CATIA逆向工程建模实例

1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1.2.1DSE（DigitizedShapeEditor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。1.2.2QSR（QuickSurfaceReconstruction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。1.2.3GSD（GenerativeShapeDesign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CATIAV5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2一张拉伸面构成，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。底座凸台凹槽顶槽侧面顶面图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1.33（2）点云预处理①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。②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。图1.3图1.4（3）曲面重构¾底座①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1.64图1.7图1.8¾侧面①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1.105②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1.12③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。④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。6图1.13图1.14图1.15图1.16¾顶面①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1.18②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。7图1.19图1.20图1.21图1.22¾凹槽①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1.24②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。8图1.25图1.26③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。图1.27¾顶槽①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1.299图1.30②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。¾凸台①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，需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1.32②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。10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。11图1.35图1.36图1.3712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。进气罩风扇电机图1.39图1.4013图1.41（1）进气罩①单击按钮，导入进气罩点云，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1.42②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1.44③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。14图1.45图1.46④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1.48⑤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1.4915（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：①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。16延伸后的叶片曲面勾勒出的边界图1.52（3）电机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较繁琐的工作，它需要你反复的去选取、处理点云，从而构造曲面，而且点云的选取以及采用何种方法构建曲面，对结果的影响都很大。对于有着丰富产品造型设计经验的工程师而言，其往往可以构造出品质更为出色的曲面，因为他能更好的通过对点云的观察去揣测原设计者的设计手法。因此，对于初学者而言，掌握基本的CAGD知识是非常重要的，只有这样你才可能更好、更快的掌握软件的使用，设计出更加符合原设计者意图的模型，也可以在此基础上设计自己的产品。