UG軟件在逆向工程中的應(yīng)用1

1、UG軟件在逆向工程中的應(yīng)用內(nèi)容摘要 : 而逆向工程則是一個(gè)“從有到無(wú)”的過(guò)程，就是根據(jù)已有的 產(chǎn)品模型， 反向推出產(chǎn)品的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)， 包括設(shè)計(jì)圖紙和數(shù)字模型。 逆向 工程的專(zhuān)業(yè)軟件有 Surfacer、ICEM CopyCAD和RapidForm等，這些軟件非常適合處理大量掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。同時(shí)，我們也對(duì)UG在逆向工程中的應(yīng)用進(jìn)行了探索，在過(guò)程中得到了一些經(jīng)驗(yàn)，下面詳細(xì)介紹如下。二、數(shù)據(jù)點(diǎn)的輸入用 UG軟件做逆向工程，使用的測(cè)量設(shè)備大多都是接觸式手動(dòng)三坐標(biāo)劃線機(jī)， 主要針對(duì)剖面、 輪廓和特征線進(jìn)行測(cè)量， 測(cè)量 的數(shù)據(jù)點(diǎn)不是很多，UG處理起來(lái)也比較容易。、前言 傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)一般都是 “從無(wú)到有 ”

2、的過(guò)程，設(shè)計(jì)人員首先構(gòu)思產(chǎn)品的 外形、性能以及大致的技術(shù)參數(shù)等，再利用 CAD 建立產(chǎn)品的三維數(shù)字 化模型，最終將模型轉(zhuǎn)入制造流程，完成產(chǎn)品的整個(gè)設(shè)計(jì)制造周期，這 樣的過(guò)程可稱(chēng)為 “正向設(shè)計(jì) ”。而逆向工程則是一個(gè) “從有到無(wú) ”的過(guò)程， 就是根據(jù)已有的產(chǎn)品模型，反向推出產(chǎn)品的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，包括設(shè)計(jì)圖紙和 數(shù)字模型。逆向工程的專(zhuān)業(yè)軟件有 Surfacer、ICEM、CopyCAD 和 RapidForm 等，這些軟件非常適合處理大量掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。例如，對(duì)一個(gè)小車(chē)的外型 進(jìn)行激光掃描，大約可以得到 30 萬(wàn)個(gè)測(cè)量點(diǎn)，通過(guò)專(zhuān)業(yè)的 Surfacer 軟 件建構(gòu)而得到數(shù)字模型，達(dá)到了預(yù)期的效果。同時(shí)，我

3、們也對(duì) UG 在逆 向工程中的應(yīng)用進(jìn)行了探索，在過(guò)程中得到了一些經(jīng)驗(yàn)，下面詳細(xì)介紹 如下。二、數(shù)據(jù)點(diǎn)的輸入 用 UG 軟件做逆向工程 ，使用的測(cè)量設(shè)備大多都是接觸式手動(dòng)三坐標(biāo)劃 線機(jī)，主要針對(duì)剖面 、輪廓和特征線進(jìn)行測(cè)量 ，測(cè)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)不是很多，UG 處理起來(lái)也比較容易。但是本文的車(chē)模型用激光掃描測(cè)到的數(shù)據(jù)點(diǎn)多達(dá) 30 萬(wàn)個(gè)，這么多的數(shù) 據(jù)點(diǎn)輸入 UG 是很困難的，因此我們?cè)?Surfacer 軟件里對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行 了除噪、稀疏等預(yù)處理。而為了準(zhǔn)確地保持原來(lái)的特征點(diǎn)和輪廓點(diǎn)，我們大體構(gòu)造了輪廓線和特征線，和點(diǎn)云數(shù)據(jù)一起導(dǎo)入U(xiǎn)G 中，如圖 1 所 示。氏SLoikiM二：匚工1更型間圖1輸入數(shù)據(jù)

4、三、通過(guò)點(diǎn)構(gòu)造曲線1. 在連線過(guò)程中，一般是先連特征線點(diǎn)，后連剖面點(diǎn)。在連線前應(yīng)有合理的規(guī)劃，根據(jù)此車(chē)的形狀和特征確定如何分面，以便確定哪些點(diǎn)應(yīng)該 連接，并對(duì)以后的構(gòu)面方法做到心中有數(shù)，連線的誤差一般控制在0.4mm以下。2. 常用到的是直線、圓弧和樣條線（spline），其中最常用的是樣條線。般選用“through point方式，階次最好為3階，因?yàn)殡A次越高，柔軟性越差，即變形困難，且后續(xù)處理速度慢，數(shù)據(jù)交換困難。3. 因測(cè)量時(shí)有誤差以及模型外表面不光滑等原因，連成的樣條線不光順時(shí)還需要進(jìn)行調(diào)整，否則構(gòu)造出的曲面也不光滑。調(diào)整時(shí)常用的一種方 法是Edit Spline，般常用Edit po

