【正文】 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。 、設(shè)計(jì)精度較低、信息共享率低。 。 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。 (改型設(shè)計(jì) )。 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。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。國(guó)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(duì) CAD的應(yīng)用水平不高。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。 （ 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。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。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(cè)量?jī)x、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(guó)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(duì)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。只有獲取測(cè)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(cè)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)。 ATOS掃描儀的測(cè)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(cè)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(duì)應(yīng)問題 ,獲得被測(cè)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(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的相互關(guān)系 ,是由攝像機(jī)成像的幾何模型決定 ,這些幾何模型參數(shù)就是攝像機(jī)參數(shù)。因而必須對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，由于許多測(cè)量系統(tǒng)軟件本身可以對(duì)山東理工大學(xué) 轎車車身三維測(cè)量技術(shù) 9 點(diǎn)云進(jìn)行預(yù)處理，包括排除噪聲數(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)壓縮和歸并多余數(shù)據(jù)，遺失點(diǎn)補(bǔ)齊，三角面片化等。另外一種是基于對(duì)數(shù)法矢量的一種切割方法，這種方法相對(duì)于前一種相對(duì)繁瑣，需要大量的計(jì)算，在這里不做詳細(xì)的說明。在本設(shè)計(jì)中，對(duì)整個(gè)的車身頂蓋及后部部分做網(wǎng)格曲面，如圖 25 所示。線條的 構(gòu)建 可以通過點(diǎn)建立、線生成和面生成來完成。通過分析可運(yùn)用調(diào)整控制點(diǎn)的方法來調(diào)整曲線峰頂點(diǎn)和谷底點(diǎn)、曲率方向的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，以期達(dá)到曲線光順的要求。面的構(gòu)建直接影響到整個(gè)模型的構(gòu)建，因此在構(gòu)建面的時(shí)候需要做到足夠的優(yōu)秀，為后面的一系列工作打好基礎(chǔ)。近幾十年來 ,由于實(shí)際問題，不斷對(duì)曲線曲面有新的要求 ,多種曲面造刑技術(shù)己發(fā)展和成熟起來。這樣在以后進(jìn)行面與面直接的拼接，過渡，倒圓角等的操作時(shí)會(huì)有利。值得注意的是，由于控制頂點(diǎn)是整山東理工大學(xué) 車頂蓋及車身后部部分曲面重構(gòu) 14 行整列的增加，一方面可以更好的控制曲面的總體趨勢(shì)，另一方面又可盡可能少的控制頂點(diǎn)對(duì)曲面進(jìn)行調(diào)整，保證了其部分的光順性。 后擋風(fēng)玻璃點(diǎn)云測(cè)量 后擋風(fēng)玻璃在車身覆蓋件中起著一個(gè)保護(hù)人體，遮擋風(fēng)沙，石塊的作用，因此材料至關(guān)重要，形狀至關(guān)重要。在進(jìn)行曲面構(gòu)建的同時(shí)，需要使曲面的截面分析曲線和點(diǎn)云的截面分析曲線偏差滿足要求，為此，做如圖 35 所示的測(cè)量。