成都電子機械高等專科學校 汽車覆蓋件曲面的構建（逆向工程） 1 畢業設計說明書 汽車覆蓋件 逆向工程（由點云創建曲面） 指導老師：江秉華 學生 :王仕元 課題點云資料如下： 成都電子機械高等專科學校 汽車覆蓋件曲面的構建（逆向工程） 2 摘要 : 逆向工程（ Reverse Engineering）顧名思義就是先有實體再依序制作出相同的模型，并結合三次元量測系統、雷射掃描系統、影象擷取系統等 ,測出 3D 數據資料再以CAD/CAM 軟件或專業逆向軟件進行點資料數據處理 .經過分門別類與族群區隔 ,及點線面與實體誤差對比后 ,以最貼切的幾何形狀重新構建曲面模型 ,進而產生 CAD 資料 ,再以快速原型機 制作原型 (Prototype)或是由數控工具機做生產加工的一種工程程序 . 定位為逆向工程專用軟件的 Surfacer,相對于 CAD 軟件有許多截然不同的地方 .目的是以 NURBS(NURBS 是 Non-Uniform Rational B-spline 的縮寫 )軟件架構 ,描述出許多 CAD 仍無法依照參數、變數描述出來的自由曲面 .例如 :汽車的覆蓋件、車燈的反射鏡及外觀造型等自由曲面 .另外可以結合 UG(Unigraphics)軟件完成由點云創建曲面 . 本次畢業設計是應用逆向工程軟件將點云數據進行分析，然后導入相應的軟件進 行生成線條的操作，然后通過得到的曲線構建曲面。基本的思路就是通過 Surfacer 軟件進行點處理，然后將處理好的點導入 UG 軟件進行生成曲線的操作，在 UG 軟件中對曲線進行處理以得到符合設計要求的線條，然后依據得到的曲線構建曲面，最后構建成功的曲面在 UG 軟件中進行一系列操作從而得到理想的符合設計要求的曲面。 The graduation design reverse engineering is the application software will point cloud data analysis, Then the software into production lines for the operation, and then the curve surface. Reverse engineering is the first definition entities then followed up with the same model and 3D measurement system laser scanning system, image capture system, 3 D measured data to another CAD / CAM software or professional software for the counting of reverse data processing. After hours, the door Classes and other ethnic segmentation and surface point line with the entity error contrast, in the most appropriate geometry re-build surface model, CAD data thus generated, by the rapid prototype production prototype (Prototype) or by the NC machine tool production and processing of a project procedures. The basic idea is that through Surfacer software for the counting, then deal with the points into UG software to generate the curve operation, UG Software in the right curve to be handled with the design requirements of the lines. Then based on the curve surface, Construction of the final success of the surface of the UG software to conduct a series of operations to be so good with the design requirements of the surface. 