【正文】 ............................... 35 第五章 模型的整合，實(shí)體加厚與快速成型 ...................................................... 37 模型的整合 ................................................................................................ 37 模型實(shí)體加厚 ........................................................................................... 39 快速成型 技術(shù)概述 .................................................................................... 40 本章小結(jié) .................................................................................................... 43 總結(jié)與展望 ................................................................................................................ 44 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................... 45 致謝 ............................................................................................................................. 46 山東理工大學(xué) 引言 1 第一章 引 言 課題的背景和意義 車身覆蓋件作為汽車車身的重要組成部分，是整個(gè)汽車工業(yè)中非常關(guān)鍵的部分，很大程度上決定了開發(fā)周期和成本。汽車車身覆蓋件的設(shè)計(jì)其技術(shù)密集，模具技術(shù)難度大而繁雜，是車身制造技術(shù)的重要組成部分。 在今天我國已近成為世界汽車消費(fèi)第一大國，但是我國對于車身設(shè)計(jì)的研究工作較國外有很大差距，對于車身表面的處理及光順等工作還需付出相當(dāng)大的努力，我國一些大型汽車制造廠家仍然停留在相對落后的水平上，致使一些關(guān)鍵性技術(shù)不得不花費(fèi)大量外匯 ,依靠國外來設(shè)計(jì)加工。尤其是轎車 工業(yè)，覆蓋件的問題更加突出。我國的汽車工業(yè)正面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，如不能適應(yīng)這種快速變化的形勢，將會嚴(yán)重影響我國汽車制造業(yè)的生存和發(fā)展。因此如何利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法 ,加快車身總體和覆蓋件的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品不斷的更新?lián)Q代，是一個(gè)汽車品牌在市場竟?fàn)幹辛⒂诓粩≈氐闹匾▽殹? 本論文基于逆向工程完成快速成型技術(shù)實(shí)現(xiàn)車身覆蓋件的塑造成型，大大減少人工設(shè)計(jì)計(jì)算量，提高了設(shè)計(jì)精度，降低開發(fā)成本，對于汽車生產(chǎn)和覆蓋件模具制造具有較為積極的參考意義。 傳統(tǒng)車身覆蓋件設(shè)計(jì)方法 車身 覆蓋件較汽車構(gòu)造中的底盤和發(fā)動機(jī)來說，其生產(chǎn)開發(fā)準(zhǔn)備周期最長，信息共享率低，而且其圖紙及其工藝設(shè)計(jì)等工作量巨大，并且依靠經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過程中需要經(jīng)常進(jìn)行改型、改裝，較難實(shí)現(xiàn)底盤和發(fā)動機(jī)的系列化和通用化。 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，大量工作依靠工程人員手工設(shè)計(jì)完成，車身覆蓋件的設(shè)計(jì)信息和數(shù)據(jù)的表達(dá)基本上全部靠二維圖紙和油泥模型。