基于CAD技术制图测绘模式探究和其教学设计摘要基于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，根据测量装置间断性体现零件表面的形状信息；经过装置定标后,可计算的空间几何结构得到测头的坐标，这种方法测量精度髙，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o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。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。为了提髙运算速度，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...