论文导读:：轿车车身设计方法正逐步由传统的设计方法向着以大大缩短产品开发周期和提高产品设计精度为目标的现代设计方法转变。车身的逆向设计工程技术由此得到了突飞猛进的发展。逆向工程是一项计算机辅助设计的新技术,它是在现有产品数字化基础上进行设计创新的,其关键技术主要包括:实物数字化、数据预处理、三维模型重建等。针对目前逆向工程技术在车身上的研究现状，文章进行了总结、归纳和整理，并对逆向工程技术做了进一步诠释和研究。
论文关键词：车身设计，逆向工程，曲面光顺，模型重构
车身在汽车的整体设计中，占有重要地位，直接影响到整车的动力性、燃油经济性、操纵稳定性、行驶安全性等，这就需要在整个车身设计过程中融合空气动力学、结构力学、工程材料、生产工艺、美学、心理学、人机工程学等相关知识，因此，在缺资金、技术、人才等条件下，要完全自主开发一款汽车车身的难度是很大的，而参考国外同级别的成熟车型进行逆向设计则变得相对简单，既可缩短产品开发时间，提高产品开发成功的机率，也可快速吸收国外汽车车身设计的先进技术和经验，提高我国汽车自主开发能力。
1 逆向工程技术原理及流程
 逆向工程(Reverse Engineering，RE)亦称反求工程，就是根据现有的产品模型机械论文，利用数字化测量设备获取实体数据，然后对这些数据进行拟合，构建一个完整的CAD模型，继而用于分析和制造[1]。相对于传统的正向设计方式，逆向工程可以在没有产品图纸的条件下实现产品的制造。长期以来，由于设计环境和设计手段的局限，限制了车身设计师的创造能力的发挥以及和工程技术人员有效的交流与协调，使得新产品的开发效率低下，进展缓慢。车身设计需要一种新的设计手段和思路。逆向工程不仅能完成对现有产品的仿制、复制，更能快速实现超越。
车身设计逆向工程可以分为三个过程―数据采集(data acquisition)，数据处理(data processing)，抽象建模(abstract model)。本文主要基于Pro/ENGINEER研究两种不同的建模方式。
2 数据采集及处理
数据采集是数据处理、模型重构的基础，按采集的接触方式不同分为接触式和非接触式两大类。在对车身零件和产品模型数据化之前，首先必须理解原有模型的设计思想，在此基础上还要修复或克服原有模型上存在的缺陷。主要考虑好以下几点：（1）确定设计的整体思路，对手中的设计模型进行系统的分析，确定好先做什么，后做什么，用什么方法做。将模型划分为几个特征区，得出设计的整体思路，找到设计难点，做到心中有数。（2）确定模型的基本构成形状的曲面类型，这关系到相应设计软件的选择和软件模块的确定。对于车身大型的外覆盖件等自由曲面，一般采用具有方便调整曲线和曲面的模块。值得注意的是，在设计过程中，并不是所有的点都要选取的，因此，在确定基本曲面的控制曲线时，需要找出那些点和线是可用的机械论文，哪些点和线是一些细化特征的，需要在以后的设计中用到，而不是在总体设计中就体现出来[2]。
3 Pro/ENGINEER软件抽象建模
抽象建模，即为将测量点还原为车身模型。内容包括曲线构建与拟合、曲面构建与光顺、实体构建等。目前较为成熟的模型重建技术是通过构建曲面来实现模型重建。因此，构建曲面是车身模型重建的关键。
3.1、根据车身点云数据建模
由于测量过程中得到的是离散点数据，缺乏必要的特征信息，往往存在数字化误差，需要对曲面和曲线进行光顺。光顺是一个工程上的概念，包括光滑和顺眼两方面的含义。光滑是指空间曲线和面的连续阶，数学上一阶倒数连续的曲线即为光滑的曲线;而顺眼是人的主观感觉评价期刊网。图2就是以丰田商务车为例，在获得点云资料后，在Imageware中处理出需要的抄数线。对于抄数线的处理，应注意，在变化趋势小的地方的点应尽量的少，对于明显偏离趋势的点应略去，以免过多的点造成曲线不光顺。曲线光顺应满足3个条件：曲线二阶几何连续；曲线没有奇点和多余拐点；曲率变化均匀，应变能较小。曲线光顺可分3步进行：寻找坏点，并修改坏点的坐标值；粗光顺使曲线上各段的曲率符号一致，保证曲线单凸或单凹性：精光顺，使曲线上各段的曲率变化均匀，满足光顺的要求。[3]再根据抄数线，在Proe中建模。图3是在Proe中建模的一个片段通过此种方式所建模型，精确度和效率都很高。
 
