点云过滤。拼接后的零件表面图像点云数量庞大，各幅图像间点云的重复也较多。为了提高运算速度，可以过滤一部分点云。常用的过滤方法有均匀采样法、弦差分法、空间采样法和包围盒法。过滤的原则是在曲率变化小的部位点云可以稀疏一些，而变化较大部位点云应密集一些。另外，由于扫描过程中受外界光线的干扰、被测件表面反射特性及系统和随机误差等因素的影响，测量数据中会存在一些“噪声”点，这些点在进行线面操作前也应去除。

　　点云网格化。扫描得到的点云包含零件表面的拓扑结构，但点云本身并不能表示，因而需要对点云数据进行分析，构建网格来反映零件表面的拓扑结构。常见的网格构建模型有基于多项式拟合的NURBS模型、三角形网格模型和四边形网格模型等。

　　（三）曲面重构和三维模型的重建

　　在CATIA中基本曲面的构建主要有两种方法：一是由点云直接拟合成曲面，二是由点云创建曲线再生成曲面。由点云拟合成曲面，是把不同的点云数据之间应用CATIA中的部分功能，直接生成曲面片。由于这种方法对点云质量要求较高，曲面之间拼接的连续性约束需要预先合理规划，且生成曲面后调整也比较困难，因此实际测绘时，建议采用基于曲线的曲面构建方法。由曲线生成曲面，可由CATIA中数字化设计模块下的截面法或提取特征线的方法得到扫描线；通过分析曲线的曲率变化并进行调节，得到变化均匀且光顺程度比较好的样条曲线；再应用创成式设计模块中的扫掠、填充或混成等功能拟合曲面。在曲面重构过程中，较大的点云图应根据零件的表面特征，分成若干个小的点云进行操作，逐步将每个小的曲面片拼合，得到完整的零件表面，然后再利用CATIA中的拉伸、修剪、倒角、圆角等特征命令重建三维模型。

　　三、实例分析

　　以生产中常见的零件为例，若要清楚表达该零件外形表面特征，一般需要多个方向视图。在新的测绘模式中，采用结构光3DSS三维扫描仪扫描零件表面。为了拼接时能够准确找出各幅点云图的公共点，扫描前先在零件表面粘贴一些参考基准点，根据该零件结构特点分3个角度对零件进行扫描，形成3幅点云图，在Geomagic中把这些点云图进行处理，得到能够反映零件总体形状特征的点云图。

　　在CATIA中的数字化外形设计模块中，将处理好的点云利用Import导入；依据点云提供的特征信息，在创成式外形设计模块功能下，对零件的各部分特征进行重构；最后再通过一系列三维特征命令完成零件的几何实体模型。对于物体中深的内腔结构，目前的扫描尚无法表现；在测绘过程中，需要应用机械设计的知识进一步完善零件的结构。

　　四、教学设计

　　考虑到高职教学中注重实践的特点，教学过程中从时间到内容都强化了测绘环节。测绘从原来的一周延长为两周，测绘方法采取传统测绘模式与创新测绘模式并行。简单零件仍采用传统方法进行测绘，如减速器中的齿轮和轴类零件等；复杂零件，如箱盖和箱体，采用新的测绘方法与传统的测绘方法，在学生测绘过程中，特别是对于减速箱盖上不易测量的弧形表面，通过三维扫描得到了准确的点云数据，并依据点云数据创建了三维几何模型。

　　综上，这种测绘模式利用新的测量工具替代传统的测量工具，提高了测量精度和效率，解决了机件上复杂的不规则曲面结构测量问题。教学实践表明：学生能够从测绘过程中见到新技术，学到新方法，开拓新思路。同时能引导学生找到所学的理论与现代工程实际的结合点，有助于提高学生的学习积极性，培养学生的创新意识。

　　参考文献：

　　[1]石永芳，孙文磊，等.犁臂三维几何模型逆向工程研究[J].机械设计与制造，2006（7）：94-96.

　　[2]胡寅.三维扫描仪与逆向工程关键技术[D].武汉：华中科技大学，2005.

　　[3]金刚.三维扫描仪中三维信息获取理论与技术研究[D].武汉：华中科技大学，2002.

　　[4]李丰，惠延波，等.基于逆向工程的汽车覆盖件模型重构方法研究[J].机械设计与制造，2010（2）：4-6.

 

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