基于快速成型技术车身覆盖件设计本科论文

SHANDONG毕业设计说明书基于快速成型技术车身覆盖件设计学院交通与车辆工程学院专业车辆工程毕业设计（论文）时间二一四年三月六月摘要论文主要对大众PASSAT汽车车身顶盖和后部进行建模，并与本组其他同学完成的部分进行组装，完成车身覆盖件快速成型研究。该过程利用逆向工程技术，由覆盖件点云完成CAD模型重建，并运用快速成型技术进行校核、验证和装配，完善该模型。主要分为两部分工作第一部分是根据提供的车身点云，完成曲面的构建与连接。主要成果是通过逆向工程技术，对整车点云进行分析，划分网格，以四点曲面建立曲面模型，进行X成形分析。对建立曲面进行面的连接，倒圆角，缝合；第二部分是对所建立的面进行实体化，组成整车实体小模型，然后利用RP技术打印成形。主要结果为面的加厚实体化；整合小车各部分，形成实体小车模型。基于快速成型技术，利用快速成形机将模型成实体小车。ABSTRACTTHEPAPERMAINLYCARRIESONMODELINGONROOFPANELANDREARPARTOFVOLKSWAGENPASSATVEHICLESBODYCOVERANDTHENASSEMBLEDTHOSEMODELWITHOTHERSTUDENTSINTHEGROUPTOCOMPLETETHESTUDYOFBODYCOVERAGEOFRAPIDPROTOTYPINGTHEPROCESSMAINLYUSESREVERSEENGINEERINGTECHNOLOGYTOACCOMPLISHTHECADMODELRECONSTRUCTIONFROMPOINTCLOUDOFAUTOMOBILECOVERINGPARTSANDUSESTHERAPIDPROTOTYPINGTECHNOLOGYTOCHECK,VALIDATE,ASSEMBLEANDIMPROVETHEMODELTHEMAINWORKISDIVIDEDINTOTWOPARTSTHEFIRSTPARTISTOCOMPLISHSURFACESCONSTRUCTIONANDCONNECTIONBASEDONTHEPOINTSCLOUDTHEMAINRESULTSAREASFOLLOWS12THESECONDPARTISTOMATERIALIZETHESURFACEANDTOASSEMBLEASMALLENTITYVEHICLEMODEL,USINGTHERAPIDPROTOTYPINGTECHNOLOGYTOPRINTTHEMODELMAINRESULTSAREASFOLLOWS1THICKENINGANDMATERIALIZINGTHESURFACES2COMBININGTHECOMPONENTSTOASSEMBLEINTOVEHICLEMODEL3USINGRAPIDPROTOTYPINGMACHINEPRINTTHEMODELINTOAPHYSICALCARBASEDONTHERAPIDPROTOTYPINGTECHNOLOGY目录摘要IABSTRACTII第一章引言111课题的背景和意义112车身覆盖件设计方法1121传统车身覆盖件设计方法1122现代车身覆盖件设计方法313车身覆盖件的国内外研究现状与发展414课题研究目标和内容5第二章轿车车身三维测量技术621逆向工程622点云数据的获取723车身覆盖件点云的处理8231点云的光顺处理8232点云的切割处理924点云网格划分925本章小结10第三章车顶盖及车身后部部分曲面重构1131线的构建1132面的构建1133曲面构建关键技术12331车顶盖曲面构建12332后挡风玻璃点云测量1434行李箱盖曲面构建16341行李箱盖顶部曲面构建16342挂牌处曲面构建1635后围曲面构建1936后翼子板曲面构建2137本章小结22第四章曲面光顺、拼接2341曲面的斑马线评价2342过渡曲面的光顺及其连续性26421过渡圆角方法26422曲面修剪30423曲面拼接3243曲面的桥接3344车顶盖及其后部部分模型的生成33441基准面的构建33442镜像体3445本章小结35第五章模型的整合，实体加厚与快速成型3751模型的整合3752模型实体加厚3953快速成型技术概述4054本章小结43总结与展望44参考文献45致谢46第一章引言11课题的背景和意义车身覆盖件作为汽车车身的重要组成部分，是整个汽车工业中非常关键的部分，很大程度上决定了开发周期和成本。