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基于CATIA的某车前地板左门槛逆向设计院 系机电工程学院专 业机械设计制造及其自动化班 级学 号姓 名指导教师负责教师 2009年7月摘 要本文介绍了利用CATIA软件将汽车钣金件数据点云通过逆向工程技术设计成零件曲面的过程在设计过程中涉及到点云整理、数字编辑、创成曲面造型等技术在建模过程中，运用正向设计的思维对数据进行处理,解决了汽车前地板左门槛加强板平面因加工引起的局部变形，以及因点云不完整出现的误差所建的汽车前地板左门槛加强板数字模型与所给的点云贴合较好关键词：逆向工程；点云；CATIA；曲面造型；AbstractThis paper describes the use of CATIA software packages to automobile metal stronghold cloud through reverse engineering design of curved parts. In the design process involves some clouds, digital editing, and such as surface modeling technology. In the course of modeling, using the top-down design thinking for the data processing, solved the floor by reinforcing plate left threshold processing, as well as local deformation caused by point cloud of incomplete. The car left before floor board with digital model threshold to strengthen the joint point cloud.Key words ： Reverse Engineering；Point Cloud; CATIA; Surface Modeling;目 录1 逆向工程概述 11.1 逆向工程定义及其应用 11.2 逆向工程系统 31.3 逆向工程设计前的准备工作 82 CATIA V5介绍 102.1 CATIA 在制造业的应用 102.2 CATIA V5概貌 103 CATIA逆向工程建模基础 233.1 CATIA曲面的逆向重构 233.2 CATIA逆向工程建模基本流程 253.3 CATIA逆向工程的特点 263.4 CATIA用于逆向工程的主要模块功能简介 264 汽车后背门加强板数字建模过程 284.1 点云的处理 334.2 前地板左门槛加强板外型曲面的制作 344.3做曲面是的凸台部分 384.4 做圆角 444.5 修剪 484.6 距离分析 514.7 生成实体 525 致 谢 54总结 55参考文献 56逆向工程概述1.1 逆向工程定义及其应用逆向工程（Reverse Engineering，RE）是对产品设计过程的一种描述。

在工程技术人员的一般概念中，产品设计过程是一个从无到有的过程：设计人员首先构思产品的外形、性能和大致的技术参数等，然后利用CAD技术建立产品的三维数字化模型，最终将这个模型转入制造流程，完成产品的整个设计制造周期这样的产品设计过程我们可以称之为“正向设计”逆向工程则是一个“从有到无”的过程简单地说，逆向工程就是根据已经存在的产品模型，反向推出产品的设计数据（包括设计图纸或数字模型）的过程，它包括影像逆向、软件逆向和实物逆向等三个方面目前，大多数关于逆向工程的研究主要集中在实物的逆向重构上，即产品实物的CAD模型重构和最终产品的制造，被称为“实物逆向工程”这种从实物样件获取产品数学模型并制造得到新产品的相关技术，已成为CAD/CAM系统中的一个研究及应用热点，并发展成为一个相对独立的领域在这意义下，“实物逆向工程”（简称逆向工程）可定义为：将实物转变为CAD模型相关的数字化技术、几何模型重建技术和产品制造技术的总称，是将已有产品或实物模型转化为工程设计模型和概念模型，在此基础上对已有产品进行解剖、深化和再创造的过程一般来说，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，主要包括以下几个内容： (1)新零件的设计，主要用于产品的改型或彷型设计。

(2)已有零件的复制，再现原产品的设计意图(3)损坏或磨损零件的还原4)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由下图1.1可了解逆向工程的整个产品的开发过程图1.1产品开发流程在产品造型日益多元化的今天，逆向工程已成为产品开发中不可或缺的一环，其应用范围包括：⑴在对产品外形的美学有特别要求的领域，为方便评价其美学效果，设计师广泛利用油泥、黏土或木头等材料进行快速且大量的模型制作，将所要表达的意向以实体的方式表现出来，而不采用在 计算机屏幕上显示缩小比例的物体投视图的方法此时，如何根据造型师制作出来的模型快速建立三维CAD模型，就必须引入逆向工程技术⑵当设计需要通过实验测试才能定型的工件模型时，通常采用逆向工程的方法比如在航空航天、汽车等领域，为了满足产品对空气动力学的要求，首先要求在实体模型、缩小模型的基础上经过各种性能测试（如风洞实验等）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，最终确认的实验模型必须借助逆向工程，转换为产品的三维CAD模型及其模具⑶在没有设计图纸或设计图纸不完整，以及没有CAD模型的情况下，通过对零件原型进行测量，形成零件的设计图纸或CAD模型，并以此为依据生成数控加工的NC代码或快速原型加工所需的数据，复制一个相同的零件。

