介紹了在逆向工程中如何用UG做逆向設(shè)計(jì)。一般是先輸入測(cè)得的數(shù)據(jù)點(diǎn)云，根據(jù)數(shù)據(jù)點(diǎn)連線，然后構(gòu)建曲面。最后又介紹了把片體構(gòu)造為實(shí)體的過程和方法。

一、前言

    傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)一般都是“從無到有”的過程，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，這樣的過程可稱為“正向設(shè)計(jì)”。而逆向工程則是一個(gè)“從有到無”的過程，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)小車的外型進(jìn)行激光掃描，大約可以得到30萬個(gè)測(cè)量點(diǎn)，通過專業(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)，我們也對(duì)UG在逆向工程中的應(yīng)用進(jìn)行了探索，在過程中得到了一些經(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處理起來也比較容易。

    但是本文的車模型用激光掃描測(cè)到的數(shù)據(jù)點(diǎn)多達(dá)30萬個(gè)，這么多的數(shù)據(jù)點(diǎn)輸入U(xiǎn)G是很困難的，因此我們?cè)赟urfacer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。

三、通過點(diǎn)構(gòu)造曲線

    1.在連線過程中，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。一般選用“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，一般常用Edit pole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（divide）、橋接（bridge）和光順曲線（Smooth spline）也經(jīng)常用到。

    總之，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。

四、構(gòu)造曲面

    因?yàn)檐嚿硪笥辛鲿车耐庑?、光順的外表面，因此在?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

    (1)最常用的構(gòu)造方法是Though Curve 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。

    (2)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G0、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。