图2 三维抄数线 图3 建模片段
3.2、根据车身图片数据建模
在不能直接获得原始车身数据的情况下，根据车身图片采集数据，也是逆向工程的一大特色。大致操作步骤是：1）找到要作为车身数据采集对象的三视图（图4）；2）在CAD中将视图对齐，描绘主要轮廓线，即抄数线（图5）；3）将获得的抄数线导入Proe中作为参照（图6）；4）在Proe中根据抄数线逼近建模（图7）。
 
图4 车身图片图5CAD中抄数线
在建面的过程中，需要注意面与面之间的光顺。为了保证误差尽可能小，可以到分析模块中使用高斯曲率法对曲面进行分析。当曲面曲率变化比较均匀时即可为达到设计要求。若曲面质量很差需要对构成的曲线进行重新调整机械论文，直至曲面让人满意为止。逆向工程既要保证曲面质量又要保证设计精度。除了对原始型值点进行光顺之外，有时还要控制修改后的型值点同原始型值点的坐标偏差，该偏差不应太大，以保证设计部门给出的指标不致受太大的影响。目前，曲面构建方案主要有三种：1) 以B-Spline或NURBS曲面为基础的曲面构造法；2) 以三角Bezier曲面片为基础的曲面构造法；3) 以多面体面片为基础的曲面构造法。[4]
 
图6 曲面光顺拟合图7 车身实体
前期工程做好之后，打开Pro/ENGINEER 软件的壳体特征创建方法，利用Create/Prot rusion/Use Quilt将所建立的曲面生成实体完成3D建模。建模后可通过Pro/ENGINEER软件中的View/advanced--iPhotorender进行渲染处理，及Analysis-- ModelAnalysis/Curve Analysis/Surface Analysis的分析方法来检验所建立的模型、曲线和曲面的合理性与精确度。
3.3后处理
利用Pro/ENGINEER软件进行逆向工程设计还可以进行相应的后处理工作。将前面完成的3DCAD Model汇入Pro/ENGINEER软件的Manufacturing模块中进行Nc加工程序的制作，并利用Pro/ENGINEER软件生成NC加工的G代码输入三轴（或五轴）加工中心加工出产品。
4 结束语
对于车身设计，采用逆向工程做法是制造技术信息化、科学化的必然趋势，也是一项开拓性、实用性和综合性很强的技术，开辟了车身设计制造的新途径。基于CAD/CAM的逆向技术，可以大大缩短模具设计制造周期，这也适应汽车行业对产品进行快速更新的需要。实践证明，车身设计逆向工程技术的研究和应用，已经给企业带来良好的经济效益。
参考文献
［1］金涛,陈建良,童水光.逆向工程技术研究进展[J].中国机械工程,2002.8,1429～1435
［2］马铁利,兰凤崇.车身逆向工程应用中的点云处理与曲线曲面光顺[J].机械设计, 2000.8,175～178
［3］于哲峰,张国忠.基于Pro/ENGINEER的汽车车身逆向设计[J]. CAD/CAM与制造业信息化,2007.10 187～189
［4］卢金火,兰凤崇.汽车车身曲线曲面光顺处理方法的研究[J].计算机应用与软件, 1996,3, 215～218
|
