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1、 UG 软件在逆向工程中的应用 摘要:逆向工程是一个“从无到有”的过程，即根据已有的产品模型，逆向推导出产品设计数据，包括设计图纸和数字模型。逆向工程专业软件包括 Surfacer、ICEM、CopyCAD 和 RapidForm 等。这些软件非常适合处理大量的扫描点云数据。同时，我们也探索了 UG 在逆向工程中的应用，并在此过程中获得了一些经验。具体如下。二、数据点的输入通过 UG 软件进行逆向工程。使用的测量设备多为接触式手动三坐标划线机，主要测量截面、轮廓和特征线。测量数据点不多，UG 很好处理。一.导言 传统的产品设计一般是一个“从无到有”的过程。设计师首先构思产品的外形、性能和大概的
2、技术参数，然后利用 CAD 建立产品的三维数字模型，最后将模型转入制造过程，完成产品的整个设计制造周期。这个过程可以称为“正向设计”。逆向工程是一个“从无到有”的过程，即根据已有的产品模型，逆向推导出产品设计数据，包括设计图纸和数字模型。逆向工程专业软件包括 Surfacer、ICEM、CopyCAD 和 RapidForm 等。这些软件非常适合处理大量的扫描点云数据。比如通过激光扫描汽车的外形，可以得到 30 万个左右的测量点，通过专业 Surfacer 软件的构建得到数字模型，达到了预期的效果。同时，我们也探索了 UG 在逆向工程中的应用，并在此过程中获得了一些经验。具体如下。二。数据点的
3、输入 使用 UG 软件做逆向工程，使用的测量设备多为接触式手动三坐标划线机，主要测量截面、轮廓和特征线。测量数据点不多，UG 很好处理。而本文中的汽车模型，激光扫描测量的数据点多达30 万个，把这么多的数据点输入到 UG 中是非常困难的。因此，我们在Surfacer 软件中对点云数据进行预处理，如去噪、细化等。为了准确的保留原始特征点和轮廓点，我们一般会构造轮廓线和特征线，和点云数据一起导入到 UG 中，如图 1 所示。图 1 输入数据 3.通过点构造曲线。1.在连接过程中，通常先连接特征线点，再连接截面点。连接前要有合理的规划。根据汽车的形状和特点，确定如何划分平面，从而确定哪些点应该相连，
4、对后期构造平面的方法心中有数。连接误差一般控制在 0.4 毫米以下 2.常用的有直线、圆弧和样条，其中样条是最常用的。一般采用“透点”法，阶数最好为 3，因为阶数越高，灵活性越差，即变形困难，后续处理速度慢，数据交换困难。3.由于测量存在误差，模型外表面不光滑，连接的样条不仅不光滑时需要调整，否则构造的曲面也不光滑。一种常用的调整方法是编辑样条线。一般常用编辑极点选项，包括移动和添加控制点随控制极点沿一定方向移动，方便编辑样条。此外，还经常使用曲线分割、桥接和光滑样条。简而言之，在生成曲面之前需要做大量的对齐工作，在对齐时可以使用曲率梳进行分析，以保证曲线的质量，如图2 所示。图 2 曲线由以
5、下各项构成 第四，构造曲面 因为车身要求外形圆滑，外表面光滑，所以在构造曲面时，要分成若干个曲面，特别是要保证曲面之间相切或曲率的连续性，这样才能形成一个没有接缝痕迹的曲面。另外，在构造曲面时，要根据具体情况选择合适的施工方法。1.构造曲面的方法 (1)最常用的构造方法是虽然曲线网格，它既能保证曲面边界曲率的连续性，又能控制四个外围边界的曲率(相切)，而虽然曲线只能保证两边的曲率。(2)nxn 命令应用广泛，可以动态显示正在创建的曲面，也可以随时增减曲线串，曲面也会随之变化。同样，G0，G1 与相邻曲面可以保持与 G2 连续。(3)构造曲面时，经常会遇到三边曲面和五边曲面。一般做一条曲线，将三
6、边曲面转化为四边曲面，或者将边界线延伸，将五边曲面转化为四边曲面来重构曲面。其中，面上线和修剪是两个常用的命令，如图3 所示。由图 3 构造的三角形表面(4)外表面构造完成后，需要进行镜面加工。在一个曲面的中心，经常会出现凸起，使得曲面不光滑。一般是把曲面的中心切掉，然后通过桥接的方式进行平滑处理。(5)构造曲面时，两个曲面之间往往会出现“折痕”，曲面不光滑，这主要是由于两个曲面不连续造成的。要解决这个问题，可以通过Though curve mesh 设置边界切线连续性选项，也可以在构造曲面后选择匹配边(NX3)选项，这样两个曲面的边界可以匹配，曲率可以连续。此外，即使两个曲面不相交,“匹配边