汽车车身覆盖件的设计其技术密集，模具技术难度大而繁杂，是车身制造技术的重要组成部分。在今天我国已近成为世界汽车消费第一大国，但是我国对于车身设计的研究工作较国外有很大差距，对于车身表面的处理及光顺等工作还需付出相当大的努力，我国一些大型汽车制造厂家仍然停留在相对落后的水平上，致使一些关键性技术不得不花费大量外汇,依靠国外来设计加工。尤其是轿车工业，覆盖件的问题更加突出。我国的汽车工业正面临着严峻的挑战，如不能适应这种快速变化的形势，将会严重影响我国汽车制造业的生存和发展。因此如何利用现代设计方法,加快车身总体和覆盖件的设计，实现产品不断的更新换代，是一个汽车品牌在市场竟争中立于不败之地的重要法宝。本论文基于逆向工程完成快速成型技术实现车身覆盖件的塑造成型，大大减少人工设计计算量，提高了设计精度，降低开发成本，对于汽车生产和覆盖件模具制造具有较为积极的参考意义。12车身覆盖件设计方法121传统车身覆盖件设计方法车身覆盖件较汽车构造中的底盘和发动机来说，其生产开发准备周期最长，信息共享率低，而且其图纸及其工艺设计等工作量巨大，并且依靠经验设计。设计过程中需要经常进行改型、改装，较难实现底盘和发动机的系列化和通用化。传统设计方法，大量工作依靠工程人员手工设计完成，车身覆盖件的设计信息和数据的表达基本上全部靠二维图纸和油泥模型。传统设计方法无法克服的缺点要体现在以下几个方面1人力、物力、财力消耗量大。传统的车身覆盖件设计方法大量依靠工程人员手工操作完成，美工设计、工程技术以及其他部门之间要同协调合作。在二维车身曲线图的绘制，油泥模型的制作和保存，模具设计、制造、研配和调试、生产准备中的工艺设计等都将耗费大量的人力、物力、财力6。2设计开发周期长、设计精度较低、信息共享率低。周期长是因为相对于现代设计方法传统方法比较落后，工作效率较低；精度低是由于研发设计和生产的各个环节之间信息传递依靠“移形”这种信息共享率低的方式完成，而且原始数据经过某些环节的转换过程中，由于设计操作问题会不可避免的加入各种人为的误差，这就导致生产的模具精度不能得到保障，只有靠技术熟练的设计人员手工研配来解决。3过早定型车身，修改麻烦。传统车身覆盖件设计是一种单向，可逆程度非常低的过程，只要产品定型，后续修改就会变得非常困难，影响了后期产品的改进或，改型较难实现底盘和发动机那样的的系列化和通用化。4难以满足现代设计要求。现代汽车的设计过程中力求车身覆盖件零部件结构简单而外部美观大方，空间立体曲面越来越复杂化使得传统的覆盖件设计方法己很难满足现代车身要求。车身覆盖件传统设计方法流程如下图所示。图11车身覆盖件传统设计方法流程图122现代车身覆盖件设计方法伴随着科学技术的飞速发展，现代设计方法也有了长远的发展和进步，计算机技术、计算智能、图形运筹学、数值计算方法、塑性变形理论等进步发展与传统的模具设计、分析方法、制造技术相结合，使得车身覆盖件设计方法突破传统限制，有了质的飞跃。CAE/CAD/CMA/CMIS技术应运而生，并广泛为车身覆盖件模具开发设计所应用，形成了一种集成化、系统化、智能化研究方法。汽车覆盖件CAE/CAD/CMA/CMIS技术以计算机为主要设备，以覆盖件的力学、数学模型为依据，建立数字化模型，处理各种图形、数字信息，辅助完成模型设计、成形分析、应用评价中的各种任务。在实际的设计过程当中，按照产品设计信息来源，计算机辅助设计的流程要大致分为以下三大类1正向设计概念设计，如图12所示，设计产品的来源主要是图片、模型或者造型人员的设计思维等。2逆向设计仿形设计，如图13所示，设计产品信息来源主要是实物样车或实物模型、二维图纸等。3基于上述两者之间的交互式设计改型设计。图12正向设计图13逆向设计13车身覆盖件的国内外研究现状与发展我们知道马车车身对于初期汽车车身设计提供了重要影响。由于在当时人们更加看重的是汽车的动力性，对于外观的设计相对来说要求比较宽松，人们更多的在考虑的是如何把人力从生产实践中解放出来，而美观方面研究的较晚。毕竟无论是汽油机、柴油机、还是蒸汽机,其动力装置与车身关系不大,当初人们只是想设计“没有马的马车”。汽车车身覆盖件的研发很多程度上是依靠逆向工程完成。逆向设计方法目前己在技术先进的国外汽车行业中得到广泛应用。其设计软件最主要的是美国EDS公司出品的IMAGEWARE，是最著名的逆向工程软件。此外还有IBM公司的子公司DAUSSAULT的CATIA、美国RAINDROP雨滴公司出品的GEOMAGICSTUDIO、英国DELCAM公司出品COPYCAD、韩国INUS公司出品的RAPIDFORM、参数技术公司的PRO/ENGINEER等。