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三维测量与逆向工程实训报告

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2020年6月23日
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三维测量与逆向工程实训报告

题 目: 洗衣液瓶子逆向造型设计
系 别: 机电工程系
专 业: 机械设计制造及其自动化
学生姓名:
学 号:
指导教师:
职 称:

√

题目类型: 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发11

年11 月 10日

摘 要

大学四年即将结束, 实训正是检验我们四年学习成绩的时刻。这次的逆向设计产品为洗衣液的瓶子, 首先经过关节臂激光扫描仪对产品实物进行外形扫描, 扫描得到点云后进行初步的稀释处理后以Imageware格式转到Imageware12.1软件内, 在Imageware12.1软件内调整工件坐标系和X、 Y、 Z三个方向进行点云的分割, 调整好后再以JT格式可见形式转到UG NX6.0软件内进行产品的外形设计, 经过运用直线、 圆弧、 曲面、 编辑曲线、 特征、 曲面自由形状等相关命令对点云进行从点到线在到面的造型设计, 整个设计流程遵循所建构的曲面在保证光顺平滑的前提下尽量过点, 保证面与面之间的连续性关系与实物尽可能一致, 在生成实体后对存在尖锐的棱边进行圆角处理, 并特别着重产品的细节部分的造型, 使得所设计成型后的产品与扫描前的实物吻合度大大提高! !

关键词: 逆向造型设计; 关节臂激光扫描仪; Imagewear12.1; UG NX6.0;

1、 点云处理
1.1调坐标
( 1) 打开Imagewear12.1软件进将文件导入, 将鼠标移到产品点云上单击右键并点击【圈选点】按钮, 然后弹出【圈选点】工具条对没用的点云进行删除, 将鼠标重新移到产品点云上单击右键并单击【点显示】按钮, 弹出【点显示】工具条对点云进行稀释, 如下图1-1所示。

图1-1
( 2) 将鼠标重新移到产品点云上单击右键并单击【交互模式点云截面】按钮, 弹出【交互模式点云截面】工具条对点云进行截取截面, 然后再单击【隐藏实面】按钮将点云下半部分隐藏, 然后在将鼠标移动到剩余点云上单击右键并单击【交互模式点云截面】按钮, 如下图1-2所示。

图1-2
( 3) 将鼠标移动到上步截取的点云上右键并单击【点云三角形网格化】按钮, 如下图1-3所示。

图1-3

( 4) 按快捷键CTRL+S将所有点云显示出来, 然后在修改工具栏中单击【合并-点云】按钮, 将上下两部份点云合并, 如下图1-4所示。

图1-4

( 5) 将鼠标移动到上步合并的点云上右键并单击【点云三角形网格化】按钮, 如下图1-5所示。

图1-5
( 6) 单击【图层管理器】按钮将工作坐标系显示出来, 然后在创立工具条中单击【平面-中心/法向】按钮创立如下图1-6所示。

图1-6
( 6) 在修改工具条中单击【定位-最佳拟合】按钮, 将移动对象和来源对象选为第( 3) 步截取的平面, 目的对象则为上步所创立的平面, 如下图1-7所示。

图1-7
( 7) 在修改工具条中单击【定位-坐标系重新建对齐】按钮, 如下图1-8所示。

图1-8

( 8) 按F1将试图摆正, 然后单击创立工具条中的【结构线-无限直线】按钮创立水平和垂直的直线, 在单击修改工具条中【对象位置-旋转】和【对象位置-移动】按钮将点云转动到最合适位置, 如下图1-9所示。

图1-9
( 9) 在创立工具条中单击【3D曲线-3D】按钮, 绘制产品点云左方部分的边缘直线, 绘制好后右键单击【编辑曲线】对所绘曲线进行编辑, 编辑好后将鼠标移动到点云外右键并单击【镜像显示】按钮, 将曲线镜像到右边点云, 然后再对点云进行【旋转】和【移动】, 将点云调至最佳位置, 如下图1-10所示。

图1-10
( 10) 在修改工具条中单击【对象位置-镜像】按钮, 将点云以X轴为对称轴进行镜像, 查看两个点云贴合效果, 效果显示贴合度良好, 如图1-11所示。

