(Word修改版)CATIA逆向工程建模.doc

第 1 章CATIA 逆向工程建模实例1.1 概述CATIA 是法国达索公司的产品开发旗舰解决方案，它可以帮助制造厂商设计他们未来的 产品，并支持从项目前阶段、具体的设计、分析、模拟、组装到维护在内的全部工业设计流 程。逆向工程建模所使用的只是其中的几个模块，不管是对曲面还是实体，其表现都非常出 色。1.2 主要逆向模块功能简介1.2.1 DSE（Digitized Shape Editor 数字编辑器模块）模块根据输入的点云数据，进行采样、编辑、裁剪以达到最接近产品外形的要求，可 生成高质量的三角网格曲面。1.2.2 QSR（Quick Surface Reconstruction 快速曲面重构）模块根据输入的点云数据或者 mesh 以后的小三角片体，提供各种方式生成曲线，以供曲面 造型，完全非参。1.2.3 GSD（Generative Shape Design 通用曲面造型）模块非常完整的曲线操作工具和最基础的曲面构造工具，除了可以完成所有曲线操作以外， 可以完成拉伸、旋转、扫描、边界填补、桥接、修补碎片、拼接、凸点、裁剪、光顺、投 影和高级投影，以及倒角等功能，连续性最高达到 G2，生成封闭片体 Volume，完全达到普 通三维 CAD 软件曲面造型功能，比如 Pro/E。1.3 应用实例结合逆向工程原理以及 CATIA V5 软件，我们给出了两个应用实例，分别说明曲面以及 实体的逆向过程。其中，以某零件的模具面作为曲面造型模型，以某工业风扇作为实体造型 模型，以上两个模型在工程中均比较常见，具有一定的代表性，其逆向过程包含了大部分的 逆向手段和方法，具有一定的参考价值。1.3.1 曲面造型实例在进行曲面逆向之前，我们需要制定一定的策略对其进行逆向，根据模型自己的特点， 我们将其分为以下六个部分（如图 1.1 所示）：顶面、顶槽、凸台、侧面、凹槽和底座。其 中，顶面由一张自由曲面构成，顶槽由拉伸面和平面构成，凸台由锥面和平面组成，侧面由16一张拉伸面构成，底座有六张平面构成。下面我们按照这样的分块详细叙述该模型的逆向过程。凹槽 顶槽顶面底座凸台侧面图 1.1（1）导入点云 单击按钮，出现图 1.2 所示对话框，选择模具点云文件的存储路径， 参数设置默认，然后单击【应用】即可，点云模型如图 1.3 所示。图 1.2图 1.3（2）点云预处理 单击按钮，出现图 1.3 所示对话框，设置如图，选择明显的噪声点并将其删除。 单击按钮，出现图 1.4 所示对话框，设置默认，选择点云，系统会自动找出孔洞 处，单击【应用】按钮即可修补点云孔洞。（3）曲面重构A 底座图 1.3图 1.4 单击按钮，选择底平面点云，通过旋转视角，仔细去掉可能的噪声点，结果如图 1.5 所示；单击按钮，出现图 1.6 所示对话框，设置如图，选择图 1.4 所示点云，通 过图 1.7 所示四个箭头将平面拉伸至合适大小（将鼠标放置圆周上可旋转箭头方向），单击【应用】按钮即可构造需的低平面；按照同样的方法构造底座的剩下三张平面，结果如图1.8 所示。图 1.5图 1.6图 1.7A 侧面图 1.8 点击按钮，出现图 1.9 所示对话框，按照图示模式构建平面，选择低平面的法向 直线 PlaneNormal.1 和其端点，如图 1.10 所示，单击【确定】按钮即可，将此面作为基准平 面。图 1.9图 1.10 单击按钮，出现图 1.11 所示对话框，设置如图，选择点云，以基准平面为截面，如图 1.12 所示，拖动图示箭头，使截面线在合适的位置，单击【应用】按钮即可。图 1.11图 1.12 单击按钮，出现图 1.13 所示对话框，选择上一步生成的截面线（点云，非曲线）， 设置默认，单击【应用】按钮，生成如图 1.14 所示曲线。 单击按钮，出现图 1.15 所示对话框，以生成的曲线为轮廓，基准平面法向为参考法向，通过拉伸图 1.16 所示的箭头设置拉伸面的尺寸（也可由限制 1、2 输入），待到合 适的位置时，单击【确定】按钮。图 1.13图 1.14A 顶面图 1.15图 1.16 单击按钮，选取顶面点云，如图 1.17 所示；单击按钮，选择所圈部分点云， 设置如图 1.18，拟合曲面如图 1.19 所示。图 1.17图 1.18 单击按钮，出现图 1.20 所示对话框，第一项选择上一步的拟合曲面任一边界， 第二项选择拟合曲面，选择曲率连续，拉伸图 1.21 所示箭头至合适位置。按照相同的方法，延伸拟合面的其他三条边界，结果如图 1.22 所示。图 1.19图 1.20A 凹槽图 1.21图 1.22 单击 按钮，圈选其中一个凹槽；单击 按钮，以基准平面为截面与所选点云求 交；单击 按钮，删除多余的截面线点云，结果如图 1.23 所示；单击按钮，将截面线 点云转化为曲线，如图 1.24 所示图 1.23图 1.24 单击按钮，将所得曲线沿基准平面拉伸，如图 1.25 所示；单击按钮，将拉 伸面的沿两侧进行延伸，如图 1.26 所示；单击按钮，圈选该凹槽的槽底点云，并将其拟合成一平面。