所有这些软件都属于通用机械设计软件,具有较强的曲面设计、参数化设计能力或混和设计功能，并支持机械制造的全过程，即设计建模、工程分析、加工制造。总体上，国内逆向工程在汽车车身设计中应用的深度和广度上较国外先进水平相比还有很大差距，尤其在CAD/CMA集成应用等方面还处于起步阶段。国内计算机用于汽车设计始于70年代。长春第一汽车技术中心引进了国内第一套虚拟设计设备之后，曾经试图着推出了一套用来结合虚拟现实技术的汽车造型开发流程，为中国在汽车造型设计赶超国际先进水品的新出路上率先迈出了一步，中国的汽车造型虚拟设计会有令世人刮目相看的成果。国内很多中小汽车企业由于资金、设备和人员的限制,使得对CAD的应用水平不高。国内目前广泛采用的汽车造型设计流程与传统的设计流程还是很相似的，如果有不同的话也是在一些细节上，例如物理模型的制作方法，后期的试验种类等等，如今的汽车车身无论是在流线还是在材料方面都有着令人震惊的地方，SUV的车型在近几年尤其受欢迎，不仅空间足够的大而且够舒适，使其越来越受消费者的青睐。宝马，奔驰，大众等系列的车型更是越来越多，琳琅满目，几年来车身的发展是有目共睹的。14课题研究目标和内容简单来说要完成基于快速成型技术的轿车车身覆盖件的设计需要熟悉UG逆向设计相关理论和设计方法。需要完成的工作主要有一下几个方面（1）依据CAGD理论，研究曲面基本构建方法。（2）由点云到曲面的逆向构建方法。（3）过渡曲面的构造及其连续性如何保证。（4）基本曲面交线与过渡曲面之间的关系。（5）车身外覆盖件曲面建模及分析，满足成型尺寸要求的车身分块，分层软件检查与验证。（6）再重构曲面，并进行曲面品质分析，生成CAD模型；主要处理顶盖及车身后部部分，之后和本组同学组合完成整车模型。第二章轿车车身三维测量技术21逆向工程逆向工程（又称逆向技术），与传统的产品正向设计方法不同的是一种产品设计技术再现过程，即对一项目标产品进行逆向分析及研究，从而演绎并得出该产品的处理流程、组织结构、功能特性及技术规格等设计要素，以制作出功能相近，但又不完全一样的产品。逆向工程源于商业及军事领域中的硬件分析。其主要目的是在不能轻易获得必要的生产信息的情况下，直接从成品分析，推导出产品的设计原理。逆向工程技术从一开始的出现就广受好评，备受国家和企业的关注，尤其是随着计算机技术的发展，逆向工程已成为CAD/CAM系统中的一个研究及应用热点,并发展成为一个相对独立的领域。汽车行业作为国家制造也得核心行业，其中逆向工程技术在汽车业的应用占据着十分重要的位置。国内基于实物的逆向工程主要是用于对产品的复制和仿制,尤其是外观产品的设计,由于不涉及到复杂的动力学分析、材料、加工热处理等技术难题,我国沿海地区许多家用电器、玩具、摩托车、汽车等产品企业的开发及生产模式,就利用该技术对国外产品的简单照抄和照搬。汽车开发已经有一百多年,其以往的设计方法主要是正向开发设计但随着三坐标测量仪、激光扫描设备和各种新型3D软件的飞速发展,整车的逆向反求设计方法则逐渐成为了目前国内外新兴起的一种高效率、少投入、快产出的汽车开发设计方法2001年闫华，林巨广等人对汽车覆盖件逆向工程中的若干关键技术进行了探讨，并指出了这些技术的重要性。1996年李海龙,董金祥等人对基于全局模型的产品特征造型系统进行了研究1991年CHOIBK对表面模型的CAD技术进行了总结，指出了CAD技术在表面模型中应用的可能性。WARNECKEBASSLERR对设计进程中的模拟技术进行了研究，指出了在设计中逆向工程应用的重要性。22点云数据的获取在逆向工程中，物体的表面数字化是关键的第一步，是逆向工程的基础。只有获取测量数据，才能进行误差分析和曲面比较，进一步进行曲面重建CAD建模，同时测量点的分布和数量也直接影响这后继曲面重建方法的效率和重建曲面的品质。实物的三维离散采样速度及数据质量是影响逆向工程技术应用的重要因素之一。现有的三维数据的获取方法基本上可分为两大类，即接触式与非接触式，如图所示。图21点云数据的获取方法而在本次的数据获取中采用的是德国GOM的ATOS测量系统，其可以在1MIN内完成一幅包括430000个像素点的测量,精度达003MM。