一些被稱為“二廂半”的轎車，其行李箱向上延伸，包括后檔風(fēng)玻璃在內(nèi)，使開啟面積增加，形成一個(gè)門，因此又稱為背門，這樣既保持一種三廂車形狀又能夠方便存放物品。 行李箱蓋頂部曲面構(gòu)建 行李箱蓋頂部的曲面構(gòu)建方法滿足要求類似于頂蓋和玻璃，如圖 36所示， 經(jīng)觀察頂蓋部分比較平，對(duì)于曲面的構(gòu)建是簡(jiǎn)單的，在曲面的分析X 成形過程中對(duì)于控制頂點(diǎn)的調(diào)節(jié)也是比較簡(jiǎn)單，不需要做大的變動(dòng)。 圖 39 掛牌處底面，側(cè)面曲面構(gòu)建 要想得到如下圖 310 所示的曲面，可將建好的曲面進(jìn)行“編輯 曲面 擴(kuò)大”處理，在確定后要注意將原先的面刪除，對(duì)于不能刪除的部分要將其移動(dòng)至其他圖層，這樣在所建面的圖層是單純干凈的，有利于面的選擇和面的連接過渡。 圖 311 面之間的相交線 山東理工大學(xué) 車頂蓋及車身后部部分曲面重構(gòu) 19 圖 3 曲面的剪切 修剪后的模型如圖 312 所示，這相當(dāng)于在一個(gè)大的曲面挖去一個(gè)面，對(duì)于模型的倒圓角，過渡之類，本文后面內(nèi)容會(huì)有所介紹。如圖 313，在曲面的構(gòu)建過程中由于面的彎曲度比較高，所以建面的方式也比較麻煩，要在 X 成形處采用多邊形的方式將控制頂點(diǎn)整條的集中，如圖 314，這樣才能在彎曲的地方使點(diǎn)云的截面曲線與曲面的截面曲線更好的貼合。 從汽車的發(fā)展以來，翼子板的形狀有各式各樣的，輪包的曲面構(gòu)建也在一直挑戰(zhàn)著人們的智慧，縱觀各國(guó)的構(gòu)建方法，在輪包的構(gòu)建當(dāng)中，日本人的構(gòu)建方法是尤為可取的。這樣做出來的模型誤差會(huì)相對(duì)來說大很多。在建模的過程中，掌握了面的基本構(gòu)建方法。 圖 42 是光順點(diǎn)云數(shù)據(jù)后獲得的數(shù)據(jù)模型斑馬線分析圖。對(duì)于轎車車身，表面是需要極其光順的，該要求是嚴(yán)格的。 (4)在調(diào)整曲面時(shí) ,要先整條線的調(diào)整然后再去調(diào)整一個(gè)一個(gè)的控制頂點(diǎn) ,先做宏觀的調(diào)整然后是微觀調(diào)整 ,先整體大面積的修正然后再局部修正小的部分 ,按照這種方法來提高曲面的光順效率。在本次的建模過程中主要用到了過渡圓角的方法和曲面的橋接技術(shù)。 圖 45 行李箱蓋的兩個(gè)曲面 對(duì)于面倒圓的過程，要特別的注意：（ 1）方向的選擇，選對(duì)方向是至關(guān)重要的。有時(shí)的無法導(dǎo)出也可能是因?yàn)榘霃竭^大或過小的原因，需要具體分析。 山東理工大學(xué) 曲面光順、拼 接 28 46 行李箱蓋的兩個(gè)面之間的面倒圓 47 處理好的掛牌處形狀 （ 2） 軟倒圓方法 軟倒 圓方法構(gòu)造過渡曲面的命令在“插入 細(xì)節(jié)特征 軟倒圓”處。該方法構(gòu)造的過渡圓角曲面與原曲面的連續(xù)性有相切連續(xù) ，撓 率連續(xù)和 曲 率連續(xù) 3 種情況，所以這種方法對(duì)于各種車身曲面都適用。然后再對(duì)其半徑約束山東理工大學(xué) 曲面光順、拼 接 30 進(jìn)行設(shè)置。如圖 410，有如此表示，出現(xiàn)選擇的切割曲線是紅色的，且一端或兩端顯示多條短曲線相交，如圖 這樣說明曲線是不封閉的，需要進(jìn)行添加曲線組成封閉的樣條，才能修 剪出所需要的模型。 圖 411 頂蓋與后擋風(fēng)玻璃的邊的匹配 山東理工大學(xué) 曲面光順、拼 接 33 再如，在構(gòu)建后翼子板的過程中，為了對(duì)整個(gè)面進(jìn)行圓角過渡，需要面有一定的連順性，否則面與面之間就會(huì)有漏洞，圓角也無法倒出，在此處對(duì)面進(jìn)行匹配，如圖 412 所示。圖 412為基準(zhǔn)面的構(gòu)建圖。 在后擋風(fēng)玻璃，行李箱蓋和后圍部分建模的過程中，經(jīng)過分析，只需要建立一半的模型即可，另一半需要經(jīng)過“鏡像”得到，具體的操作如圖414. 圖 413 基準(zhǔn)面與建好模型 在“插入 關(guān)聯(lián)復(fù)制 鏡像體 ”中進(jìn)行選擇鏡像，也有“鏡像特征”的山東理工大學(xué) 曲面光順、拼 接 35 選擇，但由于，在曲面的過渡連接方面，面已經(jīng)成體，所以“鏡像體”會(huì)合理一些。在本章中的重點(diǎn)及在本設(shè)計(jì)中耗時(shí)最長(zhǎng)的為掛牌處得圓角過渡和輪包的建立倒圓角。在輪包的建立處耗費(fèi)了大量的時(shí)間，其主要在于面的劃分，確定了面的劃分和方法后，然后就是對(duì)面的拼接技巧，在文章前面已經(jīng)提起過，對(duì)于倒圓角就將會(huì)相對(duì)簡(jiǎn)單。 對(duì)插入進(jìn)去的模型進(jìn)行面的連接與過渡，多余曲面的剪切，最后生成如圖 53 所示模型，最后對(duì)模型進(jìn)行鏡像，在鏡像的過程中選好基準(zhǔn)平面，然后選好要鏡像的面的即前后車門，經(jīng)過鏡像功能得到最后面的模型，如圖 54 所示。 