图1-11

1.2截分点云
( 1) 将鼠标移动到点云上右键并点击【点显示】按钮, 将点云以点的形式显示, 然后在点云上右键并【平行点云截面】按钮, 对点云进行X、 Y、 Z方向截取, 如下图1-12所示。

图1-12
( 2) 将鼠标移动到点云上右键然后点击【交互模式点云截面】按钮, 对瓶子的把手部分进行细节划分, 如下图1-13。

图1-13
( 3) 将鼠标移动到点云上右键然后点击【交互模式点云截面】按钮, 对点云进行X方向坐标原点处截取一个截面, 方便于后续曲面造型, 如下图1-14所示。点击文件工具条中的【另存为】按钮, 以JT格式可见形式保存文件。

图1-14

2、 曲面造型
( 1) 打开UN NX6.0程序找到上步保存的JT格式文件打开, 在文件工具条中点击【保存】将文件以PRT格式保存, 在格式工具条中点击【移动至图层】按钮对不同颜色的点依次分层, 如下图2-1所示。

图2-1
( 2) 在格式工具条中单击【图层设置】按钮设置只显示灰色图层的点, 然后按F8将视图摆正。在曲线工具条中点击【样条】按钮绘制产品外轮廓线, 然后在插入工具条中单击【设计特征-拉伸】按钮拉伸如下图2-2所示曲面, 便于后续参考使用。

图2-2
( 3) 在格式工具条中单击【图层设置】按钮设置显示绿色图层的点, 然后按F8将视图摆正。在曲线工具条中点击【基本曲线】按钮绘制出瓶盖上的两个圆, 在单击【拉伸】按钮拉伸出曲面, 然后单击【拆分体】按钮将所拉伸的曲面沿XC-YC平面拆分, 在点击【移动至图层】按钮将没用曲面移动到256层。如下图2-3所示。

图2-3
( 4) 在格式工具条中单击【图层设置】按钮设置显示所有的点, 单击【基本曲线】按钮绘制出瓶盖顶部的部分曲线, 然后单击【扫掠】按钮根据绘制的曲线扫列出曲面, 然后单击【修剪的片体】按钮将扫掠的曲面和上面( 3) 所做曲面进行修剪, 最后单击【面倒圆】按钮对曲面进行边倒圆, 如下图2-4所示。

图2-4

( 5) 在分析工具条中单击【测量距离】按钮测量出瓶盖第一个外圆所到下个外圆转角处的距离, 然后单击【在面上偏置曲线】按钮将第一个外圆在所在面上偏置测量的距离, 最后单击【修剪的片体】按钮根据所偏置曲线为边线对所在曲面进行修剪, 第二个外圆的步骤同上, 结果如下图2-5所示。

图2-5
( 6) 单击【移动到图层】按钮将上面所画曲线移动到256层。单击【样条】按钮根据上步修剪的曲面两旁的点绘制出曲线, 在单击【经过曲线网格】按钮绘制出如下图2-6所示曲面。

图2-6
( 7) 单击【移动到图层】按钮将上面所画曲线移动到256层。单击【图层设置】显示所有的点, 单击【基本曲线】按钮根据经过瓶盖第二个圆所在面的点绘制出辅助曲线, 在经过单击【样条】按钮绘制出经过各点的曲线, 然后单击【修剪的片体】按钮根据曲线对所在面进行修剪, 如下图2-7所示。

图2-7
( 8) 单击【移动到图层】按钮将上面所画曲线移动到256层。在曲线工具条中单击【平面】按钮创立相关的辅助平面, 然后单击【截面】按钮根据所建平面对第( 2) 步所建曲面创立截面曲线, 在点击【样条】按钮根据点和所截曲线绘制出曲线, 如下图2-8所示。

图2-8
( 9) 单击【平面】按钮根据三点依次创立平面, 单击【截面】按钮将上步所画线跟瓶盖第二个圆所在平面截出点和曲线, 然后点击【样条】按钮根据截出的点和曲线以及同个方向上的点绘制出样条曲线, 瓶盖转角部分另加控制线方法同上, 最后单击【经过曲线网格】按钮根据所画曲线和第( 8) 步所画曲线创立曲面, 如下图2-9所示.