ATOS扫描仪的测量原理如下ATOS扫描头上的投影装置将光栅投影到被扫描工件表面,受被测工件表面高度的影响,光栅影像发生变形,利用两个以不同角度安装的CCD数码相机同时摄取图像,通过解相技术,解决两幅图像上空间点的对应问题,获得被测物体形体的三维坐标信息,而空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系,是由摄像机成像的几何模型决定,这些几何模型参数就是摄像机参数。这些参数必须通过试验与计算才能得到,这个过程被称为摄像机定标。因此,摄像机定标影响着形体三维坐标信息的可靠性和精度。图22德国GOM的ATOS测量系统23车身覆盖件点云的处理图23车身点云图231点云的光顺处理对于获取的点云数据都不可避免地会带入噪声点，特别是尖角和边界附近较为明显，另外激光扫描所获取的海量数据会严重影响曲面重建算法的效率。因而必须对其进行数据处理，由于许多测量系统软件本身可以对点云进行预处理，包括排除噪声数据和异常数据，数据压缩和归并多余数据，遗失点补齐，三角面片化等。因此可以根据需要对获得的数据进行简化，截面获取和坐标变换等操作。232点云的切割处理正确的点云切割对曲面的构建和面与面之间的光滑连接和过渡有着深刻的影响。一般的点云的分割有两种方法，一种是基于平面度的点云分割技术，它是一种比较方便的技术，可以避免种子点的选取，省去了大量不必要的时间。另外一种是基于对数法矢量的一种切割方法，这种方法相对于前一种相对繁琐，需要大量的计算，在这里不做详细的说明。下图为本论文中需要做的部分的切割好的点云图。图24切割后的点云图24点云网格划分简单的来说，逆向工程就是一个由点到线，由线到面，再由面到体的一个过程。因此在建模的过程中，对于点云的网格划分很是关键，因为我们就是要根据划分的网格线来构建曲面，进而粗略的查看面的光顺性可好。在本设计中，对整个的车身顶盖及后部部分做网格曲面，如图25所示。图25车身覆盖件的网格曲线25本章小结本章针对逆向工程，车身覆盖件的点云有了基本的了解，对于点云的处理方法有了进一步的了解，有利于自己在后面根据点云作图时能更加形象具体。同时，点云的获取工具应用的是德国的ATOS系统，该系统能更加准确的获得点云数据，只有点云的准确，光顺，才能保证曲线的光顺，从而达到曲面的光顺，最终为自己的后续工作打下良好的基础。第三章车顶盖及车身后部部分曲面重构31线的构建在软件中,线和面的建立常常是交叉进行的,二者相辅相成。线条的构建可以通过点建立、线生成和面生成来完成。选择点云中的点可根据零件特征来完成曲线、弧线或样条曲线的创建；也可以通过已知的线进行投影、复制、移动等手段得到需要的曲线；还可以通过现有的面得到相交线或直接从面上获取U、V线。光顺的曲线应满足下面四条曲线二阶几何连续；曲线没有奇点和多余拐点；曲率变化均匀；应变能较小。线的光顺度直接影响到面得光顺性和合理性，所以在创建曲线时一定要同时注意线的分析和调整，创建曲线的同时可通过样条线的曲率梳或曲率半径对其进行光顺分析。通过分析可运用调整控制点的方法来调整曲线峰顶点和谷底点、曲率方向的转折点，以期达到曲线光顺的要求。一般地,曲线光顺可分三步进行寻找坏点,并修改坏点的坐标值；粗光顺,使曲线上各段的率符号均一致,保证曲线的单凸或单凹性；精光顺,使曲线上各段的曲率变化均匀,满足光顺的要求。32面的构建面的构建可以通过点来构建，也可以通过线来构建构建曲面的时候最好要先做整体的分析，计算好要做几个面，做到哪条边界处，尽可能的从大面开始做，用简单的表达来表示所需建立的曲面，这样也有利于后面的光顺与拼接工作。对于面的构建中，四点曲面在本设计中应用最多，四点曲面在X成形的过程中也更有利于边的调节，四边的曲线通过控制顶点的调控也能与覆盖件的点云网格更容易贴合，在调节控制顶点的过程中要注意以下几点（1）控制顶点的阶次要选择合理，太少的阶次会使曲面局部的弯曲度显现不出来，而太多的阶次则会容易出现局部小的凹坑或突起；（2）在调节控制顶点时要尽量事先了解整个面的趋势，在一条线上的点，要尽量选择相同的参数趋势，以避免出现最后局部的扭曲，使质量不好，出现大的纰漏；（3）控制顶点对面的光顺很敏感，所以在调节的时候要特别的小心，有耐心，多转角度，从各个方面观察曲面的重合度。面的构建直接影响到整个模型的构建，因此在构建面的时候需要做到足够的优秀，为后面的一系列工作打好基础。曲面重构是车身计算机辅助几何设计和计算机图形学的一项重要内容,主要研究在计算机图像系统环境下对车身曲面的表示，设计，显示和分析。而在车身逆向工程设计中,将测量所获得的数据转换成CAD/CAE所需的曲面。