基于UG的逆向技术

上海大学1基于UG的摩托车逆向技术机电工程与自动化学院上海大学一、绪论二、逆向设计技术基础三、摩托车外观件逆向设计四、总结与展望参考文献CONTENTS:上海大学一、绪论1.1什么是逆向工程？逆向工程(ReverseEngineering)（又称逆向技术），是一种产品设计技术再现过程，即对一项目标产品进行逆向分析及研究，从而演绎并得出该产品的处理流程、组织结构、功能特性及技术规格等设计要素，以制作出功能相近，但又不完全一样的产品。逆向工程源于商业及军事领域中的硬件分析。其主要目的是在不能轻易获得必要的生产信息的情况下，直接从成品分析，推导出产品的设计原理。3上海大学1.2逆向工程的应用背景为适应现代先进制造技术的发展，需要将实物样件或手工模型转化为计算机辅助设计(computerAidedDesign，CAD)数据,以便利用快速成型系统(RapidPrototyping，RP)计算机辅助制造(ComputerAidedManufacture，CAM)系统、产品数据管理(ProductDataManagement,PDM)等先进技术对其进行处理和管理，并进行进一步修改和再设计优化。这就需要一个一体化的解决方案：实物样品一CAD模型一产品。逆向工程就专门为制造业提供了一个全新、高效的重构手段,实现从实际物体到几何模型的转换。上海大学1.3逆向工程的基本流程5上海大学1.4逆向工程所需的软硬件（1）测量设备：接触式三坐标测量仪非接触式三坐标测量仪上海大学（2）设计软件：专业逆向工程软件：Imageware、Geomagic、ICEMsurf、copyCAD等通用设计软件：NX-UG、Pro/E、CATIA等上海大学二、逆向设计技术基础关键技术：1.数字化测量2.测量数据预处理3.三维重构4.误差分析5.仿真分析上海大学1.数字化测量（数据采集）接触式测量根据测头的不同，可分为触发式和连续式。应用最广泛的三座标测量机是20世纪60年代发展起来的新型高效精密测量仪器，是有很强柔性的大型测量设备。接触式测量对物体的表面的颜色和光照没有要求，因此物体边界的测量相对精确，但对软质材料适应差且速度慢；非接触式测量根据原理的不同，可以分为三角形法、结构光法、计算机视觉法、激光干涉法、激光衍射法、CT测量法、MR测量法、超声波法和层析法。通常使用非接触式测量在采集实物模型的表面资料时，采集速度快，可形成“点云”资料，缺点是精度较低而且对样件表面和光照有较高的要求。上海大学2.数据处理数据处理的结果将影响模型重构的质量。在此阶段一般应进行数据预处理、数据分块、数据光顺、三角化、数据优化、多视拼合、噪声滤波、拓扑建立、特征提取等工作。上海大学3.模型的重构也就是通常所说的逆向造型过程，重构的方案目前主要有三种，每一种都有不同的适用场合：1)以B-Spline或NURBS曲面为基础的曲面构造法，2)以三角Bezier曲面片为基础的曲面构造法；3)以多面体面片为基础的曲面构造法。NURBS曲面模型Bezier曲面模型上海大学A级面介绍：1.轮廓曲面--通常都是A级曲面，这样的曲面通常都要求曲率连续，沿着曲面和相邻的曲面有几乎相同的曲率半径（相差0.05或更小，位置偏差0.001mm或角度相差0.016度。）2、A级曲面用高光等高线检测时显亮的曲线--这些曲线应该有一个共同的曲率特征，等高线连续且过度均匀、逐渐的发散或收缩，而不是一下子汇集消失到一点。3、A级曲面上的控制点也应该按一定的规律分布，一行控制点与另一行相邻的控制点的角度变化应该有一定的规律可循，这是画高质量的曲线所必需的。曲面边界相接的情况：1．G0：曲线（面）上存在尖点（折断点），在它的两边的斜率和曲率都有跳跃，这种曲线（曲面）只是共同相接于同一边界；2．G1：曲线（面）上存在切点，在它的两边的斜率是相同的，但曲率有跳跃。这种曲线（曲面）光滑！也就是一阶导数相同，这种曲面共同相切于同一边界，斜率为连续（曲率不一定连续）；3．G2：曲线（面）上的各个点的曲率都是连续变化的，在共同相接的边界曲率相同，也就是二阶导数相同；上海大学4.误差分析通过误差分析，可以对局部误差比较大的部分进行调整编辑，在保证曲面精度的同时还可以保证曲面的连续性。上海大学5.仿真分析利用模型复现实际系统中发生的本质过程，并通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统，又称模拟。仿真过程包括建立仿真模型和进行仿真实验两个主要步骤。硬件：计算机、实验平台软件：ANSYS、ABAQUS、ADAMS、Fluent等上海大学三.摩托车外观件逆向设计1.摩托车外观件开发设计流程15上海大学BMW宝马FISCHER费希尔上海大学设计效果图上海大学2.油泥造型18在汽车和摩托车行业，在开发新车型时，一般都会采用制作油泥模型的方式进行逆向。主要是对复杂曲面的三维重构，通过对1:1油泥模型进行数据采集，然后进行点云处理，可提高产品的开发效率，减少成本。上海大学3.数据采集19对复杂曲面采集数据，一般利用光学非接触式测量三坐标，通过光的反射，收集数据，然后录入到相应的系统，生成STL格式的文件，以便后续开发使用。