關鍵詞 : 逆向工程 Reverse Engineering； 點 云 Piont； 曲線 Curve； U G 軟件 Unigraphics ； 曲 面 Surfacer 成都電子機械高等專科學校 汽車覆蓋件曲面的構建（逆向工程） 3 目 錄 摘要 2 前言 4 1.1 Surfacer 軟件的功能簡介 4 1.2 UG 軟件在逆向工程中的應用 5 1.3 課題研究的意義和方法 5 課題設計的詳細過程 7 2.1 課題的點云數據 7 2.2 大面的構建 8 2.3 下部一系列曲面的創建 11 2.4 右 下面小曲面的構建 18 2.5 左下一系列曲面的構建 19 2.6 上部及頂部曲面的構建 26 2.7 邊界曲線的生成 28 2.8 邊界曲線裁剪曲面 29 結論 30 謝辭 31 參考文獻 31 成都電子機械高等專科學校 汽車覆蓋件曲面的構建（逆向工程） 4 1. 前言 ： 由于現代社會科技 進步之故 ,各種產業都面臨著莫大的挑戰 ,譬如說汽車行業 ,更是應該調整步伐以適應時代的潮流 .對于像汽車覆蓋件、車燈的反射鏡等自由曲面造型 ,其苛刻的設計條件困擾眾多的使用電腦繪圖軟件的設計者 ,主要的原因包括曲面造型太過復雜、表面光整度要求嚴格、制件精度要求高等方面 .因此很多造型設計師使用手繪圖或者手工捏塑來設計原型 ,但無法回歸電腦資料來保存 ,且后續模具制作過程亦變得更加困難 .因此在這種背景下 ,逆向工程的出現變得呼之欲出、順理成章 ,為眾多的造型設計者開辟了一條捷徑 ,使曲面造型有一個質的飛躍 . 另外我所從事的工作部門 是深圳比亞迪公司的汽車研究所，針對我的工作性質是從事汽車覆蓋件造型研發，因此我選擇了這樣一個畢業設計的課題（逆向工程 汽車覆蓋件的曲面造型 由點云構建曲面），這對于我來說是個全新的挑戰，三年大學從未接觸過逆向工程及相應的軟件，而在這短短的一個多月的時間里要完成這么復雜的課題，對我而言的確是一件艱巨的任務，幸好在老師的引導及鼓勵下我確定的信念，經歷了種種挫折終于完成了此次畢業設計的課題。 1.1 Surfacer 軟件的功能簡介 由于逆向工程自身性質的限制 ,通常需要讀入大量的原始資料 ,如坐標點資料等 .但由于資料數據過于龐大 ,并非所有 CAD/CAM 軟件都可以讀入 .因此逆向軟件必須能處理大量的點資料 ,而 Surfacer 便具有這種特性 .另外因為通常逆向建構的是外觀曲面 ,因此需要多種檢測曲面品質的工具 ,以及快速、簡便的修改方式 ,而 Surfacer 也具備這種特性 . 1.1.1 Surfacer 對量測資料的分析與編輯 采用獨一的 OEP(One Entity Processing)運算 ,當讀取一筆數量龐大的點資料時 ,軟件將點群中所有的點視為一個圖素 (entity),籍此可以讀取許多筆數量龐大的點群 .因此 Surfacer 讀取點群原始資料時沒有點數的限制 . Surfacer 的點群編修工具能對量測點群資料做順滑、取樣、慮除、運算尖角特徽資料、計算三角網格及投影曲線到 3D 點群上等動作 ,以增快使用者處理量測資料的速度 . Surfacer 對點群的特徽擷取工具 ,讓使用者根據量測資料的曲率、剖面、顏色、邊界等 ,擷取其特徽位置 ,方便使用者建構 CAD 模型 . 1.1.2 Surfacer 對曲線的建構與編輯 Surfacer 可視使用者的需求來建構各種曲線 ,串連由量測設備所量出來的點群 ,并允 許使用者根據公差與順滑程度來 Fit3D曲線 .