空腔导通，口部做相应圆角处理。的到完整的瓶体，如图5.2.20所示。 图5.2.19 图5.2.20到此，瓶体的UG实体设计部分结束。南昌航空大学科技学院学士学位论文6 UG注塑模具设计注塑模向导模块是Unigraphics的一个应用软件模块，专门用于注塑模具的设计。本章通过UG注塑模向导模块进行瓶体模具设计的过程介绍注塑模向导模块的基本功能。瓶体模具设计的过程如下：【9】（1）项目初始化。单击【注塑模向导】工具栏上的【项目初始化】按钮，弹出【打开文件】对话框，选择文件开始加载，弹出如图6.1所示【项目初始化】对话框。设定投影单位为毫米，材料为ABS，收缩率为1.0060确定后，注塑模向导模块会创建所需的项目装配。 图6.1 图6.2（2）设定模具坐标系。注塑模向导规定XC-YC平面方向为主分型面，+ZC方向为顶出方向，本例中XC-YC面即为最大面，+ZC方向即为顶出方向，不必做WCS坐标变换，直接单击【注塑模向导】工具栏上的【模具坐标】按钮，弹出【模具坐标】对话框如图6.2确定后，产品装配体坐标系会自动移动模具坐标系原点上重合。（3）定义工件。单击【注塑模向导】工具栏上的【工件】按钮，打开【工件尺寸】对话框，如图6.3，设定X向长度200mm。Y向长度350mm,Z向上下均为80mm，确定后完成工件定义。其结果如图6.4所示。 图6.3 图6.4 （4）分型处理。单击【注塑模向导】工具栏上的【分型】按钮，打开【分型管理】对话框，如图6.5， 图6.5 图6.6 图6.7（5）单击【分型管理】对话框的【分型线】按钮，如图6.6选【自动搜索分型线】依次确定后得到图6.7所示分型线并返回到【分型管理】对话框。（6）依所的分型线