模型是其重要的一步，因此,要想获得良好的曲面反求效果,必须对车身曲面造型技术有所了解。近几十年来,由于实际问题，不断对曲线曲面有新的要求,多种曲面造刑技术己发展和成熟起来。曲面的构建技术对车身覆盖件的建立更加重要。33曲面构建关键技术331车顶盖曲面构建车顶盖相当于车厢的顶盖，可以用来遮风挡雨，更需要一定的厚度，部分车顶盖是有天窗的，可以用来更好的通风，在本次的设计中，研究的车顶盖是没有车窗的，在分析的过程中，可以将它做成一个大面。图31顶盖构造曲面在顶盖点点云的四个顶点上取四个点，构建一个曲面，如图31所示，在画四个顶点的时候要注意范围，尽量使面比顶盖的区域大，如果无法达到，则需要调节曲面的四个控制顶点，在V和U的方向上进行调整，使其略大于顶盖的面积。这样在以后进行面与面直接的拼接，过渡，倒圆角等的操作时会有利。在此基础上对所构建的曲面进行曲面分析，得到分析线。图32曲面与点云对应截面线之间的偏差图33调整后的曲面与点云之间的偏差其中图32给出了点云截面线和曲面截面线的对比图，其中蓝色的是切点云所获得的线，而灰色的是截切曲面得到的分析线。其两者比较在参照了解的车顶盖的形状，他应该是点云与曲面在四个顶点之间的偏差相对来说较小，而在中间位置的话，偏差相对大些，这也符合逻辑设计，因此在调节控制顶点的时候我们要特别注意，在调节的时候是通过增加在V和U方向上的阶次来增加控制顶点的，并可将控制顶点按照曲面的趋势进行平面方向的整行移动，使之接近点云。值得注意的是，由于控制顶点是整行整列的增加，一方面可以更好的控制曲面的总体趋势，另一方面又可尽可能少的控制顶点对曲面进行调整，保证了其部分的光顺性。如果觉得对控制顶点的排列不满意，可以对其进行调整。在调整到如图33所示的位置时，可以看出点云和曲面之间的偏差很小。如果偏差在要求的精度内，那么曲面的光顺就可已完成。332后挡风玻璃点云测量后挡风玻璃在车身覆盖件中起着一个保护人体，遮挡风沙，石块的作用，因此材料至关重要，形状至关重要。在逆向工程的曲面构建过程中与顶面的曲面构建过程是类似的，在构建曲面的过程中要保证偏差足够的小，对于偏差的精度是有严格要求的。图34后挡风玻璃的曲面构造曲面精度,指的是光顺后的曲面模型与实物之间的距离误差“主要包括事前误差和事后误差两个部分“事前误差,指的是实物模型进行扫描时,由于软件系统本身的精度,导致的实物模型与点云数据之间的误差“拟合误差,指的是在逆向光顺时,重构曲面与点云之间的拟合偏差“扫描误差一般要求控制在0005MM以下“拟合误差的大小一般视情况而定,根据不同用户不同用途和不同质量对点云数据有不同要求“如果是光顺一辆整车,一般A级曲面拟合误差在O3MM一05MM之间就可以达到汽车造型特征要求,如果扫描后的点云数据误差比较大的话,则要根据实际情况制定其光顺的精度要求“但具体特征需讨论“，为此以后玻璃的曲面构建为例，测量精度。汽车车身曲面精度要求是在一定的范围内的对于所作部分的要求是保证偏差距离在0305MM之内是满足要求的，在进行模型制作时是可以很好的满足汽车的特征的。在进行曲面构建的同时，需要使曲面的截面分析曲线和点云的截面分析曲线偏差满足要求，为此，做如图35所示的测量。在大部分的曲线重合的前提下，总是有部分的曲线不能完美的结合，为此需要进行那个测量，测量的方法很简单，只需点击“测量”功能，找准线即可。图35点云曲线与截面曲线的测量例如图35所示的，点云的截面曲线与曲面的截面曲线之间的偏差经过测量距离为0264263MM，在03MM05MM之内即满足要求，这样在大部分的距离都满足要求的情况下，构建出的面才能保证曲面与曲面之间的连续性要求。34行李箱盖曲面构建行李箱盖要求有良好的刚性，结构上基本与发动机盖相同，也有外板和内板，内板有加强筋。一些被称为“二厢半”的轿车，其行李箱向上延伸，包括后档风玻璃在内，使开启面积增加，形成一个门，因此又称为背门，这样既保持一种三厢车形状又能够方便存放物品。如果采用背门形式，背门内板侧要嵌装椽胶密封条，围绕一圈以防水防尘。行李箱盖开启的支撑件一般用勾形铰链及四连杆铰链，铰链装有平衡弹簧，使启闭箱盖省力，并可自动固定在打开位置，便于提取物品。行李箱是存放行李的地方的，行李箱曲面的构建时要注意划分两个面，在构建行李箱盖时要注意构建出行李箱盖的边界曲线，因为毕竟行李箱盖既与后挡风玻璃相连接，还与车身后部的外围相连接，因此找到它的边界曲线至关重要。