《CATIA逆向设计基础》课件-第1章 CATIA曲面数字化设计概论

CATIA逆向设计基础第一章CATIA曲面数字化设计概论1.1逆向工程概述逆向工程技术概述数据采集数据处理与模型重构1.逆向工程技术概述奇瑞QQ大宇Matiz（雪佛兰SPARK）1.逆向工程技术概述众泰T600大众途锐1.逆向工程技术概述众泰SR9——最便宜的“保时捷SUV”保时捷Macan——最便宜的保时捷SUV1.逆向工程技术概述逆向工程(ReverseEngineering)(也称反求工程、反向工程等)：将实物转化为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。

逆向工程作为掌握、改进和发展技术的一种手段，可使产品研制周期缩短40%以上，从而极大地提高了生产率。

逆向工程的实际应用为许多企业的发展带来了生机，进而为创新设计和各种新产品开发奠定了良好基础。1.逆向工程技术概述应用领域：对产品外形有特殊美学要求的领域，为了方便产品的美学评价，需要由造型设计师用油泥等材料制作真实尺寸模型。

由于学科发展水平的限制，产品设计需要通过试验测试才能定型的工件模型。如汽车发动机气道、航空发动机的涡轮叶片、航空器的外形等。1.逆向工程技术概述美国AIM-9响尾蛇

苏联K-13/R-3S逆向工程应用领域：实物的外形是由自由曲面组成，正向设计方法难以满足精度要求，如高尔夫球杆头部的造型、鞋楦等。1.逆向工程技术概述应用领域：艺术品、考古文物的修复与复制。艺术品和考古文物大多为手工制品，具有复杂外形，对其精确的修复与复制可借助于逆向工程。1.逆向工程技术概述正向设计1.逆向工程技术概述正向设计产品造型设计的正向设计流程示意：概念设计→CAD/CAM系统→制造系统→新产品正向设计正向设计方法的不足：设计过程难度系数大、周期较长、成本高，不利于产品的研制开发。因为设计师无法完全预估产品在设计过程中会出现什么样的状况，如果每一次都因为一些局部的问题而导致整个产品推到重来，不管从时间上还是从成本上都是不可接受的。1.逆向工程技术概述逆向工程可分为3个子系统：产品实物几何外形的数字化三维CAD模型重建产品/模具的制造实物样品数据获取数据处理纸质技术文档CAD/CAM系统快速成型仿制改造产品批量生产产品制造系统产品样件模具测量设备CAD模型重构逆向工程的技术流程逆向设计的一般流程：产品样件→数据采集→数据处理CAD/CAE/CAM系统→模型重构→制造系统→新产品逆向工程的简单过程：利用数字化扫描设备扫描实体模型，获取点云；利用逆向工程软件处理获取的点云数据，形成曲线、曲面、实体模型，对实体模型进行修正，形成最终的三维模型；最后对三维模型的结构、机构、造型、工艺等各方面进行分析，并进行现有产品的创新设计、快速仿形制造。产品样件

点云模型重构新产品

数据采集数据处理制造系统

又称模型数字化，即指通过坐标测量或激光扫描仪等测量装置，获取实物表面特征点的三维坐标值的过程。通过测量实物表面的特征点，记录反映实物形状的特征数据，实现模型的数字离散化。

在逆向工程中通过测量仪器得到的产品外观表面特征点的数据集合称之为点云(PointClouds)。2.数据采集稀疏点云密集点云通常使用三维坐标测量机所得到的点数量比较少点与点的间距也比较大，叫稀疏点云；（接触式，与被测物体表面接触）使用三维激光扫描仪或照相式扫描仪得到的点云点数量比较大并且比较密集，叫密集点云。（非接触式，不与被测物体表面接触）2.数据采集3D光学扫描照相式扫描三维坐标测量机ATOS三维激光扫描仪TRITOPARGUS2.数据采集TRITOP三维光学坐标测量分析系统——摄影测量（ATOS测量系统）照相式扫描2.数据采集照相式扫描：一组照片导入GOMProfession软件后生成的参考点。进行3D扫描测量。注：照相机式扫描主要是针对测量尺寸过大的实物，以减小3D扫描测量产生累积误差。2.数据采集3D光学扫描ing点云生成的三角网格面Imageware