德国Steinbichler公司的COMET光学测量机上海大学采集后的数据效果：踏板车车身覆盖件上海大学214.Imageware点云处理利用Imageware软件对STL格式的数据进行处理，进行点云显示，并调整点云显示的密度，使其适合UG造型的要求。对有缺陷的点进行删除，并做好面与面直径的分割线，最后生成IMW、IGS两种格式的文件。上海大学225.基于UG的模型重构利用UG对导入的点云进行分层，铺面造型，按照A级曲面的要求进行面的设计。上海大学检验曲面的光顺性，利用分析曲面的光线反射来判断曲面的连续性；检查曲面的误差，利用前面提到的打开UG分析里的偏差度量模块，检差曲面与油泥没想到误差；上海大学246.仿真分析对整车的主要零部件，都会在模型建立后进行仿真分析，图示的为车架的有限元仿真效果。上海大学257.RP快速成型(1)整车分析确认好之后，将3D图拿去做快速成型，行业称做手板。周期不算很长，一般一到两周，可以拿到零件。(2)之后进行整车的实体装配。一般来说，不管设计的多么完美，整车装配时总会有这样和那样的问题。(3)工程师对问题进行分析，修改设计图，重复以上设计的过程。(4)一般三遍之后，基本定下来，不会有太大的问题，然后进行开模，小批量生产，调整模具和设计图完善存档。上海大学快速成型的方法：上海大学8.整车验证1)装配验证：2）整车性能验证：动力、速度、油耗灯光、电器等3）振动测试：4）排放测试：上海大学四.总结与展望28对于具有空间复杂曲面的零件，采用逆向工程技术是进行产品研发的重要手段，可大大地缩短产品的开发周期。类似的开发流程在汽车、摩托车等行业应用十分广泛，采用基于逆向工程的开发技术，通过选用合适的硬件系统、软件系统，能够创造出精度高的外观产品。在未来的制造领域，逆向工程的前景依然十分巨大，如何进行汽车等高精度的曲面造型，将很大程度依赖光学仪器和先进的设计制造技术。(1)汽车、摩托车制造领域（2）家电、玩具制造业领域（3）仿生、三维重构（4）机器人领域（5）服装虚拟技术（6）高精度自由曲面上海大学参考文献：[1]赵艳平，逆向工程在摩托车覆盖件建模中的应用，西南交通大学硕士学位论文[2]吴华杰、孙立星、谷芳、褚洪杰、崔国起，基于概念的逆向工程A级曲面创建方法的研究，机械设计，2013年4月第30卷第4期[3]徐家川、雷雨成、洪英武、黄海波，逆向工程中车身A级曲面的评价方法，汽车技术，4-8页[4]邹金兰、张宇、郭勤静，UG/Imageware在逆向工程曲面重构中的应用，机械设计与制造，2008年5月第5期[5]孙维峰，快速成型（RP）的原理方法及应用，机电技术，2008年第3期[6]夏鹏、王丞、马明亮，快速成型技术应用现状及发展趋势，九江学院学报，2008年第3期[7]陈玉文、刘燕，以Imageware和UG为基的汽车塑件逆向设计，现代制造工程，2010年第7期[8]袁晓红、何天明、滕培智、侯献军，基于逆向工程的摩托车油箱设计，武汉理工大学学报，2007年1月第29卷第1期[9]贺蜀山、何玉林、杜静，摩托车设计的智能CAD/CAE系统，重庆大学学报，2005年4月第28卷第4期[10]游四海，摩托车车架结构优化设计，重庆大学，硕士论文[11]史春涛、朱建广、张宝如，利用UGNX软件进行摩托车车架动态特性分析，摩托车技术，2005年第9期[12]陈志鸿、房海蓉、方跃法，基于逆向工程的自由曲面数字化研究，Proceedingsofthe31stChineseControlConference，July25-27.2012.Hefei.China[13]曹亚斌、王磊、郑四发、段雄，车身外覆盖件设计中点云重构A级曲面技术，机械设计制造，2007年2月第2期[14]Yao-TingQian,Xiao-XiaSong,Three-DimensionalDesignofHip-raisingPants’PosteriorCrotchBasedonUGReverseEngineering,ShanghaiUniversityofEngineeringScience.[15]YANGPei-zhang,SONGPing,Reverse-engineeringProcessofPointCloudBasedonSurfacerandUG,3rdInternationalSymposiumonInstrumentationScienceandTechnology,Aug.18-22,2004,Xi’an.Chian[16]JunChen,ZhuoWang,RESEARCHANDPRACTICEOFSURFACEMODELINGBASEDONREVERSEENGINEERING,InternationalSymposiumonComputerScience&Technology2012.[17]YanjunFu,MeitingWan,ThemodelingresearchofbladebasedonUG,NanchangHangkongUniversity.上海大学THANKYOU30