《逆向工程及快速成型原理》讲义10版——UG篇

逆向工程及快速成型ReverseEngineering&RapidPrototyping主讲：匡唐清华东交大材料成型教研室课程说明课程性质材料成型及控制工程专业的专业课程课时（56h）逆向工程44h（22h上课+20h上机+2h实验）快速成形及快速制模12h（10h上课+2h实验）教材《精通UGNX5+Imageware逆向工程设计》吴永强主编电子工业出版社2008.1《快速成形及快速制模》莫健华主编电子工业出版社2006.7考核方式考勤30%；上机30%；实验10%；大作业30%教学内容第一讲绪论第二讲UG逆向工程概论及点数据处理第三讲UG曲线构造、编辑与分析第四讲UG曲面构造、编辑与分析第五讲UG设计特征及特征操作第六讲UG逆向设计典型实例第七讲Imageware逆向工程概论及点云处理第八讲Imageware曲线生成与编辑教学内容第九讲Imageware曲面生成与编辑第十讲Imageware逆向设计典型实例第十一讲UG+Imageware综合应用第十二讲快速成型技术概论第十三讲快速成形技术-SLA/SLS第十四讲快速成形技术-LOM/FDM第十五讲快速制模技术第十六讲新产品快速开发系统第一讲绪论教学目标掌握逆向工程的定义逆向工程的实施流程接触式测量与非接触式测量的优缺点了解逆向工程的产生逆向工程的发展逆向工程的应用逆向工程软件逆向工程的产生产品功能上的需求不再是赢得市场的唯一条件产品的开发周期、生产周期、更新周期越来越短６0-70年代如何做得更好（优）８0-90年代如何做得更便宜（廉）二十一世纪初如何做得更快（快）快？逆向工程的产生传统的正向工程流程设想产品需求参数功能原理设计结构及参数设计产品模具设计制造工艺设计原型或图纸新产品样品市场调查模具制造逆向工程的产生依据已经存在的零件、实物原型或残缺的产品图纸去构造新产品模型。逆向工程专门为制造业提供了一个全新、高效的重构手段。根据现有的实物样件或手工制造的模型数据模型利用一些软件处理和数据管理对模型进行进一步的修改和再优化设计认识产品再现产品超越原产品逆向工程的定义逆向工程(ReverseEngineering,RE)，也称反求工程、反向工程、抄数，指对存在的模型和零件进行实物测量，根据测量结果重构CAD模型的一个过程。该模型可以用于分析、修改、制造和检验等多种目的。逆向工程的实施流程实物或模型数据的采集ＣＡＤ模型重构仿制/改制产品ＰＤＭ系统制作系统ＣＡＭ模具新产品二维图样技术文档仿制/改制产品快速原形ＲＰ产品样件实现产品或模型设计产品逆向工程的发展逆向工程技术于20世纪80年代研制开发成功并初步进入使用的。此后逆向工程技术被置于大幅度缩短新产品开发周期和增强企业竞争能力的主要位置上。经过了高速增长后，逆向工程实际应用的增长率保持在17%左右。除专业的逆向软件，主流的基于正向的集成CAX软件也开始集成逆向功能，逆向工程的应用模具行业航天航空、汽车、飞机等领域艺术品或文物等（CAD正向建模困难）图纸残缺或无CAD模型时再现原设计医学领域计算机辅助检测CAI（检测正向结果）逆向工程的硬件高效、高精度地实现样件表面的数据采集，是逆向工程实现的基础和关键技术之一，是逆向工程中最基本、最不可缺少的步骤。是产品设计师与逆向工程及CAD/CAM/CAE/RP/CNC之间的桥梁。近十年来，随着传感技术、控制技术、图像处理和计算机视觉等相关技术的发展，出现了各种各样的样件表面几何数据的数字化获取方法。