速度相較于 CAD/CAM系統 ,要串好每一條線的速度相對快的多 . 成都電子機械高等專科學校 汽車覆蓋件曲面的構建（逆向工程） 5 Surfacer 的曲線編輯工具根據使用者動態的調整直至曲線符合使用者的需求 .或是開啟可動態檢視曲線曲率的 Plot 功能來讓使用者易于判斷 . Surfacer 的曲線檢視功能可讓使用者及時檢測曲線與量測點資料的誤差數值 ,以及曲線與曲線之連續性 ,以控制曲線品質 . 1.1.3 Surfacer 對曲面的建構與編輯分析 Surfacer 的曲面功能 ,指令的操作命令以及應用原理 ,與曲線大致上有許多相同的地方 ,曲面的連續性、曲面平順等應用 ,都延伸自曲線的基礎 . Surfacer 的曲面建構工具 ,提供使用者兩種建構的方式 ,一是快速的以曲面貼點群方式 ,來建構 CAD曲面 .另一個方法是建構高品質的自由曲面造型 ,更可依所需求建構 CLASS A 曲面 (曲面連續性佳的曲面 ). Surfacer 的曲面編輯工具 ,提供使用者動態的調整曲面方法 ,一邊調整曲面 ,一邊比對曲面與點群的誤差 ,直到符合使用者的需求 ,并透過及時的曲面檢測工具 ,讓使用者快速、準確、方便的建構高品質曲面 . 1.2 UG 軟件在逆向工程中的應用 在檔案讀取方面 , Surfacer 所能處理的檔案格式繁多 ,例如可以通過 IGES 格式與UG(Unigraphics)軟件進行檔案轉換。本次設計有很多步驟都需要在 UG(Unigraphics)軟件里面完成 . Unigraphics(簡稱 UG)是美國 UGS公司的主導產品 ,是全球應用最為普遍的計算機輔助設計、輔助制造和輔助工程一體化的軟件系統之一 .UG 軟件功能強大、界面友好、運行穩定 ,覆蓋了從概念設計、功能工程、工程分析、加工制造到產品發布的整個過程 ,被廣泛的應用于機械、汽車、航空航天 、電器電子和化工等各個工業領域的產品設計和制造分析中，通過其虛擬產品開發（ VPD） 的理念，提供多極化的、集成的、企業級的包括軟件產品與服務在內的完整的 MACD 解決方案。 1.3 課題研究的意義和方法 1.3.1 課題研究的意義 傳統的模具設計尤其是對于像汽車覆蓋件之類的曲面造型是一個反復而困難的研制過程，曠日持久而又投資巨大。隨著工業化的日益發展，產品更新換代周期越來越短，產品間的競爭越來越激烈，因此必須通過專門的 三次元量測系統、雷射掃描系統或影象擷取系統等測出的 3D點云數據資料 ,再以專業逆向軟件 (如 Surfacer 軟件 )進行點資料數據處理 ,從而達到產品實體模型數據資料的目的 .從而為設計與制造模具做鋪墊 . 具體的意義如下 : 在產品設計保密的規定或是商業策略的考量下 ,國外原廠、原設計者不提供原始的 CAD 資料給國內廠家 . 成都電子機械高等專科學校 汽車覆蓋件曲面的構建（逆向工程） 6 設計者參考幾款成品設計概念 ,例如 :參考甲成品的特徽 ,乙成品的外型 .通過逆向工程整合開發 . 原設計者以油土、黏土模型、木模型等代替 3D CAD 設計 .需要以量測設備將外型資料量測后 ,建構 CAD 資料 ,以方便后續加工 . 以成品翻制石膏模型來靠模加工 ,無原始 3D 的 CAD 資料 . 以實體模型、縮小模 型進行實驗 ,例如 :風洞實驗 ,進行外型修正 ,完成實驗后由于沒有 CAD 資料 ,而需要逆向工程方式制作 . 1.3.2 課題研究的方法和思路 本課題中將采用 Surfacer 軟件對 三次元量測系統、雷射掃描系統或影象擷取系統等測出的點云數據資料 進行分析處理 ,依據理想中的實體模型去除多余的或跳動比較大的點數據 ,從而得到理想的點云資料 ,然后結合 UG(Unigraphics)軟件將得到的點生成相應的曲線 ,通過軟件中的曲線功能對曲線進行分析處理 ,最后將得到的符合設計要求的曲線導入 UG(Unigraphics)軟件 ,通過軟 件中的面處理功能得到符合設計要求的曲面 . 