CATIA逆向工程建模实例

图 1.39
电机
风扇
进气罩
图 1.40
12
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 平面区域点云；单击 按钮，将其拟合成一张平面。
按钮，圈选进气罩顶部的
图 1.42 ② 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。
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。
15
勾勒出的边界
延伸后的叶片曲面
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。
10
图 1.35
图 1.36 图 1.37
11
1.3.2 实体造型实例
图 1.38
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。
图 1.5
图 1.6
3
图 1.7
图 1.8 ¾ 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 1.10
4
② 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 1.43
图 1.44
③ 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。
13
图 1.45
图 1.46
④ 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；
图 1.28
图 1.29
8
图 1.30
② 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。
延伸拟合面的其他三条边界，结果如图 1.22 所示。
6
图 1.19
图 1.20
图 1.21
图 1.22
¾ 凹槽
源自文库
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 1.31
图 1.32
② 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。
9
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 1.51 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。
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。
程。
凹槽
顶槽
顶面
凸台
底座
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
（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 1.23
图 1.24
② 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。
7
图 1.25
图 1.26
③ 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
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
⑤ 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。
16
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
图 1.3 （3）曲面重构 ¾ 底座
图 1.4
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 1.49
14
（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。
5
图 1.13
图 1.14
图 1.15
图 1.16
¾ 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 1.18
② 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，
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
1
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
图 1.27 所示。
图 1.27 ¾ 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 1.11
图 1.12 ③ 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。
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。