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法山東理工大學(xué) 引言 2 無法克服的缺點(diǎn)要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 、物力、財(cái)力消耗量大。傳統(tǒng)的車身覆蓋件設(shè)計(jì)方法大量依靠工程人員手工操作完成，美工設(shè)計(jì)、工程技術(shù)以及其他部門之間要同協(xié)調(diào)合作。在二維 車身曲線圖的繪制，油泥模型的制作和保存，模具設(shè)計(jì)、制造、研配和調(diào)試、生產(chǎn)準(zhǔn)備中的工藝設(shè)計(jì)等都將耗費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力 [6]。 、設(shè)計(jì)精度較低、信息共享率低。周期長是因?yàn)橄鄬τ诂F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法傳統(tǒng)方法比較落后，工作效率較低；精度低是由于研發(fā)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)之間信息傳遞依靠“移形”這種信息共享率低的方式完成，而且原始數(shù)據(jù)經(jīng)過某些環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)換過程中，由于設(shè)計(jì)操作問題會不可避免的加入各種人為的誤差，這就導(dǎo)致生產(chǎn)的模具精度不能得到保障，只有靠技術(shù)熟練的設(shè)計(jì)人員手工研配來解決。 ，修改麻煩。傳統(tǒng)車身覆蓋件設(shè)計(jì)是一種單向，可逆程度非常低的過程，只要產(chǎn)品定型，后續(xù)修改就會變得非常困難，影響了后期產(chǎn)品的改進(jìn)或，改型較難實(shí)現(xiàn)底盤和發(fā)動機(jī)那樣的的系列化和通用化。 ?，F(xiàn)代汽車的設(shè)計(jì)過程中力求車身覆蓋件零部件結(jié)構(gòu)簡單而外部美觀大方，空間立體曲面越來越復(fù)雜化使得傳統(tǒng)的覆蓋件設(shè)計(jì)方法己很難滿足現(xiàn)代車身要求。 車身覆蓋件傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法流程如下圖所示。 圖 1— 1 車身覆蓋件傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法流程圖 山東理工大學(xué) 引言 3 現(xiàn)代車身覆蓋件設(shè)計(jì)方法 伴隨著科學(xué)技術(shù)的飛 速發(fā)展，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法也有了長遠(yuǎn)的發(fā)展和進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)、計(jì)算智能、圖形運(yùn)籌學(xué)、數(shù)值計(jì)算方法、塑性變形理論等進(jìn)步發(fā)展與傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)、分析方法、制造技術(shù)相結(jié)合，使得車身覆蓋件設(shè)計(jì)方法突破傳統(tǒng)限制，有了質(zhì)的飛躍。 CAE/CAD/CMA/CMIS 技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并廣泛為車身覆蓋件模具開發(fā)設(shè)計(jì)所應(yīng)用，形成了一種集成化、系統(tǒng)化、智能化研究方法。汽車覆蓋件 CAE/CAD/CMA/CMIS 技術(shù)以計(jì)算機(jī)為主要設(shè)備，以覆蓋件的力學(xué)、數(shù)學(xué)模型為依據(jù)，建立數(shù)字化模型，處理各種圖形、數(shù)字信息，輔助完成模型設(shè)計(jì)、成形分析、應(yīng)用評價(jià)中的 各種任務(wù)。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，按照產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息來源，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的流程要大致分為以下三大類： (概念設(shè)計(jì) )，如圖 1— 2 所示，設(shè)計(jì)產(chǎn)品的來源主要是圖片、模型或者造型人員的設(shè)計(jì)思維等。 (仿形設(shè)計(jì) )，如圖 1— 3 所示，設(shè)計(jì)產(chǎn)品信息來源主要是實(shí)物 (樣車 )或?qū)嵨锬Ｐ汀⒍S圖紙等。 (改型設(shè)計(jì) )。 圖 1— 2 正向設(shè)計(jì) 山東理工大學(xué) 引言 4 圖 1— 3 逆向設(shè)計(jì) 車身覆蓋件的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展 我們知道馬車車身對于初期汽車車身設(shè)計(jì)提供了 重要影響。由于在當(dāng)時(shí)人們更加看重的是汽車的動力性，對于外觀的設(shè)計(jì)相對來說要求比較寬松，人們更多的在考慮的是如何把人力從生產(chǎn)實(shí)踐中解放出來，而美觀方面研究的較晚。畢竟無論是汽油機(jī)、柴油機(jī)、還是蒸汽機(jī) ,其動力裝置與車身關(guān)系不大 ,當(dāng)初人們只是想設(shè)計(jì)“沒有馬的馬車”。 汽車車身覆蓋件的研發(fā)很多程度上是依靠逆向工程完成。逆向設(shè)計(jì)方法目前己在技術(shù)先進(jìn)的國外汽車行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。其設(shè)計(jì)軟件最主要的是美國 EDS 公司出品的 Imageware， 是最著名的逆向工程軟件 。此外還有 IBM 公司的子公司 Daussault 的 CATIA、 美國 Raindrop (雨滴 )公司出品的 Geomagic Studio、 英國 DELCAM 公司出品 CopyCAD、 韓國 INUS 公司出品的 RapidForm、參數(shù)技術(shù)公司的 PRO/Engineer 等。所有這些軟件都屬于通用機(jī)械設(shè)計(jì)軟件 ,具有較強(qiáng)的曲面設(shè)計(jì)、參數(shù)化設(shè)計(jì)能力或混和設(shè)計(jì)功能，并支持機(jī)械制造的全過程，即設(shè)計(jì)建模、工程分析、加工制造。 總體上，國內(nèi)逆向工程在汽車車身設(shè)計(jì)中應(yīng)用的深度和廣度上較國外先進(jìn)水平相比還有很大差距，尤其在 CAD/CMA 集成應(yīng)用等方面還處于起步階段。國內(nèi)計(jì)算機(jī)用于汽車設(shè) 計(jì)始于 70 年代。長春第一汽車技術(shù)中心引進(jìn)了山東理工大學(xué) 引言 5 國內(nèi)第一套虛擬設(shè)計(jì)設(shè)備之后，曾經(jīng)試圖著推出了一套用來結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的汽車造型開發(fā)流程，為中國在汽車造型設(shè)計(jì)趕超國際先進(jìn)水品的新出路上率先邁出了一步，中國的汽車造型虛擬設(shè)計(jì)會有令世人刮目相看的成果。國內(nèi)很多中小汽車企業(yè)由于資金、設(shè)備和人員的限制 ,使得對 CAD的應(yīng)用水平不高。 國內(nèi)目前廣泛采用的汽車造型設(shè)計(jì)流程與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程還是很相似的，如果有不同的話也是在一些細(xì)節(jié)上，例如物理模型的制作方法，后期的試驗(yàn)種類等等，如今的汽車車身無論是在流線還是在材料方面都有著令人震驚的地方， SUV 的車型在近幾年尤其受歡迎，不僅空間足夠的大而且夠舒適，使其越來越受消費(fèi)者的青睞。寶馬，奔馳，大眾等系列的車型更是越來越多，琳瑯滿目，幾年來車身的發(fā)展是有目共睹的。 簡單來說要完成基于快速成型技術(shù)的轎車車身覆蓋件的設(shè)計(jì)需要熟悉 UG 逆向設(shè)計(jì)相關(guān)理論和設(shè)計(jì)方法。需要完成的工作主要有一下幾個(gè)方面： （ 1） .依據(jù) CAGD 理論，研究曲面基本構(gòu)建方法。 （ 2） .由點(diǎn)云到曲面的逆向構(gòu)建方法。 （ 3） .過渡曲面的構(gòu)造及其連續(xù)性如何保證。 （ 4） .基本曲面交線與過渡曲面之間的關(guān)系。 （ 5） .車身外覆蓋件曲面建模及分析，滿足成型尺寸要求的車身分塊，分層軟件檢查與驗(yàn)證。 （ 6） .再重構(gòu)曲面，并進(jìn)行曲面品質(zhì)分析，生成 CAD 模型；主要處理頂蓋及車身后部部分，之后和本組同學(xué)組合完成整車模型。 