導入 IGS 文件到 Surfacer 軟件 中 處理跳動的點及多余的點 分析點云 數據 構思實體模型的形狀 根據所需形狀由點云生成曲線 導入 IGS 文件到 UG 軟件中 在 UG 軟件中由曲線生成曲面 成都電子機械高等專科學校 汽車覆蓋件曲面的構建（逆向工程） 7 2 課題設計的詳細過程 基本步驟為在 Surfacer 軟件中分析處理點云 ,觀察整個課題的點云及形狀，將整個數據點云分成幾塊 ,以便于簡化點云數據 ,從而便于后續步驟的完成 ,然后將各個塊的點云生成曲線 ,或者直接在 Surfacer 軟件中選取一塊點云 ,以 IGES 格式導入UG(Unigraphics)軟件生成曲線從而完成曲面的構建與造型 . 2.1 課題的點云數據 Surfacer 軟件的界面及課題的點云 數據顯示如下： 成都電子機械高等專科學校 汽車覆蓋件曲面的構建（逆向工程） 8 2.2 大面的創建 逆向工程是一件很龐大、很繁瑣的由點云創建曲線從而構建形狀復雜、表面光整度高的曲面工程，因此逆向工程所需的點云數據一般情狀都是相當龐大的，因此在分析處理點云的時候可以將所有的點云按其規律分門別類，從而達到簡化制圖步驟的目的。就此畢業設計課題，我將其整個點云分成若干塊，譬如：形狀較為規律并且面積比較大的曲面（大面）、大面下部的一系列的小面和一些細微部位的曲面等幾部分，并且能較為清楚的分析出每個面的性質及相鄰面的相對關系等，從而比較容易控制課題設計的方法思路 和具體的步驟。 接下來首先做形狀比較規律的大面，用鼠標左鍵單擊工具條中的“ Curve”選項 ,選擇“ construct 3D” 界面如下圖 : 單擊“ Interactive 3D B-Spline” 菜單 , 將 彈 出 如 下 對 話 框 ：然后在“大面”上用左鍵選取各個規律的點 ,可以逐個點選取也可以隔幾個點選取，原則是能正確反映曲線的真實規律，選點的同時會在“ Interactive 3D B-Spline” 對話框中顯示點的坐標，如果由于疏忽或是其它原因選錯了點，則可以點擊對話框中的成都電子機械高等專科學校 汽車覆蓋件曲面的構建（逆向工程） 9 “ Delete” 按鈕將選錯的點刪除掉，當將 所需的點選擇完成后檢查所選的沒有與大體趨勢相差甚大的點后，點擊“ Apply” 按鈕則會生成 3D 曲線 ,然后單擊工具條中的“ Point”選項 ,選擇“ Curve Sections” ,再選擇“ Curve Aligned” 指令，則會彈出“ Curve Aligned” 對話框，在對話框中通過“ Sections”指令來確定在曲線上砍出的點云面的數量，通過“ Extent of cross-sections”指令來調整點云面的長度，則會砍出若干與3D 曲線相關的點云 ,再單擊“ Display” 選擇“ Show Only Selected” 菜單 ,會出現“ Show Only Selected” 對話框，選擇符合實際需求的點連成曲線 ,如下圖所示： 基于上面得到的曲線和由曲線砍出的線，我想嘗試在 Surfacer 軟件中 ,應用“ surfacer”中的“ Create w/curves”選項中的“ Loft curves”指令來生成曲面， 但每次生成的曲面不是翹曲變形的就是首尾扭成一體的，完全偏離預期的目標，這 是在本次設計中遇到的第一個坎，為了解決這個問題，我又重新看了一遍關于由 線構建曲面的章節，我又嘗試應用菜單“ surfacer”中的 “ Create w/curves”選項 中的“ Blend UV Curves 成都電子機械高等專科學校 汽車覆蓋件曲面的構建（逆向工程） 10 Network”指令來生成曲面，但最后還是沒有達到理想的 效果，總之花了我很長時間處理這個問題，剛開始做這份設計就被潑了一盆冷水，我也逐漸感覺到此次設計的困難和繁瑣。最后我請教了指導老師，確定了解決方案，在 UG 軟件中解決由曲線構建曲面的這一環節。具體的步驟如下： 將上圖的文件以 IGES 格式保存 ,文件名為“ da mian” . 