【文章內容簡介】 開發(fā)中 ， 逆向設計已經(jīng)成為必不可少的重要技術手段。汽車車身的逆向設計對點云測量和曲面重構提出了很高的要求。點云測量的質量主要取決于測量設備的精度 ， 而曲面重構的品質還與所選用數(shù)據(jù)處理軟件的功能與數(shù)據(jù)處理的策略有關。 汽車車身產品逆向設計關鍵技術逆向設計在汽車車身產品開發(fā)中 , 有兩項關鍵技術：準確、高效的從手工油泥模型上采集三維點云數(shù)據(jù)；快速、高質量的創(chuàng)建曲面數(shù)學模型。 點云數(shù)據(jù)采集技術 ： 點云數(shù)據(jù)采集是將油泥模型曲面以空間點三維坐標的形式離散化 ， 所采集的點云數(shù)據(jù)是曲面擬合或曲面檢測的基礎 。 目前常用的點云數(shù)重慶 理工大學 畢業(yè)設計論文 基于 A6L 型汽車 3D 數(shù)據(jù)的后車門設計 12 據(jù)采集方法有 3 種 ： 接觸式三坐標測量機測量 測量精度較高 ,測量效率較低 ， 由于測量時接觸被測物體 ， 易劃傷其表面 ，適于測量點、特征線、孔等幾何特征。 線狀激光束測量 (相位測量 ) 將周期性的光柵投影到被測曲面上 ， 通過光柵圖像的調制解調 ， 求出被測曲面形狀的三維信息。其測量范圍大 ， 速度快 ， 但只能測量起伏不大的較平坦曲面 , 曲面變化大時測量精度較低。 光柵投影式測量 (照相測量 ) 將光柵投影到物體表面 ， 形成一塊待測區(qū)域 ， 由光學掃描系統(tǒng)測取實物的表面數(shù)據(jù) ， 用數(shù)碼像機獲取特征標志點的三維坐標位置。光柵投影式測量輕便靈活 ，易于攜帶 ， 可進行異地測量 ； 非接觸測量 ， 對被測物表面無劃傷 ； 復雜或大面積表面可分塊測量 ； 測量速度快 ， 點云密度高 ； 測量精度高 ， 在 /100 mm100 mm 以內 ， 綜合測量精度在 /1000 mm 以內。 在車身設計中 ， 要求車身外表面和內飾表面光順?！肮忭槨庇小肮饣焙汀绊樠邸敝?， 它包括數(shù)學和主觀美學兩方面描述 。 曲面光順描述受主觀因素影響 ，不同汽車制造 廠 制定了不同的分級標準。汽車車身表面曾有 A、 B、 C 三級之分 , 其中 ： A 面為車身外表面 ,即白車身 ,要求滿足上述曲線、曲面光順的全部條件 ； B 面為不重要表面 (含內飾表面 )， 要求滿足曲線、曲面光順的基本條件 ； C 面為不可見表面。隨著制造技術的進步 ， 汽車內飾表面也被列入 A 級要求 ， 因此分類方 法也隨之簡化 ， A 面為可見 (可觸摸 )表面 ； B 面為不可見表面。 逆向設計需要相應的軟件支撐。逆向設計主要應用軟件有 :GeoMagic、CopyCAD RapidForm、 QuickForm、 UG 及 CATIA 等。不同軟件各有所長 ， 應根據(jù)不同曲面的結構特點和測量數(shù)據(jù)的特點 ， 選用不同軟件 ； 或在逆向設計的不同階段 ， 采用不同軟件 ， 以提高設計質量和效率。 UG 在逆向工程技術中的應用 多年來， UGS 一直在支持美國通用汽車公司實施目前全球最大的虛擬產品開發(fā)項目，同時 Unigraphics 也是日本著名汽車零部件 制造商 DENSO 公司的計算機應用標準，并在全球汽車行業(yè)得到了很大的應用，如 Navistar、底特律柴油重慶 理工大學 畢業(yè)設計論文 基于 A6L 型汽車 3D 數(shù)據(jù)的后車門設計 13 機廠、 Winnebago 和 Robert Bosch AG 等。另外， UG 軟件在航空領域也有很好的的表現(xiàn)：在美國的航空業(yè)，安裝了超過 10,000 套 UG 軟件；在俄羅斯航空業(yè)，UG 軟件具有 90%以上的市場；在北美汽輪機市場， UG 軟件占 80%。 UGS 在噴氣發(fā)動機行業(yè)也占有領先地位，擁有如 Pratt amp。 Whitney 和 GE 噴氣發(fā)動機公司這樣的知名客戶。航空業(yè)的其它客戶還有： B/E 航空公司、波音公司、 以色列飛機公司、英國航空公司、 Northrop Grumman、伊爾飛機和 Antonov。 同時， UGS公司的產品同時還遍布通用機械、醫(yī)療器械、電子、高技術以及日用消費品等行業(yè)，如： 3M、 WillPemco、 Biomet、 Zimmer、飛利浦公司、吉列公司、 Timex、 Eureka 和 Arctic Cat 等 。 