UG、Imageware 在逆向工程三维模型重构中的应用研究.doc

UG、Imageware在逆向工程三维模型重构中的应用研究
【摘要】逆向工程技术是现代产品设计的一种重要手段，是消化和吸收先进技术的一种新方法,是先进制造技术的主力。三维CAD模型重构是逆向工程中的关键步骤。介绍了逆向工程的概念以及关键技术，全面分析了UG软件在逆向工程中的应用特点以及分析了利用UG进行曲面构造的方法和过程，总结了Imageware在数据点云处理优势以及进行数据处理的过程。利用学校现有的LSH-600型非接触式的三维激光扫描仪采集了汽车车身零件的几何数据，并详细介绍了数据采集的过程。最后结合Imageware和UG各自的优势，以汽车车身零件的三维模型的重构来讲述模型重构的过程。
关键词：逆向工程；模型重构；Imageware；UG
1引言
逆向工程（ReverseEngineering）又称反求工程，是在现代产品造型理念的指导下，以现代设计理论、方法、技术为基础，运用专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，对已有新产品进行解剖深化和再创造，是对已有设计的重新设计[1]。
逆向工程是相对于传统的正向工程而言的。传统设计是一个“功能一原理一结构”的工作过程。而反求设计是对己知事物的有关信息充分消化和吸收，在此基础上加以创新改型。反求设计是“实物原型一原理、功能一三维重构”的工作过程。其中通过数字化及数据处理后重构实物的三维原型是其关键环节。
2逆向工程的关键技术
2.1数据采集
数据采集是指通过测量设备把产品表面转化成离散的几何坐标数据，能否得到精确的数据直接影响到建模精度，所以采集高精度的数据对提高反求精度非常重要。目前数据的测量方法有很多种，而不同的测量方法也决定了测量的精度，按照数据的获取方式划分，主要测量数据的方法有接触式和非接触式两种。接触式主要应用三坐标测量机（CMM）进行测量；非接触式主要用ATOS测量系统[2]。
2.2数据预处理
CAD模型重建之前应进行数据预处理，数据预处理是逆向工程的一项重要的技术环节，它决定着后续的模型重建过程能否方便、准确地进行。其主要的处理内容包括噪声点的去除、数据平滑及过滤、数据精简、数据分割、数据定位对齐。
2.3模型重构
在逆向工程中，三维CAD模型重构是逆向工程中最关键、最复杂的一环，因为后续的CAE分析和产品的再设计、虚拟制造仿真、模具设计、数控加工、快速原型制造等应用都需要三维CAD模型的支持，这些应用都不同程度地要求重建的CAD模型能够准确地还原实物样件。
3基于Imageware和UG的三维模型重构方法
在模型重构过程中，曲线构建是基础，在逆向工程中一种常用的模型重构方法是，先将数据点通过插值或逼近拟合成样条曲线（或参数曲线），在利用造型工具如Sweep、Blend、Lofting、四边形曲面（Boundary）等，完成曲面片的造型，在对曲面进行延伸、剪切、过渡和拼合等曲面编辑，得到完整的CAD三维模型。提出基于Imageware和UG软件的三维模型重构方法，其流程图，如图1所示。

3.1产品数据采集
产品模型的扫描过程如下：（1）进入Scan3DNow应用程序，将系统接口调节成可使用的状态。（2）将产品实体模型放置于旋转台上，打开激光器，调节工作台的X、Y、Z坐标，将实体模型移动到距激光头的合适位置，使激光扫描线位于网格中心线附近处。（3）调节左、右CCD感测器的控制参数，包括亮度、对比度以及光强，来达到所需的图像质量后就开始扫描。（4）输出扫描结果文件，准备进行后续处理。
3.2利用Imageware软件进行数据点云处理
Imageware软件具有强大的点处理功能，可以非常好地处理大规模海量点云数据。由于在Imageware中拟合的线在UG中不能编辑，而且在UG中处理大量的数据点云效率很低，为了提高模型质量和建模的效率，所以采取在Imageware中进行点云的处理和提取。然后将处理后的数据点云保存为DXF或IGES格式输入到UG中建模。
在Imageware中点云的处理过程为：（1）将扫描好后的点云数据导入到Imageware中，查看点云信息，观察产品的形状。（2）将分离的点云对齐在一起，由于零件形状特征由多个曲面构成且零件较大，一次扫描无法获得全部的数据，这就需要移动或旋转零件，这就测量出来的是单独的点云。在Imageware中可以利用圆柱面、球面、平面等特殊的点信息将点云准确对齐。（3）对点云进行判断，去除噪声点。由于在测量过程中受到各种人为因素以及测量设备和测量方式的限制，使得测量结果出现一些噪声点，为了保证模型的准确性，必须将噪声点去除掉。
3.3利用UG进行曲面和结构设计
3.3.1UGNX逆向造型方法
UGNX是当今世界上应用最广泛的CAD/CAM/CAE软件之一。利用UG进行逆向造型设计一般遵循从点到线，由线构面，再由面