打開 UG 軟件 ,進入“建模”狀態，界面如下圖所示： 然后選擇“文件 ” 菜單中“輸入 ” 選項 ,選擇“ IGES ” ,然后在彈出的對話框中單擊“選擇 IGES 文件 ” ,然后選擇“ da mian” 文件 ,則將 IGES 格式的文件導入 UG 成功 ,接下來便是在 UG 軟件中進行由曲線構建曲面的操作，具體的步驟如下：在 UG 軟件的“建模”狀態下（上圖界面），用鼠標左鍵單擊“編輯”中的“曲線”選項，然后選擇“弧長”指令，隨即界面中會彈出弧長對話框，然后在對話框中選擇“遞增的”然后在“長度”輸入框中輸入 20，選擇所要延長的曲線的兩端就可以完成曲線的弧長的操作了，接下來便是由曲線構建曲面的操作了，具體步驟如下：單擊“插入 ” 按鈕，然后選擇“自由形式特征 ” ，最后再選擇“掃掠 ” 菜單 ,則會由三條控制線掃掠生成出曲面。由于在產生曲線的時候考慮到邊界處的點云的不穩定或者不易區分點的所屬性，因此在由點云生成曲線的時候沒有控制到曲面的最邊界處，因此上述所生成的曲面需要在控制線的趨勢上擴大，以達到理想的要求。曲面擴大的具體步驟如下 :在“編輯”選項中的“自由形式特征 ” 中選擇“擴大 ” 選項 ,在界面上出現的對話框中根據UG 軟件中的基本操作提示，逐步完成曲面所需擴大的方向上的擴大操作，最終實現曲面的擴大目的 ,從而達到了預期的目標 ,此時由曲線構建的大面如下圖所示 : 成都電子機械高等專科學校 汽車覆蓋件曲面的構建（逆向工程） 11 到現在大面 的造型基本完成 ,則需要保存文件 ,點擊“文件 ” 選擇“另存為 ” ,則完成大面文件的保存 ,以便以后的操作 .在 UG 軟件中完成由曲線構建曲面的過程較在Surfacer 軟件簡便一點，時間也有很大程度的縮減，原本在 Surfacer 軟件中花很長時間沒有完成的任務而在 UG 軟件中較快的完成，這一點讓我深刻的感覺到兩個軟件結合起來使用的優越性，為我在接下來的設計積累了經驗。 2.3 下部一系列曲面的創建 在 Surfacer 軟件中 , 鼠標左鍵單擊“ Curve”選項 ,選擇“ construct 3D” 然后選擇“ Interactive 3D B-Spline” 菜單 ,在下面的較大的曲面上生成一條曲線 ,如下圖 所示 ,然后單擊“ Point” ,選擇菜單“ Curve Sections” ,再選擇“ Curve Aligned” 則會彈出“ Curve Aligned” 對話框，重要的一點在于設置“ Extent of cross-sections”指令來調整點云面的長度，原則上要求砍出的點云需要延伸到最下面的面上，以便于構建最下面的曲面時所需，則會砍出若干與 3D曲線相關的砍出若干與 3D曲線相關的點云 , 再單擊“ Display” 選擇“ Show Only Selected” 菜單 ,選擇要顯示的內容 ,則會出現如下圖 所示的界面 .將界面 保存為 :“ curve_aligned” ,以備后續使用 . 成都電子機械高等專科學校 汽車覆蓋件曲面的構建（逆向工程） 12 然后在界面 中選擇最下面的點云 ,選擇 “ construct 3D” 中的“ Line” 選項 ,將點連結成線 ,則求得了最下面的曲面上的線組 ,此時畫面很小需放大視圖觀察 , 將此時的文件保存為 “ curve_aligned1” .結果如下圖所示 : 接下來將生成的“ curve_aligned1” 文件的線組導入 UG 軟件，旨在完成由曲線構建曲面的任務。打開 UG 軟件 ,打開 UG 文件“ da mian”保證每次導入的新文件都在同一個坐標系下，以防到最后面與面之間不能配合。導入文件“ curve_aligned1” ，導入的方法和前面的一樣。然后將先前構建的大面隱藏掉以便于對“ curve_aligned1” 面的操作。 在 UG 軟件中單擊“編輯 ” 中的“曲線 ” 選項中的“弧長 ” ,然后逐個延長線條至合適長度 ,然后選擇規律相似的曲線 ,通過“插入 ” 中的“自由形式特征 ” 選項中的“通過曲線 ”命令構建曲面 ,但前幾次生成的 曲面都是有不同程度的扭曲，不符合理想中的要求，原因在于所選擇的曲線過密或者是曲線的規律相差太大，分析出原因后，經過反復的調整，反復剔除規律差距較大的曲線，盡量選擇規律相同的曲線構建曲面， 構建曲面的方法還是應用“掃掠”得到，最終的結果還是比較令人 滿意 的。