图2-9
( 10) 单击【移动到图层】按钮将上面所画曲线和平面移动到256层。在单击【平面】按钮根据同一方向上的三个点依次创立Y轴方向上的平面, 然后单击【截面】按钮截取第( 2) 所建曲面上的截面曲线, 并经过点击【样条】按钮创立样条曲线, 如下图2-10所示。

图2-10
( 11) 单击【平面】按钮根据同一方向上的三个点依次创立X轴方向上的平面, 然后单击【截面】按钮截取出第( 2) 所建曲面上的截面曲线和上一步所建曲线上的点, 单击【样条】按钮根据所截取的曲线和点绘制出样条曲线, 最后单击【经过曲线网格】按钮根据所画曲线和上步所画样条曲线创立出网格曲线, 如下图2-11所示。

图2-11

( 12) 单击【移动到图层】按钮将上面所画没用的曲线、 平面移动到256层。单击【平面】按钮根据同一方向上的三个点依次创立X轴方向上的平面,然后单击【截面】按钮截取出第( 2) 所建曲面上的截面曲线和上一步所建曲面上的截面曲线, 在根据同一方向上的点绘制出样条曲线, 如下图2-12所示。

图2-12
( 13) 单击【经过曲线网格】按钮根据上步所画曲线和现有曲面的边缘曲线创立出网格曲线, 如下图2-13所示。

图2-13
( 14) 单击【移动到图层】按钮将上面所画没用的曲线、 平面移动到256层。单击【曲面上的曲线】按钮画出上步所建曲面上的曲线, 然后单击【修剪的片体】按钮按所画曲线为边界对曲面进行修剪, 按上面创立样条曲线的步骤创立构建网格曲面的曲线, 然后单击【经过曲线网格】按钮创立出如下图2-14所示的曲面。

图2-14
( 15) 单击【移动到图层】按钮将上面所画没用的曲线、 平面移动到256层。在产品另一侧的曲面网格创立步骤跟( 14) 步一样, 其结果如下图2-15所示。

图2-15
( 16) 单击【移动到图层】按钮将上面所画没用的曲线、 平面移动到256层。单击【图层设置】按钮只显示红色的点, 然后点击【图层设置】按钮根据把手部分的点绘制出样条曲线, 在单击【拉伸】按钮沿Z轴方向拉伸出曲面, 在单击
【拆分体】按钮将所拉伸的曲面在XOY平面进行拆分, 如下图2-16所示。

图2-16
( 17) 单击【移动到图层】按钮将上面所画没用的曲线、 平面移动到256层。在单击【平面】按钮分别根据灰色和绿色的点创立平面, 然后单击【截面】按钮利用所建平面截取出上步和第( 2) 步所建曲面上的曲线, 在单击【样条】按钮以所截取的曲线为起点根据所在方向上的点创立样条曲线, 如下图2-17所示。

图2-17
( 18) 单击【经过曲线网格】按钮根据上步所绘制的曲线创立曲面网格, 注意各曲面的相切关系, 如下图2-18所示。

图2-18
( 19) 单击【移动到图层】按钮将上面所画没用的曲线、 平面移动到256层。单击【图层设置】按钮显示红色和绿色的点, 然后点击【平面】按钮根据同一方向上的三点创立平面, 在点击【截面】按钮截取出面上的曲线和曲线上的点, 最后点击【样条】按钮根据所截取的线和点绘制样条曲线, 如下图2-19。

图2-19
( 20) 单击【经过曲线网格】按钮根据上步所绘制的曲线和边缘曲线创立网格曲面, 如下图2-20所示。

图2-20
( 21) 单击【移动到图层】按钮将上面所画没用的曲线、 平面移动到256层。
单击【曲面上的曲线】按钮绘制出辅助曲线, 然后单击【修剪的片体】按钮根据绘制的曲线修剪出需要的片体, 在根据上步所绘制辅助曲线的步骤绘制出样条曲线, 最后单击【经过曲线网格】按钮根据所绘制的曲线和边缘曲线创立出网格曲面, 如下图2-21所示。

图2-21
( 22) 单击【曲面上的曲线】按钮在产品把手部分的面上绘制出曲线, 在单击
【修剪的片体】按钮对曲面进行修剪, 然后再单击【经过曲线网格】根据修剪后的曲面边界创立出网格曲面, 如下图2-22所示。