341行李箱盖顶部曲面构建行李箱盖顶部的曲面构建方法满足要求类似于顶盖和玻璃，如图36所示，经观察顶盖部分比较平，对于曲面的构建是简单的，在曲面的分析X成形过程中对于控制顶点的调节也是比较简单，不需要做大的变动。图36行李箱盖顶部曲面构建342挂牌处曲面构建对于行李箱盖的构建，在建模过程中的难点在于曲面的切割，在本次的建模中，挂牌处的构建就用到了曲面的切割技术。在构建曲面时，先做一个大的曲面，如图37所示，并按要求调节成贴合的曲面，如图38所示，在构建凹部时，从内部构建底面和侧面如图39所示，并使侧部的面冲出38所示的面，如图310所示。图38挂牌处总体曲面构建在对39所示建立曲面时，要注意将其他碍事的曲面隐藏，这样能在建立曲面时更加的方便，清楚，避免建好的其他曲面的遮挡或线条的混乱。图39挂牌处底面，侧面曲面构建要想得到如下图310所示的曲面，可将建好的曲面进行“编辑曲面扩大”处理，在确定后要注意将原先的面删除，对于不能删除的部分要将其移动至其他图层，这样在所建面的图层是单纯干净的，有利于面的选择和面的连接过渡。图310挂牌处面的相交对做好的部分进行求交，如图311所示，画出交线。在“插入”中点击“修剪片体”即可修剪出所需要的模型。如图312所示。图311面之间的相交线图3曲面的剪切修剪后的模型如图312所示，这相当于在一个大的曲面挖去一个面，对于模型的倒圆角，过渡之类，本文后面内容会有所介绍。图312修剪后得到的模型35后围曲面构建后围的曲面构建关键在于分面的问题，在建模的过程中，正确的分面能帮我们节约时间，且为后面的连接工作做好基础。在后围的建面过程中，刚开始的时候对于曲面中间的塑料横条部分没有单独的建立单独的曲面，这样就使得后面的曲面连接，曲面构建存在很大的误差，致使后续工作无法完成。图313曲面构建图314控制顶点移动后围的建模在构建的过程中正确的分法是构建成七个面，而单独建面，这其中比较难的建面过程是大面之间的连接处。如图313，在曲面的构建过程中由于面的弯曲度比较高，所以建面的方式也比较麻烦，要在X成形处采用多边形的方式将控制顶点整条的集中，如图314，这样才能在弯曲的地方使点云的截面曲线与曲面的截面曲线更好的贴合。最终在曲面处建模如图315所示。图315后围曲面建模36后翼子板曲面构建汽车的翼子板是用来保护汽车的轮胎和遮挡污泥污垢的，因形状似鸟的羽翼而得名。翼子板俗称轮包，对于整车来说，轮包的建面是最为复杂的，也是当今世界的难题，为此，人们想出了各种方法来建立轮包的曲面，因为轮包曲面的贴合和与其他面的连接是至关重要的，一方面是因为轮包的曲面太弯曲，不易构造，另一方面是因为轮包的面太小，构建起来不容易。从汽车的发展以来，翼子板的形状有各式各样的，轮包的曲面构建也在一直挑战着人们的智慧，纵观各国的构建方法，在轮包的构建当中，日本人的构建方法是尤为可取的。先将轮包按照轮廓趋势划分三条艺术样条，如图315所示。在较好的设计过程是将翼子板的每个轮廓分为五个小面，每个小面依次建模，共分为十个小面。而在本次的设计中，只是将它们分成了五个面，如图316所示，在这一方面做的有所欠缺。这样做出来的模型误差会相对来说大很多。在翼子板的构建时，在本次的建模中对于面的贴合程度做的不够仔细，只是贴合好了一小部分，在后面的完成部分才发现这样的误差很大。这也是需要改进的地方。图315轮包划分图316轮包曲面的构建37本章小结本章主要介绍了曲线，曲面的构建，在曲面的构建过程中，主要介绍了本次做的部分的曲面构建，对于基本的曲面，如顶盖，后挡风玻璃，行李箱盖，后围部分做了介绍，其中重点在于挂牌处的面的剪切和后翼子板的面的分割部分作为难点重点做了特别的表明。在建模的过程中，掌握了面的基本构建方法。第四章曲面光顺、拼接41曲面的斑马线评价斑马线评价作为曲面光顺模型的分析方法,是检验构建曲面总体质量的一种强有力的分析工具。,在对曲面评价时,一般要求曲面的斑马线粗细变化均匀,美观,面与面之间的斑马线条纹光滑过渡,并且在压缩时不应有明显的缺陷“图41是汽车顶盖处点云数据的斑马线分析图,在图41中可以看出斑马线在某处出现漩涡，显示它的品质不够好，因此说明它的表面的光顺度是不够的。如果斑马线不能够符合曲面光顺的要求，那么就必须通过调控顶点查找原因，并进行移动修改，直到其满足光顺要求。图42是光顺点云数据后获得的数据模型斑马线分析图。