【導(dǎo)讀】進(jìn)行信息交流和互動的重要界面。人們對美好事物的追求，使得現(xiàn)代儀表盤造型逐步注重美感。因此設(shè)計(jì)出線條優(yōu)美，曲面平滑，極富動感，由自由曲面拼接而成的儀表盤成為了儀表盤發(fā)展的必然趨勢。時(shí)CAD/CAE/CAM技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，以及塑料模具工藝技術(shù)的改進(jìn)，新材料的應(yīng)用，這些都對汽車儀表盤的設(shè)計(jì)提出了新的要求。了越來越廣泛的應(yīng)用。逆向設(shè)計(jì)的軟件中，CATIA因其強(qiáng)大的曲面模塊和逆向模塊，備受設(shè)計(jì)者們的青睞。如何更好的逆向設(shè)計(jì)出儀表以及更加規(guī)范的逆向設(shè)計(jì)流程，正是。設(shè)計(jì)者們在積極探索研究的課題。

　　

【正文】 確定好標(biāo)桿車之后， 經(jīng)過前期 的諸多 工作， 拆下儀表盤，進(jìn)行點(diǎn)云掃描 。 由于采用搖臂式激光探頭進(jìn)行掃描出來的點(diǎn)云數(shù)據(jù)數(shù)數(shù)量非常龐大，通常數(shù)據(jù)之間沒有顯式的幾何拓?fù)潢P(guān)系 ,包括大量無用數(shù)據(jù) ,這會降低電腦的處理速度，需要 進(jìn)行處理來減少點(diǎn)云數(shù)據(jù)的數(shù)量。點(diǎn)云處理的原則是在曲面變化平緩的部位取點(diǎn)的密度可稀疏，在曲率變化較大的部位及細(xì)節(jié)部位密集取點(diǎn) ,如此一來需處理的點(diǎn)的數(shù)量就會變少。 而 CATIA 軟件比較吃內(nèi)存，剛采出來的點(diǎn)云還不適合在 CATIA 軟件上面運(yùn)行。因此 我們 先 把剛采出來的點(diǎn)云 導(dǎo)入到 Imageware 軟件里面 ，稀釋 處理一下點(diǎn)云 ，讓點(diǎn)云的數(shù)量適合 CATIA 軟件 中操作 應(yīng)用 ，并保存為 stl 的文件格式 。經(jīng)過處理后的點(diǎn)云如下圖所示 。 汽車儀表盤的逆向設(shè)計(jì) 21 圖 處理后的點(diǎn)云 點(diǎn)云 的前期處理及三角化 運(yùn)行 CATIA 軟件之后，打開上面保存的 stl 格式的文件 ，進(jìn)入 CATIA 的逆向點(diǎn)云模塊（如圖 所示 ）。進(jìn)入該模塊之后觀察點(diǎn)云的形狀特征，看是否有多余無用點(diǎn)云。在 CATI A 中，可以使用刪除和濾除的方法去除的多余噪點(diǎn) ，從而得到較理想的點(diǎn)云數(shù)據(jù) 。 得到合適的點(diǎn)云數(shù)據(jù)之后，就可以讓點(diǎn)云三角化了。三角化的目的是 生成儀表盤的外觀形狀并為 后面的曲面重建 提供依據(jù)， 曲面重建是不能直接在點(diǎn)云上面進(jìn)行的， 后面重建的曲面要盡量貼合生成的三角化 后的 點(diǎn)云。點(diǎn)擊 三角化命令，彈出 Mesh Creation 操 作窗口 （如圖 所示） ，在該窗口中，選取點(diǎn)云，并點(diǎn)擊應(yīng)用，查看三角化的模型，看是否顯示的清楚明白 。調(diào)整 Neighborhood 値的大小， 使 三角化的模型能夠清晰完整的表達(dá)原模型的外觀形狀 。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般去默認(rèn)值的 2 至 3 倍較理想，默認(rèn)值為 ，汽車儀表盤的逆向設(shè)計(jì) 22 該 處經(jīng)試驗(yàn)的出 取 4mm 的時(shí)候模型顯示的較完整 ，然后點(diǎn)擊確定。 