基于ug的逆向工程研究与展望

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基于UG的逆向工程研究与展望发布：2009-7-78:04:47来源:模具网编辑：佚名在产品的开发及制造过程中，几何造型技术已使用得相当广泛。但是，由于种种原因，仍有许多产品并非由CAD模型描述，设计和制造者面对的是实物样件。为了适应先进制造技术的发展，需要通过一定途径，将这些实物转化为CAD模型，使之能利用CAD、CAM等先进技术进行处理。目前，将实物转变为CAD模型相关的数字化技术、几何模型重建技术和产品制造技术的总称，称为“逆向工程”。由于逆向工程的实施能在很短的时间内准确、可靠地复制实物样件，因此逆向工程成为当前制造技术的热点之一。利用一些非专用逆向设计软件(如：UG、Pro/ENGlNEER等)结合摆应的测绘手段进行逆向造型是现阶段逆向工程的实现方法。1逆向造型的过程逆向工程的设计流程如图1所示。图1逆向工程的流程我们在设计、生产过程中，出于产品开发需要，利用UG软件进行零件的反求，在较为复杂的零件的逆向造型设计中取得了较好的应用效果。测量设备是意大利C00RD3公司的三坐标测量机，可以用来测量特征的空间坐标，扫描投影面、空间曲面以及轮廓线。此设备获得的点数据可通过UG软件进行处理，而且比较方便。UG的逆向造型遵循点-线-面-体的一般原则。1.1实物的全面分析实物的种类有很多，形状姿态各异，必须先将实物样件进行仔细的分析研究，制定几种测量方案。实物一般有旋转面、空间任意曲面、阶梯面等，在复制过程中，空间任意曲面一般比较常见，也是比较有代表性的一种曲面，但取点较为困难，曲率变化很难掌握，这就要求测量人员必须根据实际情况分析制定一种比较合理又利于后续拟合工作的方案。 1.2数据采集数据采集所用到的测量设备和方法多种多样，其原理也各不裰同。各穗测量方法的具体分类如图2所示。以接触式使用三坐标测量机为例进行详细说明。在进行点数据的收集时，根据测量方案编制程序。一般原则是在曲率变化比较大的地方打点要密集一些，平滑的地方则可以稀少一些。首先应定义坐标系、扫描投影面以及扫描的网格大小(行距和列距的大小)，还应定义采点精度，这直接影响构造CAD模型的精度。在采集完成之后数据文件被存入文本文件，适合改写戒各种设计软件的输入文件。对于整个曲面的测量，一般应在开始定义一个边界，边界曲线穿过一条直线时不应有多于2个的交点，否则边界无效或者交叉处将被自动忽略。对于单个曲线的测量，除上述坐标系、投影面等，一般只需限制两点之闻的距离，并给出起始点、结束点以及采点方向。图3为一轮廓曲线的逆向实体。图2逆向工程数据采集方法分类图3轮廓曲线逆向实体2数据处理数据处理是逆向工程中的关键环节，它的结果将直接影响后期模型重建的质量。数据处理的目的：一是除去模型中冗余的数据点，最好只留下恰好够重构出CAD模型的数据量；二是对噪声点进行过滤。具体处理内容包括补偿点产生、噪声点删除、数据点精化、数据点加密、坐标变换、数据的格式转换稳数据输出。通常这个工作在UG软件中完成。3模型重建 a.连接曲线曲线连接应尽量做到误差最小并且光顺。如果是曲面数据曲线应分层连接，每层必须有一相同的坐标值，层与层之间哪一相同坐标值根据给出的取点间距等数值变化。曲线的连线要做到有的放矢，根据实物的形状、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。连线最常用的是样条线，对有圆角、倒角、翻边的地方如无特殊要求可先忽略，做成直角，做完曲面后再处理。b.曲线调整因测量有误差及实物表面的划伤和缺陷等原因，连成的样条线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。调整曲线时可使用UG软件的相关命令，也可使用增加、删除个别点的办法使曲线光顺。但必须注意的是，无论用什么方法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。c.曲面重构。曲面的合成在UG中有多种方法，曲线顺序合成曲面时，并不是能一次成功的，往往要经过多次调整修改。曲面有凸起、折痕，甚至曲面无法合成等问题经常碰到，这就要求设计人员不仅要熟练掌握UG的造型功熊，还应会分析原因。合成曲面时多用切面来解决曲率变化大的地方的折痕问题。通过做出两面之间的曲面使两个曲面光顺。在构建曲面的过程中，有时还要再加一些线条，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，对外观要求较高的曲面还要检查表面的光顺度。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、倒角、翻边等特征，而且也有利于下一步编程加工。COORD3公司的三坐标测量视可以通过数模测量工件，完成曲面的构造后，将曲面模型输入到测量机中反测，可获得实物的曲面精度误差，反过来即可看作是模型的构建精度，以此衡量曲面与实物相似精度的高低。d.实体构造 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，可以使用UG中实体构造菜单中的命令构建实体模型，但是有时实体构建并不能一次完成，还需要反复修改曲线、曲面，再重新构建，直至完成。在构造实体模型时还应注意完成后与实物的参考对照，对于数据的处理应多加注意，看是否对实物的整体有太大的影响，如过多地背离了设计要求，那么就应重新分析。e.数控加工UG软件最擅长于NC编程技术，在有了三维造型的前提下，CAD数模可直接在UG中生成加工程序，在数控机床上进行加工。这样就实现了样件-三维模型-批量生产的过程。4逆向工程与产品创新设计目前，由于正处于新的一场国际化金融危机当中，中国南方很多城市的中小企业纷纷破产，其中很大的原因就在于没有自主的知识产权，所以应用逆向工程技术进行产品的创新设计已经迫在眉睫。在产品的逆向工程技术中，我们经过数字化测量和重建得到了产品的数字模型，再利用计算机辅助技术，就可以为产品的创新设计提供实现基础和支持平台。然后我们对产品的数字模型进行再修改、再设计，来获得一个与前面对象不完全相同甚至完全不同的新的产品出来，这样就实现了产品的创新性设计。基于逆向工程的产品创新设计的过程如图4所示。图4逆向创新设计过程5结束语逆向工程技术重在分析与吸收，贵在继承与创新，好在能够洋为中用。目前，我国大部分企业都处在应用逆向工程实现产品的模仿和复制阶段，这仅仅是逆向工程的初步阶段，在此基础上进行的基于原型的再设计、再分析、再提高，从而实现重大改型的创新设计，才是逆向工程的真正价值和意义所在。逆向工程技术是机械设计创新的基础与源泉，是发展高新技本、提升经济技术、赶超发达国家的一条有效途径，同时也是我国制造业能够安然度过这次金融危机的有力措施