CATIA逆向工程建模

1、第 1 章CATIA 逆向工程建模實例1.1 概述CATIA 是法國達索公司的產(chǎn)品開發(fā)旗艦解決方案，它可以幫助制造廠商設(shè)計他們未來的 產(chǎn)品，并支持從工程前階段、具體的設(shè)計、分析、模擬、組裝到維護在內(nèi)的全部工業(yè)設(shè)計流 程。逆向工程建模所使用的只是其中的幾個模塊，不管是對曲面還是實體，其表現(xiàn)都非常出 色。1.2 主要逆向模塊功能簡介1.2.1 DSEDigitized Shape Editor 數(shù)字編輯器模塊模塊根據(jù)輸入的點云數(shù)據(jù)，進行采樣、編輯、裁剪以到達最接近產(chǎn)品外形的要求，可 生成高質(zhì)量的三角網(wǎng)格曲面。1.2.2 QSRQuick Surface Reconstruction 快速曲面重構(gòu)模

2、塊根據(jù)輸入的點云數(shù)據(jù)或者 mesh 以后的小三角片體，提供各種方式生成曲線，以供曲面 造型，完全非參。1.2.3 GSDGenerative Shape Design 通用曲面造型模塊非常完整的曲線操作工具和最根底的曲面構(gòu)造工具，除了可以完成所有曲線操作以外， 可以完成拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、邊界填補、橋接、修補碎片、拼接、凸點、裁剪、光順、投 影和高級投影，以及倒角等功能，連續(xù)性最高到達 G2，生成封閉片體 Volume，完全到達普 通三維 CAD 軟件曲面造型功能，比方 Pro/E。1.3 應(yīng)用實例結(jié)合逆向工程原理以及 CATIA V5 軟件，我們給出了兩個應(yīng)用實例，分別說明曲面以及 實體的逆向

3、過程。其中，以某零件的模具面作為曲面造型模型，以某工業(yè)風(fēng)扇作為實體造型 模型，以上兩個模型在工程中均比擬常見，具有一定的代表性，其逆向過程包含了大局部的 逆向手段和方法，具有一定的參考價值。1.3.1 曲面造型實例在進行曲面逆向之前，我們需要制定一定的策略對其進行逆向，根據(jù)模型自己的特點， 我們將其分為以下六個局部如圖 1.1 所示：頂面、頂槽、凸臺、側(cè)面、凹槽和底座。其 中，頂面由一張自由曲面構(gòu)成，頂槽由拉伸面和平面構(gòu)成，凸臺由錐面和平面組成，側(cè)面由一張拉伸面構(gòu)成，底座有六張平面構(gòu)成。下面我們按照這樣的分塊詳細表達該模型的逆向過程。凹槽 頂槽頂面底座凸臺側(cè)面圖 1.11導(dǎo)入點云 單擊按鈕，出

4、現(xiàn)圖 1.2 所示對話框，選擇模具點云文件的存儲路徑， 參數(shù)設(shè)置默認，然后單擊【應(yīng)用】即可，點云模型如圖 1.3 所示。圖 1.2圖 1.32點云預(yù)處理 單擊按鈕，出現(xiàn)圖 1.3 所示對話框，設(shè)置如圖，選擇明顯的噪聲點并將其刪除。 單擊按鈕，出現(xiàn)圖 1.4 所示對話框，設(shè)置默認，選擇點云，系統(tǒng)會自動找出孔洞 處，單擊【應(yīng)用】按鈕即可修補點云孔洞。3曲面重構(gòu)A 底座圖 1.3圖 1.4 單擊按鈕，選擇底平面點云，通過旋轉(zhuǎn)視角，仔細去掉可能的噪聲點，結(jié)果如圖 1.5 所示；單擊按鈕，出現(xiàn)圖 1.6 所示對話框，設(shè)置如圖，選擇圖 1.4 所示點云，通 過圖 1.7 所示四個箭頭將平面拉伸至適宜大小將

5、鼠標放置圓周上可旋轉(zhuǎn)箭頭方向，單擊【應(yīng)用】按鈕即可構(gòu)造需的低平面；按照同樣的方法構(gòu)造底座的剩下三張平面，結(jié)果如圖1.8 所示。圖 1.5圖 1.6圖 1.7A 側(cè)面圖 1.8 點擊按鈕，出現(xiàn)圖 1.9 所示對話框，按照圖示模式構(gòu)建平面，選擇低平面的法向 直線 PlaneNormal.1 和其端點，如圖 1.10 所示，單擊【確定】按鈕即可，將此面作為基準平 面。圖 1.9圖 1.10 單擊按鈕，出現(xiàn)圖 1.11 所示對話框，設(shè)置如圖，選擇點云，以基準平面為截面，如圖 1.12 所示，拖動圖示箭頭，使截面線在適宜的位置，單擊【應(yīng)用】按鈕即可。圖 1.11圖 1.12 單擊按鈕，出現(xiàn)圖 1.13