通過對這個面的構建，我深刻的體會到做逆向工程的研究真的是很需要耐心和恒心的，當遇到挫折和困難的時候不能退縮，而是 需要更多的嘗試，雖然在嘗試的過程中會遇到很多的碰壁，但每一次碰壁過后都是一份的進步，對于我這個剛剛開始從事逆向工程的初學者來講，這些從中得到的經驗是 一筆寶貴的財富。經過一番努力和嘗試，最終得到了比較令人滿意的結果， 結果如下圖所示 : 成都電子機械高等專科學校 汽車覆蓋件曲面的構建（逆向工程） 13 通過對 “ curve_aligned1” 面的構建，我深刻的體會到逆向工程曲面造型是一件特別需要耐心和恒心的工作，我相信這種耐心的恒心的鍛煉對我以后的工作有很大的幫助的，這將是一筆財富。 再打開 Surfacer 軟件 ,應用求得上述 “ curve_aligned” 點云 相同的方法，求出一條曲線 ,然后應用 “ Curve Aligned” 指令 砍出一系列與之相關的線條 ,然后應用 “ Display” 選擇“ Show Only Selected” 菜單 只顯示所需要的點云 ,將其保存為 “ curve_aligned2” ,如圖所示 : 打開 UG 軟件 ,仍然是在“ da mian”的文件下打開，以確保每次導入的文件都在同一個坐標系下，導入文件 “ curve_aligned2” ,方法同前面的操作相同。隱藏“大面”和“ curve_aligned1” 面，以便于操作。單擊“插入 ” 中的“基本曲線 ” 選項 ,選擇“直線 ” ,由靠近點云中間部位的距離最近兩點連成一直線 ,然后通過“編輯 ” 中的“曲線 ”選項中的“弧長 ” 來延長線條至合適長度 ,選擇規律的合適的線條 ,點擊“插入 ” 中的“自由形式特 征 ” 中的“通過曲線 ” 選項完成曲面的構建 ,但事情并不是這么簡單，經多次的操作后仍然沒有得到理想的曲面，每次生成的曲面或有不同程度的扭曲或是寬窄不同的突變，總之所得到的曲面無法滿足設計要求，最后我選擇了如下方案：先在不能滿足設計要求的曲面中選擇出一個最接近要求的過渡曲面，過渡曲面的作用是與“ curve_aligned1” 面產生交線，然后再通過調整交線上的點來重新生成曲線，最后通過曲面的延伸完成“ curve_aligned2” 曲面的構建。具體的步驟如下：單擊“插入 ” 中的“基本曲線 ” 選項 ,選擇“直線 ” ,由靠近點云中 間部位的距離最近兩點連成一直線 ,然后通過“編輯 ” 中的“曲線 ” 選項中的“弧長 ” 來延長線條至合適長度 ,選擇規律的合適的線條 ,點擊“插入 ” 中的“自由形式特征 ” 中的“通過曲線 ” 選項完成過渡曲面的構建 ,然后將“ curve_aligned1” 面顯示于界面中，然后單擊“插入 ” 選擇“曲線操成都電子機械高等專科學校 汽車覆蓋件曲面的構建（逆向工程） 14 作 ” 中的“相交 ” 選項 ,求出兩個面的交線 .如圖所示 : 點擊“插入 ” 中“曲線操作 ” 選項的“投影 ” 來完成交線在 “ curve_aligned1” 曲面 上的投影，現將 過渡曲面刪除。 為了得到“ curve_aligned2” 的曲面，可以在 UG 軟件 中采取“ curve_aligned1” 曲面有角度的延伸的方法達到。但此次構建“ curve_aligned2” 曲面可謂是費盡周折，多次的操作都是徒勞的，最終才發現由于“ curve_aligned1” 曲面和過渡曲面的交線在 Z方向上有很大的波動，交線的一端有嚴重的上翹而另一端卻是嚴重的下墜，所產生的后果是得到的“ curve_aligned2” 曲面與實際情況完全不符，表現出一端上翹一端下墜的形狀，與真正的點云數據的偏差太大，是無法忍受的曲面。