如何用UG做逆向设计教学内容

介绍了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。

一、前言

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3 0万个测量点，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。

二、数据点的输入

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。

但是本文的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U G中，如图1所示。

图1输入数据

三、通过点构造曲线

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“thr oughpoint”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EditSpline，一般常用Editpo le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（Smoothspline）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，如图2所示。

图2构造的曲线

四、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。

1.构造曲面的方法

(1)最常用的构造方法是ThoughCurveMesh，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Thoughcurves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（curveonsurface）和修剪（trim）是常用到的两个命令，如图3所示。

图3构建的三角面

(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Thoughcurvemesh设置边界相切连续选项，还可以在构造曲面后选择matchedge（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，matchedge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（frompointcloud）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。

2.构造曲面应注意的几个问题

(1)构面最关键的是抓住样件特征，还需要简洁，曲面面积尽量大，而张数不要太多。另外，还要合理分面以提高建模效率。

(2)在构建曲面过程中，有时需要再加连一些线条，以便构造曲面，连线和构面需要经常交替进行。曲面建成后，要检查曲面的误差，一般测量点到面的误差，误差不要超过1m m。

(3)构造曲面阶次要尽量小，一般推荐为3阶。因为，高阶次的片体使其与其他CAD 系统间成功交换数据的可能性减少，其他CAD系统也可能不支持高阶次的曲面。阶次高，则片体比较“刚硬”，曲面偏离极点较远，在极点编辑曲面时很不方便。另外，阶次低还有利于增加一些圆角、斜度和增厚等特征，有利于下一步编程加工，提高后续生成数控加工刀轨的速度。

五、构造实体

构建完外表面后，需要构建实体数字模型。如果模型较简单且曲率变化不大时，把它们缝合成一个整体，再使用增厚指令就可建立实体，但在大多数情况下却不可能实现，对本文中的模型更是如此。

如果把外表面缝合成一个整体，再把车底补面成为一个封闭的片体，从而成为一个实体，但由于车底部曲面的曲率变化比较大，往往实现不了抽壳命令。因此，首先需要先偏置外表面的各个片体，再构建出内、外表面的横截面，最后把做出的横截面和内、外表面缝合起来，使之成为封闭的片体，从而自动转化为实体，此过程一般包括以下四个方面。

1.曲面的偏值

用Offset指令同时选多个面或全选以提高效率。小车外表面各个片体偏值的情况，如图4所示。

图4曲面的偏值

图4中的箭头表示偏值的方向，如果箭头反向，只要输入负值即可。

不是任何曲面都能够实现偏值，不能实现偏值一般有以下几种原因：

(1)由于曲面本身曲率太大，基本曲面有法线突变的情况；

(2)偏值距离太大而造成偏值后自相交，导致偏值失败（本文中把小车片体统一偏值2

毫米）；

(3)被偏值曲面的品质不好，局部有波纹，只能修改好曲面后再进行偏值；

(4)还有一些曲面看起来很好，但就是不能偏值，遇到这种情况可用ExtractGeometry转化成B曲面后再进行偏值。