通过图42可以看出,曲面的斑马条纹间隔变化均匀,且排列比较有序,整个曲面光滑过渡,达到曲率光顺的要求,斑马线成良好的形状,没有尖角和相互错开的情况,顶盖上侧也出现了光顺条纹,与原始数据图41相比,符合点云数据的走向趋势,达到顶盖造型特征要求,符合曲面光顺的要求，这样的斑马线在曲面光顺的要求中是比较满意的。图41顶盖斑马线分析图42顶盖光顺后的斑马线分析通过斑马线的走势，凸起，断开部分，可以看出面的连接光顺程度，在此基础上可以通过对控制定点的调节来使斑马线达到光顺，从而使曲面连接达到要求，如图43所示，曲面之间存在着断开现象，说明在断开地方曲面是不连接的，且是不光顺的，在对面的X成形分析中，通过对控制顶点的调节，使面达到光顺，如图44图43顶盖与挡风玻璃交接处出现斑马线断开现象图44通过调节控制顶点，斑马线断开处得到连接在将各个面都进行处理好的情况下，对整体的曲面进行斑马线的分析如图45所示图45整个模型的斑马线分析图42过渡曲面的光顺及其连续性曲面的光顺对于面的构建及最终模型的生成以及最终的模型实体表面是否光顺有着深刻的影响及意义。表面的光顺不仅仅是点云分析线与曲面分析线之间的贴合即可，在贴合的过程中，也是有精度的要求的。对于轿车车身，表面是需要极其光顺的，该要求是严格的。在光顺时,要严格的按照A级曲面的要求进行光顺,特别要注意以下几个方面1曲面的距离误差即点云的分析线与曲面的分析线之间的误差要控制在05MM以内,曲面的控制顶点要符合光顺排列准则,即要事先了解其大体的走势，争取做到在一条线上的点云走势大体相同，在用斑马线的方法分析曲面的走势时,要跟点云数据的走势一致，这样才能够保证曲面的光顺。2曲面的阶数要控制在6阶以内,建议最好为3一5阶，这样可以在保证建模准确的前提下，提高建模的效率，节约时间。3在做曲面时，曲面的构建尽量越大越好,而个数就越少越好,这样既便于曲面的调整和处理,也可以避免给人一种整体混乱的感觉。4在调整曲面时,要先整条线的调整然后再去调整一个一个的控制顶点,先做宏观的调整然后是微观调整,先整体大面积的修正然后再局部修正小的部分,按照这种方法来提高曲面的光顺效率。如果在光顺时不了解这些，那么光顺过程也可继续，但是会带来不必要的麻烦，既浪费时间又浪费精力。5在构建面的时候要先构建基本曲面,再构造过渡曲面,过渡曲面的构建大多采用曲线重构曲面的方法,对于过渡曲面的构造大可不必非要过分的拘泥于点云的拟合过程,可以采用相邻曲面的边界来作为约束条件直接进行曲面的建构。在所用软件中为过渡曲面的光顺及其连续性提供了很多构造方法，主要有过渡圆角方法、截面方法、网格曲面方法和桥接曲面方法。在本次的建模过程中主要用到了过渡圆角的方法和曲面的桥接技术。421过渡圆角方法（1）面倒圆方法面倒圆方法的命令位于“插入细节特征面倒圆”处。用这种方法构造的过渡圆角面与原曲面的连续性仅达到相切连续，所以这样得到的曲面只能用在少数难以拼接的少可见曲面和不可见曲面上。如图45所示为行李箱盖的连接处，在行李箱盖的建面过程中，建立了两个曲面，因此需要将其进行曲面的连接，在曲面的连接时采用了“面倒圆”的方法，具体做法如图46所示，在进行面倒圆的过程中，需要选定两个面，在选定的面上会有箭头显示，这是指示的倒圆角的反方向。图45行李箱盖的两个曲面对于面倒圆的过程，要特别的注意（1）方向的选择，选对方向是至关重要的。方向的选择方法是箭头的方向指向圆角半径的方向。有时软件是会提醒方向错误的，但对于系统的提醒，还是要保证其正确性，只有方向正确了，导出的圆角才是正确的。（2）半径的选择，在实际的操作过程中，在面与面之间倒角时，半径是没有给出的，这需要按照点云进行倒角半径的选择，大体选定半径，进行面的分析，使其达到最佳标准。有时的无法导出也可能是因为半径过大或过小的原因，需要具体分析。（3）倒角界限的选择，对于已经倒好的部分，有时会形成一个体，在与其他面进行倒角时，会产生多余的倒角面，再次，可以选择“修剪至短输入面”，“修剪至长输入面”或“不修剪圆角面”来达到所需。也可以在设置中选择“在锐边终止”等。图47为处理好的挂牌处模型。46行李箱盖的两个面之间的面倒圆47处理好的挂牌处形状（2）软倒圆方法软倒圆方法构造过渡曲面的命令在“插入细节特征软倒圆”处。这种方法构造的过渡曲面与原曲面的连续性可以根据需要进行设定，可设定为相切连续或曲率连续，该方法可用来构造各种车身曲面。在本次的构建中用的它较少。（3）样式圆角方法样式圆角方法的命令位于“插入细节特征样式圆角”处。该方法构造的过渡圆角曲面与原曲面的连续性有相切连续，挠率连续和曲率连续3种情况，所以这种方法对于各种车身曲面都适用。