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。