得到三角化后的點(diǎn)云模型（如圖 所示） 圖 進(jìn)入逆向點(diǎn)云模塊 圖 三角化點(diǎn)云 汽車儀表盤的逆向設(shè)計(jì) 23 圖 三角化后的點(diǎn)云模型 逆向建模 逆向建模是逆向設(shè)計(jì)儀表盤中關(guān)鍵性的階段，也是耗時(shí)最長的階段，需要準(zhǔn)確的建模，重建的曲面要貼合點(diǎn)云，但又要有正向設(shè)計(jì)的思路。因?yàn)椴鹣聛淼膬x表盤難免有所變形，也就導(dǎo)致采集的點(diǎn)云有一些不準(zhǔn)，我們在逆向設(shè)計(jì)的同時(shí)要從設(shè)計(jì)者的角度出發(fā)，準(zhǔn)確的把握設(shè)計(jì)思路 ，不用死貼點(diǎn)云。儀表盤是內(nèi)飾件也是塑料件，在設(shè)計(jì)的時(shí)候首先要確定拔模方向， 在開始 正確的建模。 逆向各曲面 首先進(jìn)入逆向曲面重建模塊（如圖 ）開始曲面的重建 ，子插入一個(gè)集 合圖形集并命名為“為倒角數(shù)據(jù)” 。 由于逆向設(shè)計(jì)出來的面非常多，不便于操作，逆向曲面的時(shí)候盡量不帶參數(shù)。 逆向件的原則一般是先逆向 確定 大面，然后在逆向 確定 各個(gè)小特征。 先觀察模型，判斷辨別出，哪些點(diǎn)云是在一個(gè)平面上（移動旋轉(zhuǎn)模型，反光的部位通常在一個(gè)平面，或者它們之間相互平行）。確定好后， 點(diǎn)擊 Activate Areas 命令，彈出 Activate 窗口（如圖 所示） ， 選取 Brush，在剛才選取的 模型的平 面 上均勻的汽車儀表盤的逆向設(shè)計(jì) 24 刷取一系列的區(qū)域 （如圖 所示） 。 點(diǎn)擊確定得到選取出來的位于 一個(gè) 平面的點(diǎn)云（如圖 所示） 。 圖 進(jìn)入曲面重建模塊 圖 提取點(diǎn)云 操作 汽車儀表盤的逆向設(shè)計(jì) 25 圖 圖 選取的點(diǎn)云 提取出點(diǎn)云后，點(diǎn)擊 Basic Surface Recognition 命令，彈出 Canonic Surfaces from Clouds 窗口（如圖 所示），選取點(diǎn)云，在點(diǎn)擊應(yīng)用，得到一個(gè)貼合點(diǎn)云的平面 ，根據(jù)模型需要改變曲面的大小的到所需曲面 （ 如圖 所示 ） 汽車儀表盤的逆向設(shè)計(jì) 26 圖 建立平面操作 圖 所需平面 然后點(diǎn)擊 Activate Areas 命令，彈出 Activate 窗口，選取 Activate all 激活原來的模型（如圖 所示），檢查是否貼點(diǎn)云，若不是很貼，重復(fù)上面的步驟，找到一個(gè)比較貼合的平面 ，完成這個(gè)大面的重建 。 汽車儀表盤的逆向設(shè)計(jì) 27 圖 激活 模型點(diǎn)云 按照此操作完成其他各個(gè)曲面的重建。 在 重建出來的曲面經(jīng)過剪切，修邊，沿伸，炸回 原型，結(jié)合等命令， 得 到未倒角的數(shù)據(jù)模型。 帶參倒角 首先插入一個(gè)幾何圖形集并命名為“倒角數(shù)據(jù)模型” ，并激活這個(gè)幾何圖形集。 點(diǎn)擊工具操作條上的帶參數(shù) 和 曲面保留 ，是其由原來的狀態(tài)（ 如圖 所示 ）變?yōu)楫?dāng)前的狀態(tài)（ 如圖 所示 ） 。 倒角是一個(gè)工程設(shè)計(jì)的規(guī)范 需要 ，倒角的時(shí)候帶參數(shù)比較好， 因?yàn)樵诘菇堑臅r(shí)候設(shè)置的數(shù)值不可能一下子就貼點(diǎn)云，帶參數(shù)之后 修改起來 就比較 方便。在倒角的時(shí)候除了要貼合點(diǎn)云外，倒角的數(shù)據(jù)也要圓整，應(yīng)盡量符合工程要求滿足工藝加工要求 。 