基于UG的三維模型快速擬合對齊的方法

任鵬

（飛龍汽車部件股份有限公司，河南南陽 474500）

在模具設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)常會存在客戶提供的三維模型其開模方向坐標(biāo)系與絕對坐標(biāo)系不一致的情況，即我們常說的產(chǎn)品模型未擺正。這種視圖方向不便于設(shè)計(jì)者觀察分析模型結(jié)構(gòu)，制定模具設(shè)計(jì)方案及后期的模具設(shè)計(jì)工作。為使模具設(shè)計(jì)工作快捷、方便，設(shè)計(jì)者會調(diào)整三維模型的位置，使產(chǎn)品視覺上擺正，符合模具設(shè)計(jì)視圖方向的需要。當(dāng)客戶產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)生變更時，因新老模型的位置不一致，需要擬合對齊新老模型，來對比分析二者存在差異的位置，通過局部借用客戶的變更設(shè)計(jì)，更可以快速的調(diào)整原模具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，避免重新設(shè)計(jì)，減少變更造成的附加工作量。這樣既保證了客戶變更位置對應(yīng)模具設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，且可以避免模具設(shè)計(jì)周期的加長延后，以符合客戶交付節(jié)點(diǎn)的需求。通過在模具設(shè)計(jì)過程中，不斷的學(xué)習(xí)摸索，總結(jié)了以下在UG中普遍適用的快速實(shí)現(xiàn)三維模型擬合對齊的方法。下面將以中文版UG10.0版本為實(shí)例來闡述具體的操作方法。

1 普遍適用的快速擬合對齊方法的必要性

在之前的模具設(shè)計(jì)過程中，為解決這種擬合對齊的問題，有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者主要使用以下兩種方法：（1）在調(diào)整產(chǎn)品位置前，在數(shù)模的某一點(diǎn)建立一個基于開模方向的基準(zhǔn)坐標(biāo)系，以此基準(zhǔn)坐標(biāo)系和絕對坐標(biāo)系的相對位置來調(diào)整模型位置。后期需要擬合對齊三維模型時仍以此基準(zhǔn)坐標(biāo)系為參考。但在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)者往往還需要建立其他的基準(zhǔn)坐標(biāo)系，此種情況下二者極易混淆，造成操作過程中誤刪除此參考的基準(zhǔn)坐標(biāo)系，操作不便。（2）在移動三維模型的過程中對旋轉(zhuǎn)角度或移動距離等過程的數(shù)據(jù)進(jìn)行備錄，后期參照備錄的數(shù)據(jù)，仿照之前的操作逐步完成擬合對齊，但此方法，會因產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變更造成前后選取的旋轉(zhuǎn)軸和移動的方向有偏差，造成擬合對齊結(jié)果的誤差，需一步一步的調(diào)整并驗(yàn)證對齊情況，操作繁瑣，不符合當(dāng)下設(shè)計(jì)者對工作高效性的追求。

另外，企業(yè)檔案管理規(guī)定所有的設(shè)計(jì)方案需要提交客戶或者公司內(nèi)部存檔備案，便于后期的調(diào)用或優(yōu)化修改。以上兩種方法雖然可以實(shí)現(xiàn)三維模型的擬合對齊，但此方法僅限于原始的設(shè)計(jì)者自己清楚擬合對齊的過程數(shù)據(jù)和信息，不便于公司內(nèi)其他設(shè)計(jì)者對此設(shè)計(jì)進(jìn)行更改調(diào)整，不適應(yīng)企業(yè)人才流動性大的特點(diǎn)，沒有普遍的適用性。這就需要一種普遍適用且快捷的方法來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品三維模型的擬合對齊。

2 擬合對齊方法步驟

2.1 三點(diǎn)擬合法

三點(diǎn)擬合法顧名思義即通過新老模型上各3個不同位置的點(diǎn)擬合對齊模型。此方法不需要其他多余的操作和過程數(shù)據(jù)的記錄等工作。下面詳細(xì)說明操作的步驟方法。

2.1.1 準(zhǔn)備工作

在UG軟件中導(dǎo)入新老三維模型并將兩個三維模型分別放在不同的圖層，對兩個三維模型著色（如圖1），這便于擬合后通過關(guān)閉/打開圖層和不同的顏色對比來觀察確認(rèn)差異。