因此在構建曲面之前需要對交線進行處理，其具體的步驟如下：在 UG 軟件的建模狀 態下，單擊“編輯”菜單，選擇“曲線”選項，然后選擇“參數”指令，界面會出現“編輯曲線參數”對話框，然后選擇想要編輯的曲線，此時會彈出“編輯樣條”對話框，然后選擇“編輯點”指令，此時又會出現“編輯點”對話框，選擇“增量偏置”選項，并且勾選“微調”選項，然后選擇曲線上的需要調整的點，每選擇一個點都會出現一個設置偏量的對話框，本設計需要調整的坐標是 Z 值，因此在需要調整的點的偏值對話框中只需鍵入合適的 z 值，譬如說下墜的一端鍵入正值，上翹的那一端則需要鍵入負值，經過反復的調整，最后終于得到了一條趨勢正確的曲線，到此曲 線的處理已經完成。接下來是將“ curve_aligned1”曲面沿著交線的趨勢延伸出“ curve_aligned2” 曲面。此時需要延伸的角度和長度，因此需要在 Surfacer 軟件 ,測出 “ curve_aligned1” 曲面和“ curve_aligned2” 曲面的角度差，并且還要測出“ curve_aligned2” 曲面的長度。打開 Surfacer 軟件， 單擊“ Curve”中的“ Query” 選項，然后選擇“ Angle Between Curve Tangents”選項，然后出現對話框，選擇兩曲面上的點，以測得兩曲面 之間的角度差，測出的角度差平均是 85 度，界面如下圖 1 所示。然后在“ curve_aligned2” 曲面上選擇兩的合適的點，連成線條，然后點擊“ Object Info”圖標，顯示出面上線段的長度，即是“ curve_aligned2”面的長度，長度為 24，界面如下圖 2 所示：（由于此部分皆為細微部位，因此都采用了放大視圖以便于操作和觀察） 成都電子機械高等專科學校 汽車覆蓋件曲面的構建（逆向工程） 15 1 2 現在 “ curve_aligned2” 面的數據已經得到，現打開 UG 軟 件，單擊“插入”中的“自由形式特征”選項的“延伸”，然后在對話框中選擇“有角度的”選項，根據對話框提示選擇“ curve_aligned1” 面和“ curve_aligned2” 過渡曲面的交線作為延伸位置，輸入延伸的角度和長度，注意在輸入角度的時候應該是輸入 275 度，因為到底是輸入夾角還是補角要決定于坐標軸的指向，本課題中應選擇補角 ，即角度為 275 度，要即可得到如下圖所示的界面： 成都電子機械高等專科學校 汽車覆蓋件曲面的構建（逆向工程） 16 現將兩曲面的大體形狀與趨勢基本構建成功了。 接下來是構建較大的這個曲面了，借鑒前面構建 “ curve_aligned2” 曲面的方法 ，則較大的曲面可以由“ curve_aligned2” 曲面，通過延伸獲得。首先，在 UG 軟件中作業，單擊“插入”中的“曲線操作”選項中的“抽取”指令，在“提取曲線”的對話框中選擇“邊界曲線”命令，然后選擇要提取曲線的面，然后將鼠標停留在面的邊界上，稍作停留即可提取到邊界曲線。由“ curve_aligned2” 曲面延伸的較大曲面需要在 Surfacer軟件中測得偏移的角度及較大的曲面的長度 ,此步驟在前面已經有所使用，現不作詳細說明，大體步驟如下：在 “ curve_aligned2” 曲面和較大的曲面上分別找取一條相交的線條，然后單擊“ Curve” 中的“ Query” 選項，然后選擇“ Angle Between Curve Tangents”選項，即可測得兩曲面之間的夾角大約為 21 度，此時界面如下所示： 兩曲面的夾角已經測得后，接下來便是測出較大的曲面的寬度，方法為在較大的曲面上連結兩個邊界點生成一條線條，然后點擊 “ Object Info”圖標，測得線條的長度從而獲得較大曲面的寬度為 144，界面如下所示： 成都電子機械高等專科學校 汽車覆蓋件曲面的構建（逆向工程） 17 現在已經知道較大的面與 “ curve_aligned2” 曲面的夾角和較 大面的寬度，可以用構建“ curve_aligned2” 