7、”命令也可以自动延伸一个曲面的边界，并与另一个曲面的边界重叠。(6)在构造简单平整的曲面时，直接使用点云会更加方便和准确。有时，表面之间的间隙需要桥接，以确保表面的平滑过渡。当曲面相交时，圆角处理也会使两个曲面平滑过渡。2.构造曲面时应注意的几个问题？(1)曲面构建最重要的是把握样品的特性，也需要简洁，曲面面积尽量大，不要太多。此外，还需要合理的分面来提高建模效率。(2)在构建曲面的过程中，有时需要添加一些线来构建曲面，连接和曲面构建需要交替进行。曲面完成后，应检查曲面的误差。一般要测量点到面的误差，误差不超过 1mm。(3)构造曲面的次阶越小越好，一般建议为三阶。因为高阶表降低了与其他 CA
8、D 系统成功交换数据的可能性，而其他 CAD 系统可能不支持高阶曲面。下一个最高阶，该片相对“刚性”，曲面偏离极点很远，这使得编辑极点处的曲面很不方便。另外，低阶也有利于增加一些圆角、斜坡、加厚等特征，有利于下一步的编程加工和后续世代的完善。数字控制处理刀具轨道的速度。五、实体的结构 在建立了外表面之后，你需要建立一个实体的数字模型。如果模型比较简单，曲率变化不大，就把它们缝成一个整体，然后用加厚指令来建立实体，但大多数情况下是无法实现的，尤其是对于本文中的模型。如果把外表面缝成一个整体，然后把车底补片做成一个封闭的片，从而成为一个实体，但是由于车底表面的曲率变化很大，往往无法实现抽壳命令。因
9、此，首先需要在外表面上偏置每一块，然后构造外表面和外表面的横截面，最后将横截面和外表面缝合在一起，使之成为一个封闭的块，从而自动转化为实体。这个过程一般包括以下四个方面。1.表面偏差值 使用“偏移”命令同时选择多个面或所有面，以提高效率。台车外表面上每个工件的偏差如图 4 所示。图 4 表面的偏差值 图 4 中的箭头表示偏置值的方向。如果箭头反了，只需输入负值。不是任何曲面都可以实现偏移值，偏移值不能实现的原因有几个:(1)由于曲面本身的曲率过大，基本曲面发生了法向突变；(2)跑偏距离过大，导致跑偏后自相交，导致跑偏失败(本文中小车的跑偏值为 2mm)；(3)偏面质量不好，局部有波纹，只能在偏
10、面前进行修改；(4)还有一些表面看起来不错，但就是不能偏颇。在这种情况下，您可以通过提取几何体，然后偏置它们，将它们转换为B 曲面。以上四种情况在构造曲面时都有可能遇到，要学会分析原因。2.缝合曲面 偏移后的曲面仍然需要切割或修补，通过各种曲面编辑方法构造曲面，然后缝合曲面和外曲面。缝合时，缝合往往会失败，一般有以下几种可能。(1)缝合时，偏体过多。一次只能缝几片，需要多针。(2)缝合公差小于两个缝合曲面相邻边之间的距离。遇到此类问题，一般需要在缝纫前增加缝纫公差。(3)延伸后两个面不能相交，边缘形状不匹配。如果该片不是B 面，则需要先将该片转换为 B 面，使其与对应的另一片的边相匹配，然后再
11、进行缝合。(4)边缘有细微的畸形或其他几何缺陷。可以局部放大，通过表面分析检查几何缺陷。如果确实存在几何缺陷，可以对膜体进行修改或重建，重新缝合。3.缝合的有效性 最后需要注意的是，虽然执行了拼接命令，但是电脑并没有给出错误提示。看起来缝合成功了，其实未必。有些片子拼接后放大会有亮点、线条甚至缝隙。因此，缝合完成后，必须立即检查缝合的有效性。如果缝合线上有亮点或线条，说明缝合不成功，必须取消缝合操作，重新缝合，否则会给后续的实体建模工作带来困难，但如果只突出了外围，则说明缝合成功，如图5 所示。图 5 缝线的外表面和横截面 4.生成实体 将外表面和横截面缝合成封闭的薄片，薄片会自动转化为实体，如图6 所示。图 6 实体 不及物动词摘要 总之，用 UG 软件逆向设计比较费时，而且不如专业逆向软件(如Surfacer、Rapidform 等)方便。)在处理点云和构建面片方面。但是UG 在逆向设计中的一些思路和方法，比如如何构造直线和曲面，如何根据产品特征进行规划划分产品等。，也将有助于使用专业逆向软件进行逆向设计。其实这也是逆向设计的关键。