圖1 擬合前模型狀態(tài)及著色示例

2.1.2 移動對齊

選擇菜單欄中<編輯>-<移動對象>命令或者用Ctrl+T快捷鍵直接打開<移動對象>命令對話框[2]；隱藏老模型，在對象欄中點(diǎn)擊選取新模型。

在運(yùn)動欄下拉列表中選取CSYS到CSYS選項(xiàng)。然后分別在起始和目標(biāo)CSYS右側(cè)下拉菜單欄里選擇（原點(diǎn)、X點(diǎn)、Y點(diǎn)）選項(xiàng)。在起始CSYS中分別點(diǎn)擊選取新模型上的三個點(diǎn)，然后反隱藏模型（或者用Ctrl+Shift+B快捷鍵），顯示出老模型，在目標(biāo)CSYS欄依次選取老模型上的三個點(diǎn)，效果如圖2所示。

圖2 “移動對象”對話框及對象選擇

在結(jié)果欄中選擇移動對象，點(diǎn)擊確定后即完成模型的擬合對齊，對齊結(jié)果如圖3所示。

圖3 擬合對齊結(jié)果

操作過程中三個需要注意的要點(diǎn)：一是選取的點(diǎn)必須是相同特征位置的點(diǎn)，例如，新模型選取的點(diǎn)是某一位置邊線的端點(diǎn)，那么老模型選取的點(diǎn)也必須是對應(yīng)相同位置相同邊線的端點(diǎn)。二是選取點(diǎn)的先后順序必須一致，前后一一對應(yīng)。例如新模型某一位置的點(diǎn)是第二個點(diǎn)，那么老模型同一位置選取的點(diǎn)也必須是第二個點(diǎn)。三是選取的點(diǎn)的位置應(yīng)盡量分散，使三點(diǎn)在空間里的相對位置較大，避免選點(diǎn)過于集中，使擬合結(jié)果僅為局部對齊。

2.1.3 檢驗(yàn)

完成后通過各個結(jié)構(gòu)面的貼合情況查看兩個模型是否對齊。然后用<求差>命令在新老模型間求差，若結(jié)果顯示目標(biāo)體完全處于工具體內(nèi)，無法完成求差，或者求差后剩余的特征僅為客戶變更的特征則說明二者完全擬合對齊。

2.2 點(diǎn)集擬合

點(diǎn)集擬合原理與三點(diǎn)擬合一致，不同之處在于點(diǎn)集擬合選取點(diǎn)的個數(shù)是自由的，不限于三個點(diǎn)。但因太少的點(diǎn)使對齊結(jié)果不準(zhǔn)確，太多的點(diǎn)對于對比結(jié)果也沒有效用反而增加了工作量，所以建議設(shè)計(jì)者選取的點(diǎn)在3～6個之間即可。點(diǎn)集擬合具體的操作步驟如下：

（1）選擇菜單欄中<編輯>-<對齊>-<點(diǎn)集到點(diǎn)集>命令打開對話框；

（2）第二步類似三點(diǎn)擬合，依次選取移動對象、出發(fā)點(diǎn)、終點(diǎn)，之后點(diǎn)擊確定；

（3）檢驗(yàn)對齊情況的方法同三點(diǎn)擬合。

3 總結(jié)

通過實(shí)踐驗(yàn)證，這種點(diǎn)擬合對齊的方法可以快速的實(shí)現(xiàn)三維模型的對比分析，同時消除了人本因素在設(shè)計(jì)中的限制，減少了設(shè)計(jì)過程中的局限，具有一種普遍的適用性，使設(shè)計(jì)者這一主體在設(shè)計(jì)工作中可以變換。同時，設(shè)計(jì)信息的傳遞也變的更加簡潔、清晰，易于操作。綜合驗(yàn)證，此方法具有推廣使用的意義。鑒于良好的使用效果，將此方法匯總整理，以便更多同行業(yè)設(shè)計(jì)者們可以借鑒使用，使設(shè)計(jì)者們的設(shè)計(jì)工作更便捷、輕松。