由美国EDS公司出品，后被德国SiemensPLMSoftware所收购，现在并入旗下的NX产品线，是最著名的逆向工程软件，Imageware因其强大的点云处理能力、曲面编辑能力和A级曲面的构建能力而被广泛应用于汽车、航空、航天、消费家电、模具、计算机零部件等设计与制造领域。Geomagic由美国Raindrop(雨滴)公司出品的逆向工程和三维检测软件。GeomagicStudio可轻易地从扫描所得的点云数据创建出完美的多边形模型和网格，并可自动转换为NURBS曲面。该软件也是除了Imageware以外应用最为广泛的逆向工程软件。

CopyCAD是由英国DELCAM公司出品的功能强大的逆向工程系统软件，它能允许从已存在的零件或实体模型中产生三维CAD模型。该软件为来自数字化数据的CAD曲面的产生提供了复杂的工具。CopyCAD能够接受来自坐标测量机床的数据，同时跟踪机床和激光扫描器。RapidForm是韩国INUS公司出品的全球四大逆向工程软件之一，RapidForm提供了新一代运算模式，可实时将点云数据运算出无接缝的多边形曲面，使它成为3DScan后处理之最佳化的接口。RapidForm也将使您的工作效率提升，使3D扫描设备的运用范围扩大，改善扫描品质。3.数据处理与模型重构逆向工程软件网络投票结果3.数据处理与模型重构

CATIA是由法国达索公司（DassaultSystem）开发的。

在几个逆向软件中，CATIA的逆向是较好的一款软件，尤其是可以结合其强大的曲面造型功能进行造型设计，其ClassA也是很厉害的，另外造型完后可以直接在里面做结构、做模具、做加工等后续工作，这个是其他逆向软件达不到的。参考书籍3.数据处理与模型重构CATIA曲面设计基础知识：DSE模块(DigitizedShapeEditor数字编辑器)

QSR模块(QuickSurfaceReconstruction快速曲面重构)

GSD模块(GenerativeShapeDesign创成式外形设计)FS模块(Freestyle自由曲面造型)PartDesign模块(零件设计)3.数据处理与模型重构（1）学习CATIA曲面设计的基础知识；（2）ATOS逆向设备的正确使用，并获得点云(三角网格面)，导入到CATIA；（3）在CATIA中获得实体的三维数字化模型。本课程所要掌握的内容前保险杠支架52C前拖钩52C前翼子板52C发动机盖52S白车身本体C9前门58C后门72C行李箱盖52S拉伸曲面旋转曲面扫掠曲面多截面曲面填充1.2曲面基本成型方法拉伸曲面1.2曲面基本成型方法旋转曲面1.2曲面基本成型方法扫掠曲面1.2曲面基本成型方法多截面曲面1.2曲面基本成型方法注：闭合点的正确设置是多截面曲面创建成功的重要因素！填充1.2曲面基本成型方法1.3CATIA曲面设计工作台1.创成式外形设计

GenericShapeDesign（创成式外形设计）简称GSD，其工作平台拥有曲线操作工具和基础的曲面构造工具，其功能有：1.3CATIA曲面设计工作台由GSD工作台设计的曲面连续性最高可达到G2等级。在汽车A级曲面的连接中，经常要使用到的5种连续是：G0-位置连续，使模型产生锐利的边缘，极力避免。【不常用】G1-切线连续，制作简单，成功率高。【比较常用】G2-曲率连续，视觉效果非常好，但是这种连续级别的表面并不容易制作，主要用于制作模型的主面和主要的过渡面。【我们的目标】G3-曲率变化率连续，通常不使用。G4-曲率变化率的变化率连续，通常不使用。1.3CATIA曲面设计工作台菜单栏模型树目录树指南针专属工具栏绘图区公共工具栏消息区创成式外形设计1.3CATIA曲面设计工作台

2.自由曲面（FreeStyle）

自由曲面除了拥有部分创成式外形设计中的功能外，还可以完成曲面控制点（编辑曲面形状）、自由约束边界、A级曲面标准的曲面桥接等命令，都可以轻松达到G2曲面等级。1.3CATIA曲面设计工作台

3.数字编辑器模块

DigitizedShapeEditor数字编辑器，简称DSE，其主要功能是导入点云、预处理点云（过滤、删减、修补、对齐、合并等）、点云网格化、点云剖面生成扫描线（ScanLine）等。1.3CATIA曲面设计工作台

3.数字编辑器模块点云网格化1.3CATIA曲面设计工作台

4.快速曲面重构模块QuickSurfaceReconstruction快速曲面重构，简称QSR。通过数字