UG逆向造型一般步骤和技巧

　　【编者按】本文主要介绍在逆向工程中如何用UG做逆向设计。一般是先输入测得的数据点云，根据数据点连线，然后构建曲面。最后又介绍了把片体构造为实体的过程和方法。

　　传统的产品设计一般都是“从无到有”的过程，设计人员首先构思产品的外形、性能以及大致的技术参数等，再利用CAD建立产品的三维数字化模型，最终将模型转入制造流程，完成产品的整个设计制造周期，这样的过程可称为“正向设计”。而逆向工程则是一个“从有到无”的过程，就是根据已有的产品模型，反向推出产品的设计数据，包括设计图纸和数字模型。

　　逆向工程的专业软件有Surfacer、ICEM、CopyCAD和RapidForm等，这些软件非常适合处理大量扫描的点云数据。例如，对一个小车的外型进行激光扫描，大约可以得到30万个测量点，通过专业的Surfacer软件建构而得到数字模型，达到了预期的效果。同时，我们也对UG在逆向工程中的应用进行了探索，在过程中得到了一些经验，下面详细介绍如下。

　　初学逆向造型的时候，两个面之间往往有折痕，这主要是由这两个面不相切所致。解决这个问题可以通过调整参与构面(Though curve mesh)曲线的端点与另一个面中的对应曲线相切，再加上Though curve mesh边界相切选项即可解决。只有曲线相切才能保证曲面相切。另外，有时候做一个单张且比较平坦的曲面时，直接用点云构面(from point cloud)更方便。但是对那些曲率半径变化大的曲面则不适用，构造面时误差较大。有时面与面之间的空隙要桥接(Bridge)，以保证曲面光滑过渡。在构建曲面的过程中，有时还要再加连一些线条，用于构面。连线和构面经常要交替进行。曲面建成后，要检查曲面的误差，一般测量点到面的误差，对外观要求较高的曲面还要检查表面的光顺度。当一张曲面不光顺时，可求此曲面的一些Section，调整这些Section使其光顺，再利用这些Section重新构面，效果会好些，这是常用的一种方法。

　　一、数据点的输入

　　1 点测量

　　测点之前规划好该怎么打点。由设计人员提出曲面打点的要求。一般原则是在曲率变化比较大的地方打点要密一些，平滑的地方则可以稀一些。由于一般的三坐标测量机取点的效率大大低于激光扫描仪，所以在零件测点时要做到有的放矢。值得注意的是除了扫描剖面、测分型线外，测轮廓线等特征线也是必要的，它会在构面的时候带来方便。

　　2 点整理

　　连线之前先整理好点，包括去误点、明显缺陷点。同方向的剖面点放在同一层里，分型线点、孔位点单独放一层，轮廓线点也单独放一层，便于管理。通常这个工作在测点阶段完成，也可以在软件中完成。一般测量软件可以预先设定点的安放层，一边测点，一边整理。连分型线点尽量做到误差最小并且光顺。因为在许多情况下分型线是产品的装配结合线。对汽车、摩托车中一般的零件来说，连线的误差一般控制在0.5mm以下。

　　用UG软件做逆向工程，使用的测量设备大多都是接触式手动三坐标划线机，主要针对剖面、轮廓和特征线进行测量，测量的数据点不是很多，UG处理起来也比较容易。但是车模型用激光扫描测到的数据点多达30万个，这么多的数据点输入UG是很困难的，因此我们在Surfacer软件里对点云数据进行了除噪、稀疏等预处理。而为了准确地保持原来的特征点和轮廓点，我们大体构造了轮廓线和特征线，和点云数据一起导入UG中。

　　二、通过点构造曲线

　　连线要做到有的放矢，根据样品的形状、特征大致确定构面方法，从而确定需要连哪些线条，不必连哪些线条。连线可用直线、圆弧、样条线(spline)。最常用的是样条线，选用 “through point”方式。选点间隔尽量均匀，有圆角的地方先忽略，做成尖角，做完曲面后再倒圆角。因测量有误差及样件表面不光滑等原因，连成的曲率半径变化往往存在突变，对以后的构面的光顺性有影响。因此曲线必须经过调整，使其光顺。调整中最常用的一种方法是Spline选Edit pole选项，利用鼠标拖动控制点。这里有许多选项，如限制控制点在某个平面内开关等。另外，调整经常还要用到移动的一个端点到另一个点，使构建曲面的曲线有交点。但必须注意的是，无论用什么命令调整曲线都会产生偏差，调整次数越多，累积误差越大。误差允许值视样件的具体要求决定。

　　1.在连线过程中，一般是先连特征线点，后连剖面点。在连线前应有合理的规划，根据此车的形状和特征确定如何分面，以便确定哪些点应该连接，并对以后的构面方法做到心中有数，连线的误差一般控制在0.4mm以下。

