摘 要 基于CAD技术的制图测绘模式，适应高职教学特点，注重培养学生的实践能力以及对新技术的了解与应用。该模式以三维扫描仪代替传统的测量工具，应用CAD技术完成图形的处理，获得了有利于实现CAX集成的三维几何模型。制图测绘模式的创新，体现了教学环节与生产实践和技术发展的一致性，有助于培养学生的创新意识和能力。

　　关键词 制图测绘；三维扫描；CAD；几何建模；教学设计

　　中图分类号 G712 文献标识码 A 文章编号 1008-3219（2013）32-0046-03

　　收稿日期：2013-10-11

　　作者简介：孙亚玲（1961- ），女，江苏南京人，南京技师学院高级讲师；方东阳（1971- ），女，河南唐河人，郑州大学机械工程学院讲师；张爱梅（1964- ），女，河南唐河人，郑州大学机械工程学院教授。

　　在工程实际中，产品的更新设计无处不在，对原产品进行测绘是更新设计过程中一个重要环节。随着CAD技术的发展及其应用领域的深化，机械设计过程呈集成化趋势。面对现代工程设计的要求，测绘环节也需要适应新技术，改变传统的测绘模式，实现测绘结果由二维工程图向三维几何实体模型的转变。

　　一、传统制图测绘模式及其局限性

　　传统测绘方法中，利用游标卡尺、内外卡规和钢尺等量具对机件进行测量，获得机件的三维尺寸数据，绘制零件草图，然后由零件草图再画出零件工作图。在这个过程中，由于人的主观因素和技术水平的差异，会产生较大的测量误差，而且效率低；对于复杂的曲面等结构更是无法直接测量，常采用近似的方法确定其结构尺寸，工作难度大，准确度低，难以满足工程实际的需求。

　　二、基于CAD技术的制图测绘思想

　　为了改变传统的测绘方法滞后于工程实际的现状，本文提出基于CAD技术的制图测绘模式。这种测绘方法利用三维扫描仪对被测零件进行扫描测量，获得零件表面的三维点云数据；运用Geomagic和CATIA等CAD软件，在对点云数据处理的基础上，完成被测零件的表面重构和三维模型的建立[1]，同时也可根据需要进一步生成二维工程图。

　　（一）数据获取

　　零件的数字化测绘首先要把零件实物模型转化为离散的点云数据，通过特定的测量设备获得零件表面各点的几何坐标。零件表面三维数据的获取方法分为接触式和非接触式：接触式测量使用测头直接碰触零件表面，根据测量装置的空间几何结构得到测头的坐标，这种方法测量精度高，速度慢；非接触式是基于计算机视觉原理，从摄像机拍摄的图像中获取目标的三维信息，测量精度高，速度快，获得的密集点云信息量大，能最大限度地反映被测零件表面的真实形状[2]。目前逆向工程中第二种数据获取方法较为常用。

　　本文所用的结构光三维扫描仪就属于非接触式扫描。它是利用光平面照射在物体表面产生光条纹，由条纹的形态和间断性体现零件表面的形状信息；经过装置定标后，可计算出零件表面某一点的三维坐标；配合机械扫描运动，可以获得零件表面各点的坐标[3]。为了能够全面表达被测零件的形状特征，扫描时首先将对象划分为若干区域，然后借助轮廓特征确定每个区域的扫描路径，得到多个方位的表面特征图像，最后通过合成得到完整的零件表面。

　　（二）数据处理

　　点云的数据处理环节非常重要，直接影响接下来曲面和三维模型重构的质量；处理的内容包括点云数据的拼接、过滤和网格化[4]，这些处理在Geomagic或CATIA中都可以完成。

　　点云拼接。由于被测绘零件表面结构的表达需多方位扫描的图像，这些图像经过拼接才能得到零件总体外貌。拼接就是将不同坐标系下的点云数据统一到同一坐标系中，统一的方法是在两幅图像中寻找有相同特征的点，实现特征点重合；逐幅图像进行拼接最后获得完整的数据信息。拼接过程中常用的确定相同特征点的方法有：利用同一曲率的数据点作基准，或者是扫描前在零件表面粘贴标记点作为参考基准等。

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