5、le選項(xiàng)，包括移動(dòng)、添加控制點(diǎn)以及控制極點(diǎn)沿某個(gè)方向移動(dòng)，方便對(duì)樣條進(jìn)行編輯，此外，曲線的斷開(kāi)(divide)、橋接(bridge)和光順曲線(Smooth spline)也經(jīng)常用到?？傊?，在生成面之前需要做大量的調(diào)線工作，調(diào)線時(shí)可以使用曲率梳對(duì) 其進(jìn)行分析，以保證曲線的質(zhì)量，如圖 2所示。圖2構(gòu)造的曲線四、構(gòu)造曲面因?yàn)檐?chē)身要求有流暢的外形、光順的外表面，因此在構(gòu)造曲面的時(shí)候， 要分成若干曲面進(jìn)行，尤其要保證面和面之間能夠相切連續(xù)或曲率連 續(xù)，這樣才能形成一個(gè)沒(méi)有接痕的曲面。另外，構(gòu)造曲面時(shí)，還要根據(jù) 具體情況選擇合適的構(gòu)造方法。1. 構(gòu)造曲面的方法最常用的構(gòu)造方法是 Though Curve

6、 Mesh，不僅可以保證曲面邊界曲率的連續(xù)性，還可以控制四周邊界曲率(相切)，而Though curves只能保證兩邊曲率。使用較多的還有nxn命令，可以動(dòng)態(tài)顯示正在創(chuàng)建的曲面，還可以 隨時(shí)增、減定義曲線串，而曲面也將隨之改變。同樣，還可以保持與相 鄰面的GO、G1以及G2連續(xù)。(3) 在構(gòu)造曲面時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到三邊曲面和五邊曲面。一般做條曲線，把三邊曲面轉(zhuǎn)化為四邊曲面，或?qū)⑦吔缇€延伸，把五邊曲面轉(zhuǎn)化成四邊曲面，用以重構(gòu)曲面。其中，在曲面上，做樣條線(curve on surface)和修剪(trim )是常用到的兩個(gè)命令，如圖3所示。圖3構(gòu)建的三角面(4) 構(gòu)造完外表面，要進(jìn)行鏡像處理。在曲面

7、的中心處常會(huì)出現(xiàn)凸起，顯得曲面不光順，一般都是把曲面的中心處剪切掉，然后通過(guò)橋接使之 平滑。(5) 構(gòu)造曲面時(shí)，兩個(gè)面之間往往有 “折痕 ”，曲面很不光順，主要是因?yàn)?兩個(gè)面相切不連續(xù)造成的 。解決這個(gè)問(wèn)題 ，可以通過(guò) Though curve mesh設(shè)置邊界相切連續(xù)選項(xiàng)，還可以在構(gòu)造曲面后選擇 match edge(NX3)選項(xiàng)，可以使兩個(gè)曲面的邊界相匹配，從而使曲率連續(xù)。另外，即使兩 個(gè)曲面不相接， match edge 命令也可以將一個(gè)曲面的邊界自動(dòng)延伸并重 合至另一個(gè)曲面的邊界。(6)在構(gòu)造單張且較為平坦的曲面時(shí) ，直接用點(diǎn)云構(gòu)面 ( from point cloud )將會(huì)更方便、

8、更準(zhǔn)確。有時(shí)面之間的空隙需要橋接(Bridge),以保證曲面光滑過(guò)渡。當(dāng)曲面求交時(shí)，進(jìn)行圓角處理也會(huì)使兩曲面圓滑過(guò)渡。2. 構(gòu)造曲面應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題(1) 構(gòu)面最關(guān)鍵的是抓住樣件特征，還需要簡(jiǎn)潔，曲面面積盡量大，而張數(shù)不要太多。另外，還要合理分面以提高建模效率。(2) 在構(gòu)建曲面過(guò)程中，有時(shí)需要再加連一些線條，以便構(gòu)造曲面，連線和構(gòu)面需要經(jīng)常交替進(jìn)行。曲面建成后，要檢查曲面的誤差，一般測(cè)量點(diǎn)到面的誤差，誤差不要超過(guò)1mm。(3) 構(gòu)造曲面階次要盡量小，一般推薦為 3 階。因?yàn)?，高階次的片體使 其與其他 CAD 系統(tǒng)間成功交換數(shù)據(jù)的可能性減少，其他 CAD 系統(tǒng)也 可能不支持高階次的曲面。階次高