圖 不 保留 狀態(tài) 圖 狀態(tài) 汽車儀表盤的逆向設(shè)計(jì) 28 在倒角之前一般都會將原來重建的曲面結(jié)合到一起用，然后在使用邊倒角命名，操作起來比較方便（如圖 ）。 圖 倒角命名 同 時(shí)倒角需要注意順序，一般遵循先倒豎線，在倒橫線。 經(jīng)過倒角后 最終得到的倒角模型如下 面三個(gè)圖 所示。 圖 倒角后的數(shù)據(jù)模型背面圖 汽車儀表盤的逆向設(shè)計(jì) 29 圖 倒角后的數(shù)據(jù)模型正面圖 圖 隱藏掉正面的內(nèi)部視圖 實(shí)體加厚 首先 插入一個(gè) 幾何體并命名為“實(shí)體加厚” ，同時(shí)激活這個(gè)幾何集 。 汽車儀表盤的逆向設(shè)計(jì) 30 塑料件不可能僅是一系列曲面組成，它是一個(gè)實(shí)體，需要對上訴設(shè)計(jì)出來的曲面進(jìn)行加厚處理。塑料件的厚度是影響其剛度強(qiáng)度以及加工工藝性的重要因素，合理的選取塑料 件的厚度，不僅方便加工更能節(jié)約成本同時(shí)還能保證塑料件良好的質(zhì)量。將曲面合成一個(gè)整體之后，進(jìn)行加厚處理。 圖 曲面加厚操作 在加厚操作中，需要注意加厚的方向，由于本文是在外面貼點(diǎn)云，所以向部加厚。加厚的時(shí)候有時(shí)會出錯(cuò)，可能是有尖角無法進(jìn)行運(yùn)算，此時(shí)需要對曲面進(jìn)行修改，去尖角處理。最終 得 到加厚的模型。 模型加厚之后，還需要建一條料厚線 。 料厚線通常是料厚的 100 倍， 反映零件的脫模方向。汽車儀表盤的逆向設(shè)計(jì) 31 4 設(shè)計(jì)數(shù)模的審查確定 數(shù)模的審查 前面所做的工作，只是純粹的對點(diǎn)云進(jìn)行逆向。在數(shù)模完成之后，接下來進(jìn)行的是對數(shù)模的審查。審查的目的就是看設(shè)計(jì)出來的數(shù)模是否合理，是否滿足功能要求 ，如果出現(xiàn)了錯(cuò)誤則需要還回修改，知道審核通過為止 。 審核一般要進(jìn)行的工作主要包括： 曲面 分析、曲面重合度分析、曲面連接性分析 、拔模分析 以及裝配分析和 CAE 分析等。 （ 1） 曲面 分析 主要是檢查曲面的光順行，讓曲面平滑，富有動感，如果有曲率突變的地方，這說明，曲面的變化較大容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，影響零件的強(qiáng)度。 圖 曲面曲率分析 （ 2）曲面重合度分析，主要是檢查有無多余的重復(fù)的曲面，若有，則刪除修改如下圖。 汽車儀表盤的逆向設(shè)計(jì) 32 圖 重合 度檢查 （ 3）拔模分析。 拔模即脫模，是零件從模具型腔中出來的操作過程。合理的脫模斜度有利于零件從模腔中脫離出來。 因此必要進(jìn)行脫模分析。 如下圖所示。 圖 拔模分析 汽車儀表盤的逆向設(shè)計(jì) 33 （ 4）裝配分析。 設(shè)計(jì)出來額儀表盤不是孤立存在的，需要與周邊的零件進(jìn)行合理的裝配。滿足總布置的要求，安裝硬點(diǎn)尺寸硬點(diǎn)符號設(shè)計(jì)規(guī)范。 如下圖所示。 圖 裝配分析 （ 5） CAE 分析。 CAE 分析主要是檢查零 件的強(qiáng)度鋼度的性能，零件必須滿足性能要求，此外 CAE 還進(jìn)行一些 狀態(tài)模態(tài)分析和熱分析等，檢查零件的減震性和耐熱性能等，只把握零件質(zhì)量很重要的一個(gè)關(guān)口。 汽車儀表盤的逆向設(shè)計(jì) 34 數(shù)模的確定 在通過 上述 檢查分析之后 ，就是確定數(shù)模階段了。