1、1第五章 充电器插头本章介绍一个比较简单的充电器插头制作，去除了两个金属插销，只构造塑料外壳。点云如图 XX，已经调整为对称于 X=0 的平面。本例学习如何构建平面、利用点云拟合均匀曲面、曲线扫掠得到曲面，构造圆角、镜像复制等基本方法。5.1 反求思路1本零件是一对称体，如图 XX，因此考虑只构造对称的一半曲面，然后镜像得到另一半。2右击点云，选用 命令，框选出面 1、2、3 三块点云，面 1 点云选择命令【Uniform Surface】 ，拟合为均匀曲面，面 2、3 点云选择命令【Fit Plane】 ，分别拟合为一平面。右击点云，选用 ，在顶面点云中提取两条直线点云，选择命令【Unifo
2、rm Curve】 ，拟合成均匀曲线， 选择命令【Sweep】扫掠，得到顶面。3选择命令【 Extend】 ，延伸所有曲面，调节各曲面控制点。选择命令【Fillet】倒圆角面。选择命令【Trim Surface】 ，剪裁曲面。4选择命令【 Circle w/Center and 2 Points】画圆，投影到曲面后剪切圆孔。5选择命令【 Mirror】 ，镜像复制所有曲面。6最后进行误差以及曲面光顺性分析5.2 曲面构造首先将点云分块提取出来，再根据其特点，用不同的方法构造曲面。5.2.1 提取点云21. 观察点云充电器点云如图 XX，首先将其多边形网格化显示，便于观察零件形状。右击点云，选择
3、 ，将点云进行三角网格定点着色（Gouraud-Shaded）处理，设置各项参数如图XX，原始点云名称为 1。这里，相邻点距离 Neighborhood Size 取为 3，根据经验，该值一般选取采样点云两点之间的距离的 3 倍左右。通过命令【Measure 】/ 【Distance 】/ 【Between Points】 ，测量得到点云中两点之间的距离为 1mm 左右。2对称剖切点云本点云已经调节为中心通过 Y-Z 轴，即 X=0 坐标平面的对称体。选择命令【Modify 】/【Extract 】/【Slice】 ，参数设置如图 XX，将点云从中对称地剖切出右半边点云。3重复步骤 1，将右半
4、边点云着色，选择命令【Modify】/ 【Direction】/【Harmonize Polygon Normals】 ，使得网格法向一致。只须对此半边点云反求出曲面，然后利用镜像得到另一半即可。选择菜单栏上图层管理命令 ，观察点云形状。如图 XX。注意，图层管理器【Layer Manager】中的【Show】选项，可以控制各图层，以及各图层中点云、曲线、曲面等图形的显示状态，当图形太多时，常用其显示或隐藏某些图形，使得界面简单清楚，更容易操作。3提取侧面点云将剖切出的点云旋转到一个适当的位置，利用点云上的反光勾勒出较好的平面点云，然后右击点云，选 ，设置如图 XX，鼠标点选【Select S
5、creen Points】后，开始提取侧平面点云。注意，这里勾选了【Near Points Only】 ，当同一点云具有前后两层以上的部分，勾4选此项，只提取当前视图所框选出的前面部分点云。勾选了【Keep Old Data】 ，保留原点云，用鼠标点击围成的点云成为新产生的点云。同样方法，得到另两块点云，如图 XX。5.2.2 拟合曲面1侧面点云拟合面观察发现，图 XX 中，点云 1 形状适合用曲面拟合，2 和 3 可以用平面构建，下面分别得到各个面。点云 1：选择命令【Construct】/ 【Surface from Cloud】/【Uniform Surface】 ，设置参数如图 XX，
6、拟合得到点云 1 的曲面。按下快捷键【 Shift+Q】,比较拟合曲面与点云误差，发现非常小，符合要求。右击图中空白处，选择 ，撤销比较结果。若发现误差较大，可右击曲面，选择 ，微调曲面控制点，使得曲面拟合更好一些。5点云 2 与 3：选择命令 【Construct 】/ 【Surface from Cloud】/ 【Fit Plane】 ，设置参数如图 XX，将该点云 2 与 3 分别拟合为一平面。2顶面点云拟合面右击点云，选 ，设置如图 XX， 【Neighborhood Size】采用默认值，点选【Select Screen Lines】 ，然后用鼠标在顶面点云中选取两点，提取直线点云，