9、，則片體比較 “剛硬 ”，曲面偏離極點(diǎn) 較遠(yuǎn)，在極點(diǎn)編輯曲面時(shí)很不方便。另外，階次低還有利于增加一些圓角、斜度和增厚等特征，有利于下一步編程加工，提高后續(xù)生成數(shù)控加 工刀軌的速度。五、構(gòu)造實(shí)體構(gòu)建完外表面后，需要構(gòu)建實(shí)體數(shù)字模型。如果模型較簡(jiǎn)單且曲率變化 不大時(shí)，把它們縫合成一個(gè)整體，再使用增厚指令就可建立實(shí)體，但在 大多數(shù)情況下卻不可能實(shí)現(xiàn)，對(duì)本文中的模型更是如此。如果把外表面縫合成一個(gè)整體，再把車(chē)底補(bǔ)面成為一個(gè)封閉的片體，從 而成為一個(gè)實(shí)體，但由于車(chē)底部曲面的曲率變化比較大，往往實(shí)現(xiàn)不了 抽殼命令。因此，首先需要先偏置外表面的各個(gè)片體，再構(gòu)建出內(nèi)、外 表面的橫截面，最后把做出的橫截面和內(nèi)、

10、外表面縫合起來(lái)，使之成為 封閉的片體，從而自動(dòng)轉(zhuǎn)化為實(shí)體，此過(guò)程一般包括以下四個(gè)方面。1.曲面的偏值用Offset指令同時(shí)選多個(gè)面或全選以提高效率。小車(chē)外表面各個(gè)片體偏 值的情況，如圖4所示。圖4曲面的偏值圖4中的箭頭表示偏值的方向，如果箭頭反向，只要輸入負(fù)值即可。不是任何曲面都能夠?qū)崿F(xiàn)偏值，不能實(shí)現(xiàn)偏值一般有以下幾種原因:(1) 由于曲面本身曲率太大，基本曲面有法線突變的情況;(2) 偏值距離太大而造成偏值后自相交，導(dǎo)致偏值失敗(本文中把小車(chē)片體統(tǒng)一偏值2毫米)；(3) 被偏值曲面的品質(zhì)不好，局部有波紋，只能修改好曲面后再進(jìn)行偏值;(4) 還有一些曲面看起來(lái)很好，但就是不能偏值，遇到這種情況

11、可用Extract Geometry轉(zhuǎn)化成B曲面后再進(jìn)行偏值。以上四種情況在構(gòu)造曲面時(shí)都可能遇到，要學(xué)會(huì)分析其原因。2.曲面的縫合偏值后的曲面還需要裁剪或者補(bǔ)面，用各種曲面編輯手段構(gòu)建內(nèi)表面， 然后縫合內(nèi)表面和外表面?？p合時(shí)，經(jīng)常會(huì)縫合失敗，一般有下列幾種 可能。(1) 縫合時(shí)，縫合的偏體太多。應(yīng)該每次只縫合少數(shù)幾個(gè)片體，需要多次縫合。(2) 縫合公差小于兩個(gè)被縫合曲面相鄰邊之間的距離。遇到此類(lèi)問(wèn)題，般是加大縫合公差后，再進(jìn)行縫合。(3) 兩個(gè)表面延伸后不能交匯，邊緣形狀不匹配 。如果片體不是 B 曲面， 則需要先將片體轉(zhuǎn)化為 B 曲面，使之與對(duì)應(yīng)的另一片體的邊匹配，再 進(jìn)行縫合。(4) 邊緣上有難以察覺(jué)的微小畸形或其他幾何缺陷?？删植糠糯螅M(jìn)行表面分析檢查幾何缺陷，如果確實(shí)存在幾何缺陷，則修改或重建片體后 重新縫合。3. 縫合的有效性最后需要注意的是，雖然執(zhí)行了縫合命令，計(jì)算機(jī)也沒(méi)有給出錯(cuò)誤提 示，看似縫合成功，其實(shí)未必。有的片體在縫合完成后，放大時(shí)會(huì)看到 有亮顯點(diǎn)或亮顯線，甚至還有空隙。因此，在縫合完成后，一定要立即檢查縫合的有效性。若在縫合線上出現(xiàn)了亮