UG 進入中國以后，其在中國的業(yè)務有了很大的發(fā)展，中國已成為其遠東區(qū)業(yè)務增長最快的國家。 UG 曲面造型技術主要有規(guī)則曲面造型和復雜曲面造型兩種，復雜曲面的造型設計是產品設計的難點 和重點。曲面構造的方式，可分為以下幾類 ： (1)掃描曲面：發(fā)生線沿“脊線”運 動掃過形成 的曲面； (2)截面驅動曲面：控制各截面形狀／面積，按“脊線”運動形成的 曲面； (3)連接曲面：以確定的控制線對兩個曲面倒圓形成的曲面； (4)填充曲面：在已有的曲面圍成區(qū)域的空白處填充形成的曲面 ； (5)布爾運算：對幾個曲面的布爾運算形成的曲面。 UG 軟件還可以對曲面外形進行分析，檢查曲面或曲線間的細縫大小與連續(xù)性，檢查曲線、曲面的曲率，分析曲面的品質，檢查幾何元素問的距離等。 UG提供了反射線、反曲線、影像映射 等多種檢查曲面品質功能，通過檢查、修改，使曲面達到滿意效果 。 在汽車車身產品設計中，大部分零件是由一系列復雜的空間曲面構成的，這些曲面是由不同曲率的空間曲面經(jīng)過光滑處理相互連接而成，達到一定的平順和諧效果。 下面用 UG 曲面造型來說明重構轎車車身的曲面過程和步驟。 (1) 根據(jù)車身點云數(shù)據(jù)分析，該車身點云數(shù)據(jù)可分割成左右兩個對稱點云數(shù)據(jù)； (2) 經(jīng)過點云數(shù)據(jù)過濾，減少數(shù)據(jù)點的數(shù)量； (3) 利用 UG 中的鋪面工具，得到點云網(wǎng)格，若有漏洞，可以利用補洞工具重慶 理工大學 畢業(yè)設計論文 基于 A6L 型汽車 3D 數(shù)據(jù)的后車門設計 14 將破洞填充； (4) 將云點切層，生成插值 于云點交線； (5) 由交線生成曲面。 對生成的曲面片進行曲率檢查，確定生成的曲面光滑，無扭曲變形。然后 ，將生成的曲面片擬合，生成整個曲面，再將生成的曲面進行整體曲面評價，使曲面符合光順準則，以保證曲面的光順。 重慶 理工大學 畢業(yè)設計論文 基于 A6L 型汽車 3D 數(shù)據(jù)的后車門設計 15 3 基于逆向工程的后車門結構設計 逆向工程的一般過程為 ： 樣件 ——— 樣件表面數(shù)字化 ——— 曲面重構 ———CAD /CAM 系統(tǒng) ——— 制造系統(tǒng) ——— 產品。逆向工程包括兩個主要研究內容 ：樣件表面數(shù)字化 ， 即樣件表面數(shù)據(jù)采集 ； 曲面重構。高效、高精度地實現(xiàn)樣件表面的數(shù)據(jù) 采集 ， 是逆向工程實現(xiàn)的基礎和關鍵技術之一 ， 是逆向工程最基本最不可以缺少的步驟。 數(shù)據(jù)測量 數(shù)據(jù)測量 ， 又稱產品表面數(shù)字化 ， 通過特定的測量設備和測量方法 ， 將物體表面的形狀轉換成離散的幾何點坐標數(shù)據(jù)。逆向工程中的物體表面三維數(shù)據(jù)的獲取方法分為接觸式和非接觸式。根據(jù)測頭的不同 ， 接觸式又分為觸發(fā)式和連續(xù)式。按其原理的不同 ， 非接觸式分為光學式和非光學式。光學式包括三角形法、結構光法、計算機視覺法、激光干涉法、激光衍射法等 ； 非光學式包括 CT 測量法、MRI 測量法、超聲波法和層析法等。 基于 A6L 型汽車 3D 外形 的 掃描數(shù)據(jù) 單擊“打開”按鈕，根據(jù)掃描文件的路徑打開 part 格式文件。方向視圖如下圖 31 到 33 所示。 重慶 理工大學 畢業(yè)設計論文 基于 A6L 型汽車 3D 數(shù)據(jù)的后車門設計 16 圖 31 重慶 理工大學 畢業(yè)設計論文 基于 A6L 型汽車 3D 數(shù)據(jù)的后車門設計 17 圖 32 圖 33 重慶 理工大學 畢業(yè)設計論文 基于 A6L 型汽車 3D 數(shù)據(jù)的后車門設計 18 點云數(shù)據(jù)的獲取 在汽車車身覆蓋件的測量中，測量精度并非需要考慮的首要問題，由于覆蓋件產品強調的是曲面的整體效果，而不是在于局部精度 。但是為滿足后續(xù)模型重構的精度，需要合理放置點，盡量確保車身掃描點云的質量，避免出現(xiàn)錯層的點云。 根據(jù)以上的掃描數(shù)據(jù)和本文的設計要求，我們可以通過 UG 從車門部位提取出點云 文件。 再對點云進行處理，如刪除壞點，過濾云點 等，通常使用弦高的方式對點云進行過濾，是結構形狀更加明顯，如圖 34。 圖 34車門的點云 重慶 理工大學 畢業(yè)設計論文