6、所示對話框，選擇上一步生成的截面線點云，非曲線， 設(shè)置默認，單擊【應(yīng)用】按鈕，生成如圖 1.14 所示曲線。 單擊按鈕，出現(xiàn)圖 1.15 所示對話框，以生成的曲線為輪廓，基準平面法向為參考法向，通過拉伸圖 1.16 所示的箭頭設(shè)置拉伸面的尺寸也可由限制 1、2 輸入，待到合 適的位置時，單擊【確定】按鈕。圖 1.13圖 1.14A 頂面圖 1.15圖 1.16 單擊按鈕，選取頂面點云，如圖 1.17 所示；單擊按鈕，選擇所圈局部點云， 設(shè)置如圖 1.18，擬合曲面如圖 1.19 所示。圖 1.17圖 1.18 單擊按鈕，出現(xiàn)圖 1.20 所示對話框，第一項選擇上一步的擬合曲面任一邊界， 第二項

7、選擇擬合曲面，選擇曲率連續(xù)，拉伸圖 1.21 所示箭頭至適宜位置。按照相同的方法，延伸擬合面的其他三條邊界，結(jié)果如圖 1.22 所示。圖 1.19圖 1.20A 凹槽圖 1.21圖 1.22 單擊 按鈕，圈選其中一個凹槽；單擊 按鈕，以基準平面為截面與所選點云求 交；單擊 按鈕，刪除多余的截面線點云，結(jié)果如圖 1.23 所示；單擊按鈕，將截面線 點云轉(zhuǎn)化為曲線，如圖 1.24 所示圖 1.23圖 1.24 單擊按鈕，將所得曲線沿基準平面拉伸，如圖 1.25 所示；單擊按鈕，將拉 伸面的沿兩側(cè)進行延伸，如圖 1.26 所示；單擊按鈕，圈選該凹槽的槽底點云，并將其擬合成一平面。圖圖 1.251.2

8、6 單擊按鈕，圈選兩處凹槽的底面點云；單擊按鈕，將底面擬合成平面，如圖 1.27 所示。A 頂槽圖 1.27 單擊 按鈕，圈選頂部凹槽點云；單擊 按鈕，以基準平面為截面與所選點云求 交，結(jié)果如圖 1.28 所示；單擊按鈕，以“坐標方式在截面線上生成三個點，如圖 1.29 所示；單擊按鈕，以“三點方式構(gòu)建一個整圓；單擊按鈕，以“圓/球面/橢圓中 心方式構(gòu)建圓心點，如圖 1.30 所示；單擊按鈕，以圓心點位中心點，圓的半徑為半徑，基準平面方向為方向構(gòu)建圓柱面，如圖 1.30 所示。圖 1.28圖 1.29圖 1.30 單擊按鈕，圈選凹槽底面點云；單擊按鈕，將底面擬合成平面；按照同樣 的操作擬合凹槽

9、頂面為一平面。A 凸臺 單擊按鈕，圈選任意一個凸臺的點云；單擊按鈕，將其擬合為圓錐面，結(jié)，需果如圖 1.31 所示；單擊按鈕，將該錐面兩端拉伸至適當(dāng)位置，如圖 1.32 所示注意：四個凸臺并非中心對稱要對擬合凸臺的相鄰?fù)古_擬合一次；單擊按鈕，圈選四個凸臺的頂面點云；單擊按鈕，將其擬合為一平面。圖 1.31圖 1.32 單擊按鈕，選擇裁減后的凸臺為“對象，圓柱面為“參考元素，設(shè)置見圖 1.33， 結(jié)果如圖 1.34需要對兩個凸臺分別進行該操作；按照同樣的方法將對稱的凹槽進行陣列， 如圖 1.34 所示。圖 1.33圖 1.343曲面裁減此時所有曲面片均已構(gòu)造完畢，單擊按鈕，出現(xiàn)圖 1.35 所示