上述過程只是一個(gè)純粹的逆向設(shè)計(jì)過程，逆向設(shè)計(jì)是在已有零件的基礎(chǔ)上建立起來的模型，考慮到不侵犯別人零件的專利 ，在借鑒別人的同時(shí)要有自己的創(chuàng)新設(shè)計(jì) ，完善自己的設(shè)計(jì)模型 。 設(shè)計(jì)出來的儀表盤要與整車造型風(fēng)格協(xié)調(diào)一致。其次 ， 需要 查看一些行業(yè)法規(guī) 等，滿足性能要求。 由于本論文主要只是針對儀表盤的外觀形狀進(jìn)行的設(shè)計(jì)，而儀表盤還包括其它諸多內(nèi)容，如電氣布線，指示燈的選擇設(shè)計(jì)， 視覺的人機(jī)設(shè)計(jì)等。在完成這些設(shè)計(jì)后，才能交到客戶的手里面，進(jìn)行模具試制，樣件生產(chǎn)到批量生產(chǎn) 最終才 投入市場。 汽車儀表盤的逆向設(shè)計(jì) 35 結(jié) 論 本文 主要是對 CITIA 軟件 逆向設(shè) 計(jì)汽車 儀表盤 進(jìn)行了研究和分析 ， 熟悉 了逆向設(shè)計(jì)汽車儀表盤的 設(shè)計(jì)流 程 ， 并具體的逆向設(shè)計(jì)了一個(gè) 汽車 儀表盤， 現(xiàn)將所做的研究設(shè)計(jì)成果總結(jié)如下 ： （ 1） 收集了相關(guān)資料，熟悉 了 汽車儀 表盤的成型原理和加工工藝，結(jié)合當(dāng)今的一些主導(dǎo)思想，分析儀表盤 的發(fā)展趨勢， 作為 汽車“點(diǎn)睛之筆” 的儀表盤 ，曲面化是未來發(fā)展的必然趨勢，并將這一特性應(yīng)用于本文的設(shè)計(jì)工作 。 （ 2） 學(xué)習(xí)掌握了 CATIA 軟件的相關(guān)模塊，在設(shè)計(jì)中， 認(rèn)識到了 CATIA 強(qiáng)大的曲面設(shè)計(jì)和逆向設(shè)計(jì) 功能 ， 提高了自己的軟件應(yīng)用水平 。 （ 3） 利用 CATIA 軟件 具體的逆向設(shè)計(jì)了一個(gè)汽車儀表盤，根據(jù)自己的探索研究總結(jié)出了規(guī)范逆向設(shè)計(jì)汽車儀表的設(shè)計(jì)流程。并指了出設(shè)計(jì)要點(diǎn)、注意事項(xiàng)、具體的操作步驟、方法技巧等內(nèi)容，有助于初學(xué)者 學(xué)習(xí)了解如何逆向設(shè)計(jì)汽車儀表盤，并可以應(yīng)用于今后的學(xué)習(xí)工作中，實(shí)現(xiàn)快速規(guī)范的 逆向 設(shè)計(jì)出汽車儀 表盤。 （ 4） 對設(shè)計(jì)出來的汽車儀表盤進(jìn)行了初步的分析， 包括曲面重合的分析、曲率分析、拔模分析及裝配分析的工作內(nèi)容。這些 審核 是為了使設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品 滿足 強(qiáng)度剛度要求，符合 塑料件的加工成型工藝要求 ，保證 產(chǎn)品的 質(zhì)量 要求 。 由于時(shí)間的關(guān)系， 以及本人水平的限制， 此次設(shè)計(jì)的研究工作還有許多缺陷和不足 之處。有些問題沒有進(jìn)行更深入的研究 和探索 ， 例如在后文提到的電氣設(shè)計(jì)、視覺的人機(jī)工程設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)等內(nèi)容， 這些缺陷、問題和不足有待于在今后的工作中進(jìn)一步 學(xué) 習(xí) 解決和完善。 汽車儀表盤的逆向設(shè)計(jì) 36 參 考 文 獻(xiàn) [1] Michael L. 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