图2-22

( 23) 单击【移动到图层】按钮将上面所画没用的曲线、 平面移动到256层。然后单击【平面】按钮根据所要创立的曲线所在方向上的点创立平面, 在单击【截面】按钮截取出面上的曲线和曲线上的点, 单击【样条】按钮根据曲线和点绘制出样条曲线, 在点击【经过曲线网格】按钮根据所绘制的曲线和边缘曲线创立出曲线网格, 如下图2-23所示。

图2-23
( 24) 和上步同样的步骤绘制出样条曲线, 然后在单击【曲面上的曲线】按钮根据绘制的曲线和曲面的边缘曲线创立出网格曲面, 如下图2-24所示。

图2-24
( 25) 单击【修剪的片体】按钮根据截面曲线对产品把手上部分进行修剪; 在单击【曲面上的曲线】按钮绘制出产品的上部分面上的曲线, 然后一样根据曲线对面进行修剪, 为便于下步网格曲面的创立。如图2-25所示。

图2-25

( 26) 单击【图层设置】按钮将蓝色和红色的点显示出来, 然后单击【平面】按钮根据同一方向上的三点依次创立平面, 在单击【截面】按钮根据创立的平面截取出截面曲线, 单击【样条】根据曲线和点绘制出样条曲线, 特别要注意的是有斜坡的部分, 要经过【基本曲线】和【样条】命令绘制曲线然后对两曲线进行【桥接】, 结果如图2-26所示。

图2-26
( 27) 单击【经过曲线网格】按钮根据上步所绘制的曲线创立出网格曲面, 根据面与面之间的关系进行相切处理, 如下图2-27所示。

图2-27
( 28) 单击【移动到图层】按钮将上面所画没用的曲线、 平面移动到256层。在单击【曲面上的曲线】按钮在上面创立的曲面上绘制曲线, 然后单击【修剪的片体】对曲面进行修剪, 单击【基本曲线】按钮绘制辅助曲线, 然后对曲线进行拉伸, 单击【求交】按钮求出拉伸出的曲面跟其相交的曲面的相交线, 最后单击【样条】绘制出样条曲线。如下图2-28所示。

图2-28
( 29) 单击【经过曲线网格】按钮根据上步所绘制的曲线创立出网格曲面, 而且对相邻的曲面进行相切处理, 如下图2-29所示。

图2-29
( 30) 单击【移动到图层】按钮将上面所画没用的曲线、 平面移动到256层。单击【变换】按钮将所画一半产品全部选中经过XOY平面镜像, 然后单击【缝合】命令对产品进行缝合, 如下图2-30所示。

图2-30
（31） 单击【抽壳】按钮对产品进行抽壳, 设置产品厚度为0.5MM。如下图2-31所示;

图2-31
3、 产品最终成型效果

4、 总结
这次实训终于结束了, 我们获益颇深。经过一个多星期的努力, 作品终于完成了。从最初的拿实物去扫描点云, 到后面的UG曲面成形。我们遇到了很多困难, 可是在同学们的努力帮助下, 我都一一解决了。在完成实训的过程中我们经过查阅相关资料、 参考相关视频, 使得我们对相关方面知识的掌握和对我们的软件运用能力的提高有了很大的帮助, 与此同时在我们讨论的过程中培养了我们与人沟通交流的能力。
一分耕耘一分收获, 我们的努力最终得到了自己满意的作品。尽管再苦再累, 我们在看到自己作品完成的那一刻, 觉得付出都是值得的。这次实训, 是对以前学习的一次总结, 同时也为将来的步入社会打下坚定基础。我相信, 经过这次实训, 同学们一定已经更够更好的掌握三维逆向造型, 加深了对这些软件的应用, 这次实训的收获, 必将受用终身。

5、 参考文献
1. 单岩、 谢斌飞编. Imageware逆向造型技术基础(CAD/CAM/CAE实用技术). 清华大学出版社, .2
2. 陈雪芳、 孙春华编著. 高等职业教育机电类规划教材•逆向工程与快速成型技术应用. 机械工业出版社, .9
3. 黄诚驹著. 逆向工程综合技能实训教程 . 高等教育出版社, .3
4. 袁锋编著. UG逆向反求工程案例导航视频教程. 机械工业出版社, .3
5. 王咏梅编著。UG NX6.0工业造型曲面设计案例解析.北京: 清华大学出版社,
6. 张晋西、 郭学琴、 张甲瑞编著. 逆向工程基础及应用实例教程. 清华大学出版社, .10