10、對話框，按照次序?qū)⑺?有進行裁剪，其中即將裁減掉的曲面有一定的透明度，通過【另一側(cè)/下一元素】按鈕選擇裁減局部，最終結(jié)果如圖 1.36 所示；單擊按鈕，出現(xiàn)圖 1.37 所示對話框，選擇需要倒角的某條邊或某張張均可，最終的結(jié)果如圖 1.38 所示。圖 1.35圖 1.36圖 1.37圖 1.381.3.2 實體造型實例與上面的曲面造型類似，我們需要對風(fēng)扇模型的結(jié)構(gòu)以及曲面特征進行分析，如圖 1.39 所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，該某型為一裝配體，主要包括三局部：電機、風(fēng)扇以及進氣罩，如圖 1.40 所示。其中，電機包括底座、芯軸和電機罩如圖 1.41 所示。在掃描點云時，零件之間彼 此獨立，沒有確定的基準

11、可供參考，假設(shè)采取上一實例的方法逐個進行逆向操作，其最終的零 件會無法裝配，因此在逆向的過程中需要充分地考慮各零件之間的裝配關(guān)系和尺寸。該模型的逆向過程，即包含逆向造型過程，也包含一定的正向設(shè)計過程，這在工程實踐中非常常見。電機風(fēng)扇圖 1.39圖 1.40進氣罩1進氣罩圖 1.41鈕，導(dǎo) 單擊按入進氣罩點云，如圖 1.42 所示；單擊按鈕，圈選進氣罩頂部的 平面區(qū)域點云；單擊按鈕，將其擬合成一張平面。圖 1.42 單擊按鈕，以上一步生成的平面與進氣罩點云求交，結(jié)果如圖 1.43 所示；單擊 按鈕，以“坐標方式在截面線上生成三個點；單擊按鈕，以“三點方式構(gòu)建一個整圓；單擊按鈕，以“圓/球面/橢圓

12、中心方式構(gòu)建圓心點，如圖 1.44 所示。圖 1.43圖 1.44 單擊按鈕，出現(xiàn)如圖 1.45 所示對話框，設(shè)置如圖，選擇圓心點以及擬合的平面 方向為參數(shù)，構(gòu)建軸線，如圖 1.46 所示。圖 1.45圖 1.46 單擊按鈕，選擇軸線和圓周上任意一點，以“通過點和直線的方式構(gòu)建平面； 單擊按鈕，將構(gòu)建好的平面與進氣罩點云求交；單擊按鈕，對截面線點云進行裁剪； 單擊并對其進行裁剪；單擊按鈕，將裁剪后截面線點云擬合為曲線，結(jié)果如圖 1.47 所示； 單擊按鈕，選擇剛剛擬合的曲線為“輪廓，軸線為“旋轉(zhuǎn)軸，構(gòu)建如圖 1.48 所示的回轉(zhuǎn)曲面。圖 1.47圖 1.48 進入機械設(shè)計-零件設(shè)計模塊，單擊按

13、鈕，對擬合的曲面進行加厚厚度， 為 1mm，其中黃色箭頭指示曲面加厚的方向，結(jié)果如圖 1.49 所示。圖 1.492風(fēng)扇顯然，我們可以將風(fēng)扇分成上、中、下三個局部進行構(gòu)造，如圖 1.50 所示。中部的葉片 可以通過上部和下部的曲面裁減獲得，待一個葉片完成后，其他葉片可由其陣列獲得。由于風(fēng)扇下部的底面存在一張較大的局部平面，因此我們可以從下部開始。圖 1.50待下部的平面構(gòu)建完成后，我們可以采用與進氣罩類似的方法構(gòu)建下部以及上部曲面， 如圖 1.51 所示。圖 1.51下面我們主要講述風(fēng)扇中部葉片的構(gòu)建方法：單擊按鈕，圈選出一個葉片的點云；單擊按鈕，將其擬合成一張曲面，并沿 四個邊界向外延伸，如圖 1.52 所示。點擊按鈕，在葉片曲面上畫出葉片的邊界，最后由風(fēng)扇的上、下局部曲面以及勾勒的曲線裁減葉片曲面。單擊按鈕，對所有曲面加厚， 即可得到如圖 1.50 所示的風(fēng)扇實體模型。勾勒出的邊界延伸后的葉片曲面3電機圖 1.52由于電機形狀相比照擬簡單，主要由一些回轉(zhuǎn)曲面和平面構(gòu)成，為保證最后的裝配關(guān)系， 其局部尺寸有圖紙直接給出，擬合的實體模型如圖 1.41 所示。1.3 小結(jié)逆向建模是一件比擬繁瑣