山東理工大學(xué) 模型的整合，實(shí)體加厚與快速成型 39 圖 54 整合后的模型 模型實(shí)體加厚 對(duì)建好光順好的模型需要進(jìn)行實(shí)體的加厚，如圖 55 所示為覆蓋件后擋風(fēng)玻璃與小玻璃的實(shí)體加厚。 山東理工大學(xué) 模型的整合，實(shí)體加厚與快速成型 40 圖 55 后擋風(fēng)玻璃與小玻璃的實(shí)體加厚 快速成型技術(shù)是快速原型制造技術(shù)的簡(jiǎn)稱， 英文： Rapid Prototyping（簡(jiǎn)稱 RP 技術(shù)），或 Rapid Prototyping Manufacturing，簡(jiǎn)稱 RPM。 1979 年?yáng)|京大學(xué)的中川威雄教授 ,利用分層技術(shù)制造了金屬?zèng)_裁模、成型模和注塑模。就在同一年， 及其UVP 的股東們成立了 3DSystem 公司，許多快速成型的相關(guān)概念和技術(shù)就是由 3DSystem 公司研發(fā)成熟的。 Scott Crump 在 1988 年提出了 Fused Deposition Modeling(FDM) 的思想， 1992 年開發(fā)了第一臺(tái) 商業(yè)機(jī) 型3DModeler[9]。 (2)分層實(shí)體制造（ LOM） 它是根據(jù) CAD 模型數(shù)據(jù)用激光器對(duì)背面涂有熱融膠的紙切割出其某層的內(nèi)外輪廓，然后用熱軋輥滾壓，使該層和底下各層粘在一起，如此反復(fù)，逐層切割、滾壓直到得到該零件原型。用該方法制做的紙質(zhì)零件原型質(zhì)似硬木，精度達(dá) ，可在 200 錯(cuò)誤 !未找到引用源。一層完成后再進(jìn)行下一層，新一層與其上一層被牢牢地?zé)Y(jié)在一起。 (4)熔融沉積成形 (FDM 又叫噴絲制造 ) 它是用 特制的噴頭在一層截面上逐點(diǎn)噴出熱融化的塑性絲，然后固化，形成該層截面。 2. 產(chǎn)品的單價(jià)幾乎與批量無關(guān)，特別適合于新產(chǎn)品的開發(fā)和單件小批量零件的生產(chǎn)。 6. 與傳統(tǒng)方法結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)快速鑄造，快速模具制造，小批量零件生產(chǎn)等功能，為傳統(tǒng)制造方法注入新的活力。 4. 無切割、噪音和振動(dòng)等，有利于環(huán)保。直接型殼制造法是用特殊粘結(jié)劑代替激光，直接粘結(jié)各種粉末而形成模型，用該法粘結(jié)型砂就可以直接制做鑄造砂型。該工藝的特點(diǎn)是材料適應(yīng)面廣，不僅能制造塑料零件，還能制造陶瓷、金屬、蠟等材料的零件。 （ 3） 選擇性激光燒結(jié) (SLS) SLS(Selective Laser Sintering)工藝，常采用的材料有金屬、陶瓷、 ABS塑料等材料的粉末作為成形材料。 LOM 軟件控制下，激光切割頂層的橫截面輪廓，然后將余下的物山東理工大學(xué) 模型的整合，實(shí)體加厚與快速成型 42 料 做剖面線切割，形成小方格方便以后清除。該工藝的特點(diǎn)是：原型件精度高，零件強(qiáng)度和硬度好，可制造出形狀特別復(fù)雜的空心零件，生產(chǎn)模型柔性化好，可隨意拆裝 ，是間接制模的理想方法。 1984 年 Michael Feygin 發(fā)明了分層實(shí)體制造 (Laminated Object Manufacturing， LOM)的方法，并于 1985 年成立了 Helisys 公司，LOM1015 作為第一臺(tái)商業(yè)機(jī)型也于 1990 年前后開發(fā)成功。 20 世紀(jì) 70 年代末到 80 年代初期， 1978 年美國(guó) 3M 公司的、 1980 年日本的小玉秀男、 1982 年美國(guó) UVP 公司的 以及 1983 年日本的丸谷洋二，在不同時(shí)間不同地點(diǎn)分別獨(dú)立地提出了 RP 的概念，即利用連續(xù)層的選區(qū)固化產(chǎn)生三維實(shí)體。分層制造三維物體的概念，最早出現(xiàn)在制造技術(shù)并不發(fā)達(dá)的 19 世紀(jì)。加厚的方法是“插入 偏置 \縮放 加厚 ”。在過渡區(qū)域面的光順也是應(yīng)該要進(jìn)行的。 山東理工大學(xué) 模型的整合，實(shí)體加厚與快速成型 37 第五章 模型的整合，實(shí)體加厚與快速成型 模型的整合 在本次的設(shè)計(jì)中主要做的是車頂蓋和轎車后部部分的模型，還需要與本組其他的同學(xué)做的車門進(jìn)行整體的組合，其他同學(xué)做的模型如下圖所示，圖 51 為轎車車前門的模型圖，圖 52 為轎車后車門的模型圖。 （ 2）倒的圓角超出了范圍，這是由于曲面的構(gòu)建時(shí)在其他沒選定倒圓角的地方，有圓角的生成，需要進(jìn)行面的調(diào)整或進(jìn)行倒角的設(shè)置。 圖 414 模型的鏡像 圖 415 總的模型生成 本章主要是對(duì)面