逆向工程的硬件数据测量方法实物数字化方法接触式非接触式触发式连续式光学式非光学式三角形法结构光法激光干涉法计算机视觉法MRI测量法CT测量法超声波法逐层切除测量法逆向工程的硬件数据测量方法核磁共振成像又称自旋成像（spinimaging‎），也称磁共振成像（MagneticResonanceImaging‎，简称MRI‎），是利用核磁共振原理，依据所释放的能量在物质内部不同结构环境中不同的衰减，通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波，即可得知构成这一物体原子核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的结构图像。在物理、化学、医疗、石油化工、考古等方面获得了广泛的应用。将这种技术用于人体内部结构的成像，就产生出一种革命性的医学诊断工具。快速变化的梯度磁场的应用，大大加快了核磁共振成像的速度，使该技术在临床诊断、科学研究的应用成为现实，极大地推动了医学、神经生理学和认知神经科学的迅速发展。逆向工程的硬件数据测量方法CT成像工业CT是工业用计算机断层成像技术的简称，它能在对检测物体无损伤条件下，以二维断层图像或三维立体图像的形式，清晰、准确、直观地展示被检测物体内部的结构、组成、材质及缺损状况，被誉为当今最佳无损检测技术。工业CT技术涉及了核物理学、微电子学、光电子技术、仪器仪表、精密机械与控制、计算机图像处理与模式识别等多学科领域，是一个技术密集型的高科技产品。工业CT广泛应用在汽车、材料、航天、航空、军工、国防等产业领域，为检测航天运载火箭及飞船航空发动机、大型武器的检测、地质结构的分析以及机械产品质量的重要检测手段。医用CT的工作程序：它根据人体不同组织对X线的吸收与透过率的不同，应用灵敏度极高的仪器对人体进行测量，然后将测量所获取的数据输入电子计算机，电子计算机对数据进行处理后，就可摄下人体被检查部位的断面或立体的图像，发现体内任何部位的细小病变。逆向工程的硬件数据测量方法超声波测距由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。由此可见，超声波测距原理与雷达原理是一样的。测距的公式表示为：L=C×T式中L为测量的距离长度；C为超声波在空气中的传播速度；T为测量距离传播的时间差(T为发射到接收时间数值的一半)。超声波测距主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等的距离测量，虽然目前的测距量程上能达到百米，但测量的精度往往只能达到厘米数量级。逆向工程的硬件接触式测量的特点优点设备成本低，损耗费相对较少；精度高；不受被测对象外形及颜色的影响；缺点测量速度慢，测得数据少，不适合测形状复杂的对象；不能测量易碎、易变形零件；由于测头限制，不能测得零件细节；需进行测头半径补偿；因测头耗损需经常校正测头；便携关节臂式龙门式悬臂式逆向工程的硬件非接触式测量的特点优点采集速度快，可测得海量数据，适合复杂表面的数据获取；无机械测头的局限，可测得零件的细节；可测柔软物体；无需测头补偿；缺点精度较差；易受物体表面特征（颜色、光度、粗糙度、形状等）及环境光源影响；设备成本高；逆向工程的硬件接触式/非接触式测量方法/设备的选用对材质较硬、形状较为简单、容易定位的物体，尽可能使用接触式测量设备，其成本低，损耗费较少；对橡胶、油泥、人体或超薄形物体，则需采用非接触式测量方法；实际测量中经常需将两者结合，用接触式设备测量产品的分型线、轮廓线，用非接触式设备取得产品表面点数据，达到精确、高效地测量方法。数据点要求：在曲率变化大处密，曲率变化小处疏；在外形剖面、分型线、轮廓线处要求数据点质量高。逆向工程软件基于正向的具有逆向功能的CAX软件，如Pro/E、CATIA等逆向功能弱专用逆向工程软件逆向功能强大，效率高，用途单一专用逆向软件与基于正向的CAX软件结合使用专用逆向软件做点云及外形的逆向处理CAX软件进行产品的参数化结构逆向处理逆向工程软件专用逆向软件Imageware最著名的逆向工程软件，是逆向工程的领导者。广泛应用于汽车、航空/航天、家电、模具、计算机零部件领域。