　　2.常用到的是直线、圆弧和样条线(spline)，其中最常用的是样条线。一般选用“through point” 方式，阶次最好为3阶，因为阶次越高，柔软性越差，即变形困难，且后续处理速度慢，数据交换困难。

　　3.因测量时有误差以及模型外表面不光滑等原因，连成的样条线不光顺时还需要进行调整，否则构造出的曲面也不光滑。调整时常用的一种方法是Edit Spline，一般常用Edit pole选项，包括移动、添加控制点以及控制极点沿某个方向移动，方便对样条进行编辑，此外，曲线的断开(divide)、桥接(bridge)和光顺曲线(Smooth spline)也经常用到。

　　总之，在生成面之前需要做大量的调线工作，调线时可以使用曲率梳对其进行分析，以保证曲线的质量。

　　三、构造曲面

　　因为车身要求有流畅的外形、光顺的外表面，因此在构造曲面的时候，要分成若干曲面进行，尤其要保证面和面之间能够相切连续或曲率连续，这样才能形成一个没有接痕的曲面。另外，构造曲面时，还要根据具体情况选择合适的构造方法。

　　运用各种构面方法建立曲面，包括Though Curve Mesh Though Curves Swept From point cloud等。构面方法的选择要根据样件的具体特征情况而定。 最常用的是Curve Mesh将调整好的曲线用此命令编织成曲面。Though curve mesh构面的优点是可以保证曲面边界曲率的连续性，因为Though curve mesh可以控制四周边界曲率(相切)，因而构面的质量更高。而Though curves只能保证两边曲率，在构面时误差也大。假如两曲面交线要倒圆角，因Though curve mesh的边界就是两曲面的交线，显然这条线要比两个Though Curves曲面的交线光顺，这样Blend出来的圆角质量是不一样的。

　　构面还要注意简洁。面要尽量做得大，张数少，不要太碎，这样有利于后面增加一些圆角、斜度、增厚等特征，而且也有利于下一步编程加工，刀路的计算量会减少， NC文件也小。四、构体 当外表面完成后，下一步就要构建实体模型。当模型比较简单且所做的外表面质量比较好时，用缝合增厚指令就可建立实体。但大多数情况却不能增厚，所以只能采用偏置(Offset)外表面。用Offset指令可同时选多个面或用窗口全选，这样会提高效率。对于那些无法偏置的曲面，要学会分析原因。一种可能是由于曲面本身曲率太大，偏置后会自相交，导致Offset失败(有些软件的算法与此算法不同，如犀牛王就可Offset那些会产生自相交的曲面)，如小圆角;另一种可能是被偏置曲面的品质不好，局部有波纹，这种情况只能修改好曲面后再Offset<;还有一些曲面看起来光顺性很好，但就是不能Offset，遇到这种情况可用Extract Geometry成B曲面后，再Offset，基本会成功。偏置后的曲面有的需要裁剪，有的需要补面，用各种曲面编辑手段完成内表面的构建，然后缝合内外表面成一实体(solid)。最后再进行产品结构设计，如加强筋、安装孔等。

　　1.构造曲面的方法

　　(1)最常用的构造方法是Though Curve Mesh，不仅可以保证曲面边界曲率的连续性，还可以控制四周边界曲率(相切)，而Though curves只能保证两边曲率。

　　(2)使用较多的还有nxn命令，可以动态显示正在创建的曲面，还可以随时增、减定义曲线串，而曲面也将随之改变。同样，还可以保持与相邻面的G0、G1以及G2连续。

　　(3)在构造曲面时，经常会遇到三边曲面和五边曲面。一般做条曲线，把三边曲面转化为四边曲面，或将边界线延伸，把五边曲面转化成四边曲面，用以重构曲面。其中，在曲面上，做样条线(curve on surface)和修剪(trim)是常用到的两个命令。

　　(4)构造完外表面，要进行镜像处理。在曲面的中心处常会出现凸起，显得曲面不光顺，一般都是把曲面的中心处剪切掉，然后通过桥接使之平滑。

　　(5)构造曲面时，两个面之间往往有“折痕”，曲面很不光顺，主要是因为两个面相切不连续造成的。解决这个问题，可以通过Though curve mesh 设置边界相切连续选项，还可以在构造曲面后选择match edge(NX3)选项，可以使两个曲面的边界相匹配，从而使曲率连续。另外，即使两个曲面不相接，match edge命令也可以将一个曲面的边界自动延伸并重合至另一个曲面的边界。

　　(6)在构造单张且较为平坦的曲面时，直接用点云构面(from point cloud)将会更方便、更准确。有时面之间的空隙需要桥接(Bridge)，以保证曲面光滑过渡。当曲面求交时，进行圆角处理也会使两曲面圆滑过渡。

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