曲面的方法構建較大的面，但是經過多次的操作得知只是如此簡單的沿角度和寬度延伸曲面是無法達到要求的，所求的面發生了嚴重的翹曲，表現在一端嚴重的上翹而另一端發生嚴重的下墜，這樣的曲面是不可取的，因此需要尋取新的解決方案，但如何才能使得較大的面的趨勢與點云的趨勢保持一致是一個非常艱難的探索過程，我將近花了一天的時間尋取方法，這一階段是一個非常痛苦的過程，我也從中體會到逆向工程的困難，經過多次的嘗試及指導老師的指點最終確定了如下的一個方案：首先將前面由 Surfacer 軟件 導入 UG 軟件的點云資料“ curve_aligned” 顯示在界面上，然后在點云上面生成曲線，方法和前面生成曲線的方法相同，在 Surfacer 軟件中測出“ curve_aligned2” 曲面和“ curve_aligned” 曲 面 的 夾 角 ， 方 法 同 前 面 測“ curve_aligned1” 曲 面 和 “ curve_aligned2” 曲 面 的 方 法 相 同 ， 然 后 將“ curve_aligned2” 曲面的邊界線提取出來，方法是在“插入”中選擇“曲線操作”然后選擇“抽取”選項，此時界面會出現一個“抽取”對話框， 然后根據對話框的提示，逐 步選擇相應的選項， 從而完成邊界線的抽取操作，然后將“ curve_aligned” 生成的曲線與“ curve_aligned2” 曲面的邊界線求出交點， 使得“ curve_aligned” 面上的控制線的端點在“ curve_aligned2” 面的邊界線上， 然后再根據“ curve_aligned2” 曲面和“ curve_aligned” 曲面的角度將“ curve_aligned” 生成的曲線作進一步的調整，調整的方法同前面調整“ curve_aligned1” 曲面與“ curve_aligned2” 曲面交線的方法相同， 就是通過調 整點的坐標，從而調整“ curve_aligned” 上的線， 最終得到符合實際要求的控制線，然后將調整后的“ curve_aligned” 曲面的線 沿著“ curve_aligned2”面的邊界線釋放， 通過“掃掠”指令完成曲面的構建，構建的圖形如下圖所示： 成都電子機械高等專科學校 汽車覆蓋件曲面的構建（逆向工程） 18 以上便完成了下部一系列曲面的構建。 2.4 右下部小曲面的構建 在 Surfacer 軟件中 用鼠標左鍵單擊工具條中的“ Curve”選項 ,選擇“ construct 3D” 然后單擊“ Interactive 3D B-Spline” 選項 ,勾畫出右下曲面的邊界線 ,如 圖所示 : 將此文件保存為“ edg” IGES 格式文件。 應用同樣的方法生成一曲線如下圖所示： 將其保存為“ edg1” IGES 格式文件。 分析右下曲面可以知道整個面在總的趨勢上是一致的，只是在中間的某些部位發生了變化，因此可以將整個面用幾條直線控制，然后將形狀發生變化的部位再用控制線加以控制，具體構建的線條如下圖所示： 成都電子機械高等專科學校 汽車覆蓋件曲面的構建（逆向工程） 19 然后將以上文件導入 UG 軟件，進行面的構建操作，首先由幾條控制線分別構建出面，方法也是應用“掃掠”，然后將生成的面適當的擴大處理以符合實際的設計要求，然后將形狀發生變化的部位的控制線也 構建出相應的曲面，然后將整個趨勢上的面與形狀發生變化的面進行倒圓與剪裁操作，從而獲得符合設計要求的面。然后將邊界曲線“ edg”導入，將多余的面 剪裁掉，以得到實際的曲面。到此右下部小曲面的獨立構建已經完成，接下來便是要完成小曲面與上面的大曲面的銜接，操作步驟如下：在 Surfacer 軟件中測出右部小曲面與大面的角度，方法同前面測量角度的方法完全一樣，在此不作詳細的說明，在測出了兩個面的倒圓角的角度后，打開 UG 軟件，然后進行“倒圓面角”的操作，方法如下：在 UG 軟件的界面下，點擊“插入”然后選擇“特征操作”的“面圓角”指令，此時會彈出對話框，然后根據對話框中的提示逐步選擇要倒圓面角的兩個面，并在對話框中輸入圓面角的半徑大小，然后點擊“確定”按鈕便完成了兩 個面的倒圓面角的操作，然后再選擇“插入”中的“自由形式特征”然后選擇“剪裁的片體”指令，來完成片體面與面之間的多余部分的剪裁操作，具體的操作步驟如下：根據彈出的對話框