⑷逆向工程在新产品开发、创新设计上同样具有相当高的应用价值为了研究上的需求，许多大企业也会运用逆向工程协助产品研究例如韩国现代汽车在发展汽车工业制造技术时，曾参考日本HONDA汽车设计，将它的各个部件经由逆向工程还原成产品，进行包括安全测试在内的各类测试研究，协助现代的汽车设计师了解日系车辆的设计意图这是一个基于逆向工程的典型设计过程：利用逆向工程技术，可以直接在已有的国内外先进的产品基础上，进行结构性能分析、设计模型重构、再设计优化与制造，吸收并改进国内外先进的产品和技术，极大地缩短产品开发周期，迅速地占领市场⑸在快速原形制造（RPM）中通过逆向工程，可以方便地对快速原形制造的原形产品进行快速、准确的测量以上五方面都需要运用逆向工程技术完成产品设计，可见，逆向工程在产品开发中发挥着重要作用1.2 逆向工程系统随着计算机技术的发展，逆向工程技术和先进制造技术的结合日趋紧密，如20世纪80年代初发展起来的快速原形技术、基于网络的异地设计及制造技术等，在产品设计和制造阶段都需要逆向工程技术的支持同时，逆向工程技术也和计算机辅助测量（CAT）、辅助设计（CAD）、辅助制造（CAM）以及计算机辅助工程分析（CAE）密切相关。

逆向工程成功应用的关键不仅在于各计算机辅助子模块能较好地独立完成各项工作，很大程度上还取决于各个子模块的计算机集成程度可以说，逆向工程是CAT/CAD/CAM/CAE等先进的计算机辅助技术集成应用的一个典型例子如何将这些技术组成一个整体，即集成逆向工程系统，是逆向工程技术应用研究的一个重要方向逆向工程系统主要由三部分组成：产品实物几何外形的数字化子系统、三维CAD模型重建子系统、产品或模具的制造子系统等1.2.1 产品实物几何外形的数字化系统产品表面数字化又称数据测量，是指通过特定的测量设备和测量方法，将物体的表面形状转换成离散的几何点坐标数据，在此基础上，就可以进行复杂曲面的建模、评价、改进和制造因而，高效、高精度地实现样件表面的数据采集，是逆向工程实现的基础和关键技术之一，是逆向工程中最基本，最不可缺少的步骤数据获取在产品设计师与逆向工程及CAD/CAM/CAE/RP/CNC之间扮演着桥梁的角色可以这么认为，数据测量是逆向工程的基础，测量数据的质量与最终模型的质量密切相关，直接影响到整个工程的效率和质量实际应用中，常发生因模型表面数据获取的问题而影响重构模型精度的情况因此，如何取得较佳的物体表面数据，一直是逆向工程的一个主要研究内容。

目前，用来采集物体表面数据的测量设备和方法多种多样，其原理也各不相同测量方法的选用是逆向工程中一个非常重要的问题不同的测量方式，不但决定了本身的精度、速度和经济性，还使得测量数据类型及后续处理方式不尽相同根据测量探头是否和零件表面接触，逆向工程中物体表面三维数据的获取方法基本上可分为两大类，即接触式与非接触式根据测头的不同，接触式又可分为触发式和连续式；非接触式按其原理不同，又可分为光学式和非光学式其中，光学式包括三角形法、结构光法、计算机视觉法、激光干涉法、激光衍射法等；而非光学式包括CT测量法、MRI测量法、超声波法和层析法等测量方式对比与设备选型接触式测量有以下优点：①因接触式探头发展已有几十年，其机械结构及电子系统已相当成熟，故有较高的准确性和可靠性②接触式测量的探头直接接触工件表面，故对工件表面的反射特性、颜色及曲率关系要求不高③被测物体固定在三坐标测量机上，并配合测量软件，可快速地测量出物体的基本几何形状，如面、圆、圆柱、圆锥、圆球等与接触式测量相比，非接触式测量主要有以下优点：①不必做探头半径补偿，因为激光光点位置就是工作表面的位置②测量速度非常快，不必像接触式触发探头那样逐点进行测量。

③软工件、薄工件、不可接触的高精密工件可直接测量对于逆向测量而言，数据采集的方式应满足下面这些要求①采集精度应满足工程的实际需要，如汽车工业，其最终的整体符合精度不能低于0.1②采集速度要快，尽量减少测量在整个逆向工程中所占有的时间③数据采集要完整，不能有缺漏，以免给后期的曲面重构带来障碍④数据采集过程中不能破坏原形⑤降低测量成本根据上面这些要求，可以根据逆向工程中测量的实际情况，选择不同的测量方式，或同时利用不同的测量方式进行互补，以得到一个精度高、信息全面的测量数据在接触式测量方法中，三坐标测量机（CMM）是应用最为广泛的一种测量设备，再结合实际情况，利用三坐标测量机进行测量1.2.2 三维CAD模型的重建子系统在逆向工程中，由于后续的产品加工制造、快速原形制造、虚拟制造仿真、工程分析和产品的再设计等应用都需要CAD数学模型的支持，这些应用都不同程度地要求重建的CAD模型能准确的还原实物样件，所以实物的三维CAD模型重建是整个过程最关键、最复杂的一环，其模型重建流程如图1.2所示，从流程图可以看出整个环节具有工作量大、技术性强的特点，因此，对如何快速、准确地实现模型重建，国内外的研究者进行了大量的研究。

总的来说，影响三维CAD模型重建系统的主要包括两个部分：一是逆向工程软件；二是人员点云处理 提取特征点云建立特征曲线选择适当的方法创建曲面模型⒈ 曲面光顺性检查⒉ 曲面间连续性检验⒊ 曲面与点云的误差检验是否满足要求否是生成实体模型图1.1 模型重建流程1逆向工程商品。