7、这里得到的两条直线点云以刚好到点云圆角处为宜。如图 XX。6选择命令【Construct】/【Curve from Cloud】/【Uniform Curve】 ，将图中 XX 中点云 1 拟合成均匀曲线，选择设置参数如图 XX，按下【 Model】按钮，调节曲线段数【Span(s)】的值，曲线动态变化显示拟合点云的状况，当曲线与点云较好地拟合时终止。该值越大，曲线拟合越精确，但该值太大，将使得曲线节点较多，影响曲线的光滑程度，也将使得曲线及其生成的曲面编辑修改更困难。同样拟合点云 2，如图 XX。选择命令【Construct】/【Swept Surface】/ 【Sweep 】 ，如图 XX
8、，点击【Path 1】 ，用鼠标在图中选择点云 1 拟合得到的曲线，点击【Generators 1】 ，用鼠标在图中选择点云 2 拟合得到的曲线，按下【 Apply】 ，得到顶面点云拟合曲面，如图 XX。7选择命令【Modify】/【Extend】 ，如图 XX，按下【Model】按钮，鼠标选择曲面一条边或几条边，或勾选【All Sides】 ，选择曲面的所有边，调节 【Distance】按钮滑块，延伸曲面，如图 XX，由于曲面的四条边均要做剪裁，延伸的距离不需要很精确，以便于和其他曲面配合为宜，如图 XX。同样地，将他曲面显示出来并加以延伸，使得曲面较所覆盖的点云略大，并能在两曲面之间顺利地
9、切出倒角。延伸前各曲面如图 XX。延伸后各曲面如图 XX。83调节各曲面控制点曲面构造完毕，为了使曲面拟合的精度更高，光顺性更好，有必要调节各曲面控制点。以图 XX 中曲面 4 为例，按下快捷键【Shift+L】 ，选择曲面 4 和点云，隐藏其他图形，只显示选中者，如图 XX。也可在图层管理器【Layer Manager】中的【Show】选项中控制图形的显示。右击曲面 4，选择 改变曲面的着色显示状况。再次右击曲面 4，选择 ，弹出曲面编辑对话框，如图 XX， 选择【Norm】 ，调节曲面控制点的法向距离，当拟合情况比较好时，选中【Step】复选框，设定一个较小的值，微调曲面控制点。调节曲面控
10、制点时，要注意几点：（1） 不要仅仅只注意曲面与点云的拟合精度，还要照顾到曲面的光顺性。因此，要时刻注意所调控制点在曲面 U、V 方向线上和其他控制点的相互位置关系，尽可能使其形状光滑。（2） 曲面边界形状要仔细调节，使其与点云圆角形状相符，这样曲面之间倒的圆角精度才高。9（3） 若发现曲面控制点较少，难以与点云较好吻合，可右击该曲面，选择，如图 XX，增加曲面 U 或 V 方向上的段数【Step(s)】或阶次【Order】 ，使得曲面控制点增加。一般曲面 U V 方向阶次【Order】上大多均采用 4，平面为 2。曲面控制点多将增加曲面调接的难度，一般是先取较小的值，调节到比较吻合的时候，再
11、增加。（4） 一般先延伸曲面后，再编辑调节曲面。本例中，下面数据供参考：曲面 1 的 U V 方向阶次【Order】均为 4 ，U V 方向段数【Step(s) 】均为 1。曲面 2 和 3 为平面，U V 方向阶次 【Order 】均为 2 ，U V 方向段数【Step(s) 】均为 1。曲面 4 U V 方向阶次【Order 】均为 4 ，长 U 方向段数【Step(s)】为 15，宽 V 方向段数【Step(s)】为 1。5.2.3 倒圆角首先构造曲面 1 和 2 之间的圆角面。选择命令 【Construct】/【Fillet】/ 【Surface】 ，勾选【Trim】 ，选择【B-sp