图图 1.251.26 单击按钮，圈选两处凹槽的底面点云；单击按钮，将底面拟合成平面，如图 1.27 所示。A 顶槽图 1.27 单击 按钮，圈选顶部凹槽点云；单击 按钮，以基准平面为截面与所选点云求 交，结果如图 1.28 所示；单击按钮，以“坐标”方式在截面线上生成三个点，如图 1.29 所示；单击按钮，以“三点”方式构建一个整圆；单击按钮，以“圆/球面/椭圆中 心”方式构建圆心点，如图 1.30 所示；单击按钮，以圆心点位中心点，圆的半径为半径，基准平面方向为方向构建圆柱面，如图 1.30 所示。图 1.28图 1.29图 1.30 单击按钮，圈选凹槽底面点云；单击按钮，将底面拟合成平面；按照同样 的操作拟合凹槽顶面为一平面。A 凸台 单击按钮，圈选任意一个凸台的点云；单击按钮，将其拟合为圆锥面，结，需果如图 1.31 所示；单击按钮，将该锥面两端拉伸至适当位置，如图 1.32 所示（注意：四个凸台并非中心对称要对拟合凸台的相邻凸台拟合一次）；单击按钮，圈选四个凸台的顶面点云；单击按钮，将其拟合为一平面。图 1.31图 1.32 单击按钮，选择裁减后的凸台为“对象”，圆柱面为“参考元素”，设置见图 1.33， 结果如图 1.34（需要对两个凸台分别进行该操作）；按照同样的方法将对称的凹槽进行阵列， 如图 1.34 所示。图 1.33图 1.34（3）曲面裁减此时所有曲面片均已构造完毕，单击按钮，出现图 1.35 所示对话框，按照次序将所 有进行裁剪，其中即将裁减掉的曲面有一定的透明度，通过【另一侧/下一元素】按钮选择裁减部分，最终结果如图 1.36 所示；单击按钮，出现图 1.37 所示对话框，选择需要倒角的某条边或某张张均可，最终的结果如图 1.38 所示。图 1.35图 1.36图 1.37图 1.381.3.2 实体造型实例与上面的曲面造型类似，我们需要对风扇模型的结构以及曲面特征进行分析，如图 1.39 所示。可以发现，该某型为一装配体，主要包括三部分：电机、风扇以及进气罩，如图 1.40 所示。其中，电机包括底座、芯轴和电机罩（如图 1.41 所示）。在扫描点云时，零件之间彼 此独立，没有确定的基准可供参考，若采取上一实例的方法逐个进行逆向操作，其最终的零 件会无法装配，因此在逆向的过程中需要充分地考虑各零件之间的装配关系和尺寸。该模型的逆向过程，即包含逆向造型过程，也包含一定的正向设计过程，这在工程实践中非常常见。电机风扇图 1.39图 1.40进气罩（1）进气罩图 1.41钮，导 单击按入进气罩点云，如图 1.42 所示；单击按钮，圈选进气罩顶部的 平面区域点云；单击按钮，将其拟合成一张平面。图 1.42 单击按钮，以上一步生成的平面与进气罩点云求交，结果如图 1.43 所示；单击 按钮，以“坐标”方式在截面线上生成三个点；单击按钮，以“三点”方式构建一个整圆；单击按钮，以“圆/球面/椭圆中心”方式构建圆心点，如图 1.44 所示。图 1.43图 1.44 单击按钮，出现如图 1.45 所示对话框，设置如图，选择圆心点以及拟合的平面 方向为参数，构建轴线，如图 1.46 所示。图 1.45图 1.46 单击按钮，选择轴线和圆周上任意一点，以“通过点和直线”的方式构建平面； 单击按钮，将构建好的平面与进气罩点云求交；单击按钮，对截面线点云进行裁剪； 单击并对其进行裁剪；单击按钮，将裁剪后截面线点云拟合为曲线，结果如图 1.47 所示； 单击按钮，选择刚刚拟合的曲线为“轮廓”，轴线为“旋转轴”，构建如图 1.48 所示的回转曲面。图 1.47图 1.48 进入机械设计-零件设计模块，单击按钮，对拟合的曲面进行加厚（厚度已知， 为 1mm），其中黄色箭头指示曲面加厚的方向，结果如图 1.49 所示。图 1.49（2）风扇显然，我们可以将风扇分成上、中、下三个部分进行构造，如图 1.50 所示。中部的叶片 可以通过上部和下部的曲面裁减获得，待一个叶片完成后，其他叶片可由其阵列获得。由于风扇下部的底面存在一张较大的局部平面，因此我们可以从下部开始。图 1.50待下部的平面构建完成后，我们可以采用与进气罩类似的方法构建下部以及上部曲面， 如图 1.51 所示。图 1.51下面我们主要讲述风扇中部叶片的构建方法：单击按钮，圈选出一个叶片的点云；单击按钮，将其拟合成一张曲面，并沿 四个边界向外延伸，如图 1.52 所示。点击按钮，在叶片曲面上画出叶片的边界，最后由风扇的上、下部分曲面以及勾勒的曲线裁减叶片曲面。单击按钮，对所有曲面加厚， 即可得到如图 1.50 所示的风扇实体模型。勾勒出的边界延伸后的叶片曲面（3）电机图 1.52由于电机形状相对比较简单，主要由一些回转曲面和平面构成，为保证最后的装配关系， 其部分尺寸有图纸直接给出，拟合的实体模型如图 1.41 所示。1.3 小结逆向建模是一件比