拥有广大的用户群，国外有BMW、GM、Ford、Toyota；国内已有上海大众、上海交大、上海DELPHI、成都飞机制造公司等。在曲面上采用NURBS与Bezier混合技术，功能非常强大，易于应用；在计算机辅助检测、曲面造型及快速成型等方面具有其他软件无可匹敌的强大功能。逆向工程软件专用逆向软件GeomagicStudio美国Raindrop公司（现在PTC旗下）出品；是除了Imageware以外应用最为广泛的逆向工程软件。可轻易地从扫描所得的点云数据创建出完美的多边形模型和网格，并可自动转换为NURBS曲面；自动化特征及简化了的工作流程使得其易学易用，是唯一可以实现简单操作、提高生产率及允许用户化定制生产的逆向软件。逆向工程软件专用逆向软件CopyCAD英国DELCAM公司出品;能够接受来自坐标测量机床的数据，同时跟踪机床和激光扫描器；简易的用户界面使其易学易用。RapidForm韩国INUS公司出品；提供了新一代运算模式，可实时将点云数据运算出无接缝的多边形曲面，使它成为3DScan后处理之最佳化的接口；使工作效率提升，使3D扫描设备的运用范围扩大，改善扫描品质。第二讲UG逆向工程概论/点数据处理教学目标掌握UG基本操作UG逆向设计的一般流程UG点数据的处理了解UG软件的组成模块及功能初步了解UG逆向设计的原则UG基本操作用户界面鼠标的使用工具条定制（同其他软件，略）对象的选择与隐藏层操作坐标系操作变换操作格式转换（文件——导入/导出略）文件操作（文件——新建/打开/保存/关闭略）用户界面资源导航器提示栏绝对坐标系状态栏对话框及其横条夹功能模块的进入鼠标的使用左键单击选择双击编辑中键单击对话框中“应用”右键单击快捷菜单组合键左+中缩放中旋转中+右平移工具条定制对象的选择与隐藏层操作分层管理数据，提高工作效率（磨刀不误砍柴工，要养成良好习惯！）坐标系操作显示/隐藏WCS指定WCS新原点动态改变WCS原点及方位绕指定坐标轴旋转改变WCS方位定义新WCS重定向WCS的XC/YC方位变换操作UG逆向设计的一般流程点处理线处理面处理结构体处理读取点云（高密度点云离散后读入）点整理：包括点的过滤、分层管理、拟合、重定位等曲线构造：通过分型线点构造曲线尽量做到误差小且光顺；合理连线，点间隔均匀；圆角通过后续倒圆实现曲线调整，使其光顺，注意保证精度曲面构造：调整曲线或增加曲线便于曲面构造；曲面尽可能简洁曲面调整：使曲面光顺并保证精度利用曲面建立外形实体；产品结构设计（筋、孔等）UG点数据处理点数据的读取与分层新建prt文件wh-1，单位默认毫米文件/新建模型要求目录和文件名必须为英文字符导入igs数据文件wh-1.igs一般测量所得点数据文件会转换成IGES格式文件/导入/IGES点数据查看缩放——滚轮上下拨动旋转——中键（滚轮）拖放平移——中键+右键拖放测量时，产品分型线、棱线和表面的点数据可用不同的颜色区分开点数据的分层点数据的读取与分层分层分层管理数据，提高工作效率！可根据工作需要把不同的点、线、面和其他几何物体合理地放置在不同图层上根据点数据的颜色进行图层设置，通常分型线的点数据放在第二层，然后依次放置棱线的点数据和表面的点数据。具体操作转下页保存文件保存点数据的分层实用工具栏移动到图层颜色过滤器继承（即继承所选点的颜色）全选确定输入要放置的图层号确定1234567点数据的整合整合由来大多产品测量时难以一次测全，需进行补测。补测与首测的空间位置会有变化，要求补测与首测所得的点数据的空间位置一致，才能整合得到产品完整的点数据整合依据：首测和补测都包含的相同点（定位点，=3个，人为在产品上打上）整合方式：点拟合：首测和补测的定位点数据偏差较小重定位：首测和补测的定位点数据偏差较大点拟合新建prt文件Longtou，单位毫米文件/新建模型导入IGES数据文件longtou.igs文件/导入/IGES点数据