12、line】 ，如图 XX。倒圆角面时，应显示出点云，根据拟合情况，决定倒角的大小，也可用【Measure】/【Radius Of Curvature】/【Cloud 】命令初步测量点云圆角半径。10其余类似几个面倒圆角如图 XX。前端两斜面倒角，可利用镜像对称得到曲面圆角。选择命令【Modify】/【Orient】/【Mirror 】 ，参数设置如图 XX，以 X 平面为对称面，镜像复制端面平面，选择命令【Construct】 /【Fillet】/【Surface】 ，将两平面倒圆角，如图 XX。倒圆角面设置需注意以下几点：111. 使得两曲面的法线均指向圆角中心方向，如图 XX。勾选【Tri
13、m】 ，倒圆角同时剪切掉两倒角面的边，否则只是多产生一个倒角面。2.【Base Radius】填写大致的圆角半径，按下【Model】按钮，调节 ，改变圆角半径，使其与点云圆角匹配。若不出现倒角图形，则说明【Base Radius】所填值误差较大。3.若需要变半径倒角，可拖动代表两端圆角的滑块条 ，使得圆角曲面沿长度方向具有不同半径。4.选择【B-spline】可获得长度方向单一的圆角曲面。5.2.4 三圆角曲面汇交两曲面之间倒圆角比较简单，后面剩下三圆角曲面汇交处的曲面需要处理。1.剪裁底面获得的几块曲面均超过了点云底部，先把这部分剪裁掉。用法线为 Y 轴方向的平面，与各曲面相交，求出曲面交线
14、，再用区域剪裁，去掉不需要的部分。选择命令【Construct】/【Intersection】/【With Planes】 ，如图 XX，选择【Selected All】 ，选取所以曲面，这里只是为了方便，有的曲面并不参与相交。鼠标点击选择【Start Point】 ，打开工具条上的捕捉按钮 ，选择捕捉点云 ，鼠标选择点云的底部，显示出相交平面，如图 XX，其余参数设置如图，按下 【Apply 】 ，求得 7 条曲面交线。12选择命令【Modify】/【Trim】/ 【Trim Surface】 ，或按下快捷键 【Ctrl+T】 ，如图XX，选择【Selected All】 ，点选【Regio
15、n Points】 ，然后用鼠标在图中点取各曲面需要保留部分，剪裁曲面。2三圆角曲面汇交如图 XX，F1、F2、F3 三圆角曲面汇交为一个曲面，这是一个比较常见的问题，下面详细说明构建过程。（1）把图形旋转到一个恰当的位置，使得圆角面 F1 的两条边可以在当前视图中投影到 F2、F3 圆角面，并且将其分割成两部分。如图 XX。13选择命令【Construct】/【Curve on Surface】/ 【Project Curve to Surface】 ，如图XX，按住【Crlt】键，点选【Surface（s） 】 ，在图中选择 F2、F3 圆角面，点选【Curve（s） 】 ，在图中选择 F
16、1 圆角面的两条边。投影方向 【Project】选择沿视图方向【View Vector】 ，得到两条投影曲线，如图 XX。选择命令【Modify】/【Trim】/ 【Trim Surface】 ，剪裁 F2，F3 曲面，得到 B、D两条曲线，如图 XX，然后选择【Construct】/ 【Blend 】 /【Curve】 ，将 F2，F3 曲面两14条边线桥接起来，得到 A、C 两条曲线。选择命令【Construct】/【Curve on Surface】/【Project Curve to Surface】 ，将曲线 A 沿法向【Normal to Surface】投影到圆角面F1，曲线 C
17、 投影到曲面 4。选择命令【Modify】/【Trim】/ 【Trim Surface】 ，剪裁掉曲线 A 上面部分曲面，以及曲线 C 外面部分曲面。选择命令【Construct】/【Surface】/【Surface by Boundary】 ，分别选择图中四条曲线，这里，选择对话框中的【Tan】 ，使得该曲线相邻的两曲面相切连续。最终得到的曲面如图 XX。同理构造另一个三圆角曲面汇交曲面。如果构造曲面不能完成，出现图 XX 所示错误提示，则需要检查四条边是否连接在一起。如图，发现 D 这条边由两部分组成，接近下面 A 边处，有一条很短的线，使得D、A 两边存在缺口，如图 XX。因此，需要将