山東理工大學(xué) 轎車車身三維測量技術(shù) 6 第二章 轎車車身三維測量技術(shù) 逆向工程 逆向工程（又稱逆向技術(shù)），與傳統(tǒng)的產(chǎn)品正向設(shè)計(jì)方法不同 的 是一種產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)再現(xiàn)過程，即對一項(xiàng)目標(biāo)產(chǎn)品進(jìn)行逆向分析及研究，從而演繹并得出該產(chǎn)品的處理流程、組織結(jié)構(gòu)、功能特性及技術(shù)規(guī)格等 設(shè)計(jì)要素，以制作出功能相近，但又不完全一樣的產(chǎn)品。逆向工程源于商業(yè)及軍事領(lǐng)域中的硬件分析。其主要目的是在不能輕易獲得必要的生產(chǎn)信息的情況下，直接從成品分析，推導(dǎo)出產(chǎn)品的設(shè)計(jì)原理。 逆向工程技術(shù)從一開始的出現(xiàn)就廣受好評，備受國家和企業(yè)的關(guān)注，尤其是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，逆向工程已成為 CAD/CAM 系統(tǒng)中的一個(gè)研究及應(yīng)用熱點(diǎn) ,并發(fā)展成為一個(gè)相對獨(dú)立的領(lǐng)域。汽車行業(yè)作為國家制造也得核心行業(yè)，其中逆向工程技術(shù)在汽車業(yè)的應(yīng)用占據(jù)著十分重要的位置。 國內(nèi)基于實(shí)物的逆向工程主要是用于對產(chǎn)品的復(fù)制和仿制 ,尤其是外觀產(chǎn) 品的設(shè)計(jì) ,由于不涉及到復(fù)雜的動力學(xué)分析、材料、加工熱處理等技術(shù)難題 ,我國沿海地區(qū)許多家用電器、玩具、摩托車、汽車等產(chǎn)品企業(yè)的開發(fā)及生產(chǎn)模式 ,就利用該技術(shù)對國外產(chǎn)品的簡單照抄和照搬。汽車開發(fā)已經(jīng)有一百多年 ,其以往的設(shè)計(jì)方法主要是正向開發(fā)設(shè)計(jì) .但隨著三坐標(biāo)測量儀、激光掃描設(shè)備和各種新型 3D 軟件的飛速發(fā)展 ,整車的逆向反求設(shè)計(jì)方法則逐漸成為了目前國內(nèi)外新興起的一種高效率、少投入、快產(chǎn)出的汽車開發(fā)設(shè)計(jì)方法 . 20xx 年閆華，林巨廣等人對汽車覆蓋件逆向工程中的若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探討，并指出了這些技術(shù)的重要性。 1996 年李海龍 ,董金祥等人對基于全局模型的產(chǎn)品特征造型系統(tǒng)進(jìn)行了研究 .1991 年 Choi B K 對表面模型的 CAD 技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)，指出了 CAD 技術(shù)在表面模型中應(yīng)用的可能性。Warnecke Bassler R 對設(shè)計(jì)進(jìn)程中的模擬技術(shù)進(jìn)行了研究，指出了在設(shè)計(jì)中逆向工程應(yīng)用的重要性。 山東理工大學(xué) 轎車車身三維測量技術(shù) 7 點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取 在逆向工程中，物體的表面數(shù)字化是關(guān)鍵的第一步，是逆向工程的基礎(chǔ)。只有獲取測量數(shù)據(jù)，才能進(jìn)行誤差分析和曲面比較，進(jìn)一步進(jìn)行曲面重建 (CAD 建模 )，同時(shí)測量點(diǎn)的分布和數(shù)量也直接影響這后繼曲面重建方法的效率和重建曲 面的品質(zhì)。實(shí)物的三維離散采樣速度及數(shù)據(jù)質(zhì)量是影響逆向工程技術(shù)應(yīng)用的重要因素之一?，F(xiàn)有的三維數(shù)據(jù)的獲取方法基本上可分為兩大類，即接觸式與非接觸式，如圖所示。 圖 21 點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取方法 而在本次的數(shù)據(jù)獲取中采用的是德國 GOM 的 ATOS 測量系統(tǒng)，其可以在 1min 內(nèi)完成一幅包括 430000 個(gè)像素點(diǎn)的測量 ,精度達(dá) 。 ATOS掃描儀的測量原理如下 : ATOS 掃描頭上的投影裝置將光柵投影到被掃描工件表面 ,受被測工件表面高度的影響 ,光柵影像發(fā)生變形 ,利用兩個(gè)以不同角度安裝的 CCD 數(shù)碼相機(jī)同時(shí)攝取 圖像 ,通過解相技術(shù) ,解決兩幅圖像上空間點(diǎn)的對應(yīng)問題 ,獲得被測物體形體的三維坐標(biāo)信息 ,而空間物體表面某點(diǎn)的三維幾何位置與其在圖像中對應(yīng)點(diǎn)之間的相互