18、其合并为一条。15选择【Construct】/【Curve from Surface】/ 【3D Curve from Surface】 ，提取 D 边1、2 两条曲线，如图 XX。选择 【Modify】/ 【Continuity】/【Match 2 Curves】 ，将提取得到的两条 3D 曲线融合为一条，参数设置如图 XX，注意鼠标选取线段时，要靠近两线交点处选取，得到正确的线段端点。做完则这些工作后，再用【Construct】/【Surface】/【 Surface by Boundary】四边围成一个曲面。如图 XX。注意，若所选择四条曲线不能构造曲面，如图 XX，此时，可按住鼠标左键
19、在曲线上停留片刻，将出现一个下拉列表，另外选择正确的曲线。163对称面上倒角选择命令【Construct】/【Intersection】/【With Planes】 ，如图 XX，用 X=0 的平面与各曲面相交，选择所有曲面【Selected All】 ，得到各交线，按下快捷键【Ctrl+T】 ，将所有用 X=0 平面右边的曲面剪掉或删除。下面构建图 XX 中圈出部分对称面上倒角。如图 XX，选择【Construct】/【Blend 】/ 【Curve】 ，均设置为曲率连续【Curvature】 ，将曲线 X1 和 X2 桥接起来，得到 Blend 曲线 B1 ，曲线 X3 和 X4 桥接起来
20、，得到 Blend 曲线 B2 。选择命令【Construct】/【Curve on Surface】/【Project Curve to Surface】 ，将曲线 B2 投影到曲面 S，方向【Project】选择沿曲面法向【Normal to Surface】 。按下快捷键【Ctrl+T】 ，修剪曲面，如图 XX。17选择命令【Construct】/【Surface 】/ 【Surface by Boundary】 ，选择四条边，得到对称面上倒角，如图 XX。5.2.5剪切圆孔点云上还有个圆孔，由于此处点云质量不足以用拟合的方法获得精确的圆，这里采用取点画圆。同时显示曲面和点云，选择命令【
21、Create】/ 【Curve Primitive】/【Circle w/Center and 2 Points】 。打开工具条上的 ，捕捉曲面上的点，注意， 【Center】的 X 坐标为零。18选择命令【Construct】/【Curve on Surface】/【Project Curve to Surface】 ，将圆沿法向【Normal to Surface】 投影到曲面上，然后按下快捷键【Ctrl+T】 ，在曲面修剪出圆孔，如图 XX。5.2.6镜像获得对称曲面选择命令【Modify】/【Continuity】/【Make Edge Curvature Symmetric】 ，选择
22、对称面上的边，如图 XX。19选择命令【Modify】/【Orient】/ 【Mirror】 ，如图 XX，选择 【Selected All】 ，镜像对象为所有曲面，最终结果如图 XX。5.3 误差与光顺性分析同时显示全部曲面和点云，选择【Measure】/【Surface to】/【Cloud Difference】 ，或按下快捷键【Shift+Q】 ，如图 XX，选择【Selected All】 ，比较所有曲面和点云。彩色云图和数据显示，最大误差发生在对称面的倒圆角处。可以用 Excel 表格输出曲面各点与点云的误差详细报告，如图 XX。20如果去掉对称的一边，比较误差，发现误差范围变小了，如图 XX，说明进一步仔细调节点云对称性，可以减低整体误差。另一个原因，也可能是塑料原件本身存在的误差，造成点云不完全对称。选择命令【Evaluate】/【Surface Flow】/ 【Reflection Lines】 ，或按下快捷键【Ctrl +E】 ，选择【Selected All】 ，观察主要曲面反射线状态下的光顺性，旋转图形动态观察，可见反射线均匀光滑，曲面光顺性良好，如图 XX。21