这种方法还有一个优点是得到得过渡曲面的弦高可调整，这样使得构造的过渡曲面能较好地贴近点云，以获得更高的精度。相比较于面倒圆，这种方法不是简单的原则两个面，而是必须要选择一条中心线，才可以导出圆角，在曲面的构建过程中，样式圆角应用最多，例如外围部分曲面的连接，图48所示。图48对于样式圆角的过渡，在作图时需要选择好面链及其方向，对于中心线的选择，简洁的方法是曲面的求交，选择其交线。然后再对其半径约束进行设置。422曲面修剪局部特征和过渡曲面构造完成以后,往往会有一些冗余数据存在,为了表面模型的整体协调美观,需要将基本曲面多余的部分裁剪掉,在面的修剪过程中，需要对所剪切的部分进行曲线的投影，对于曲线的获得有两种方法（1）通过“插入曲线艺术样条”获得曲线，如图47该曲线需要按照剪切的部分形状进行画出。（2）通过“插入来自体的曲线求交”获得曲线，如图48。图47艺术样条的构建图48交线的求法在进行剪切时选择好面后，在选择曲线时，曲线必须要是封闭的，或是曲线必须要能够在剪切的曲面上有可修剪的投影。如图410，有如此表示，出现选择的切割曲线是红色的，且一端或两端显示多条短曲线相交，如图这样说明曲线是不封闭的，需要进行添加曲线组成封闭的样条，才能修剪出所需要的模型。曲面的修剪在光顺中是一个很重要的部分，因为在49，基本曲面的建立时，不能够保证面与面之间能够完美的结合，抑或是用过渡圆角的方法就都可以完成面的连接，因此在一些比较复杂的部分就需要面的切割，在翼子板的面构建处也需要面的切割，如图410图49切割曲线交接处图410轮包处的面切割423曲面拼接车身外表面曲面拼接要达到G2连接性要求。但是在构造的过程中,一些重构曲面与其相邻的曲面只能达到位置连续,采用曲面匹配是实现曲率连续的必然要求。图411是车顶盖与后挡风玻璃的边的匹配，匹配后的两个面之间能更好的连接，在斑马线分析中在原本断开处斑马线达到连接，符合光顺性的要求。图411顶盖与后挡风玻璃的边的匹配再如，在构建后翼子板的过程中，为了对整个面进行圆角过渡，需要面有一定的连顺性，否则面与面之间就会有漏洞，圆角也无法倒出，在此处对面进行匹配，如图412所示。在匹配边的过程中要特别注意，要以光顺的最好的面为基准，这样一次进行匹配，才会使得到的面更符合要求，否则，面与面之间的误差只会越拉越大，对曲面的光顺是非常不利的。43曲面的桥接面的过渡总是不能贴合，过渡的很好，甚至有些地方是无法过渡圆角来进行构建的，在建模的过程中，就容易出现一些小的漏洞，对于漏洞的补齐，桥接是一个不错的方法，例如在构建挂牌处时，在倒圆角的过程中，面的不连接体现出来需要进行桥接，如图415桥接的应用还可以是面与面之间的，如翼子板间面的构建图416，在面与面之间进行桥接，可以桥接出具有相应趋势的面，这样对于小的面或一些难以构建的面来说是很方便的，有利于面的光顺。44车顶盖及其后部部分模型的生成441基准面的构建基准面作为对称的基准，对模型的镜像功能具有重要的意义。图412为基准面的构建图。图412基准面的构建基准面的构建在“插入基准/点基准平面”中，对生成的基准面进行拉伸，扩大到自己所需的范围，相比较与草图基准面的建立，该基准面之间构建与对称面，不需要进行坐标的调整，比较简单。建好的基准面与模型图如图413442镜像体在做曲面模型分析面的构建时，一定要注意其对称性，因为很多光顺工程师在一些对称件时，只需要做一半的面即可，然后利用软件的“镜像”功能即可得到模型的另一半，在本模型的构建中，经分析，对于顶盖的构建整个大面的构建是合理的，这样避免了在作出另一半时曲面的连接出现问题。对于不合理的对称，中间容易出现明显的位置连续问题，这在光顺的过程中是不被允许的。在后挡风玻璃，行李箱盖和后围部分建模的过程中，经过分析，只需要建立一半的模型即可，另一半需要经过“镜像”得到，具体的操作如图414图413基准面与建好模型在“插入关联复制镜像体”中进行选择镜像，也有“镜像特征”的选择，但由于，在曲面的过渡连接方面，面已经成体，所以“镜像体”会合理一些。如图415即得到整个所建模型，车顶盖和车身后部部分模型图。图414模型的镜像图415总的模型生成45本章小结本章主要是对面的过渡光顺，拼接，镜像等问题做了详细的介绍，在面的光顺过程中，斑马线的光顺评定，及如何调整控制顶点来使曲面光顺。曲面的拼接技术中的遇到的问题及解决方法，在拼接处得光顺曲面。在本章中的重点及在本设计中耗时最长的为挂牌处得圆角过渡和轮包的建立倒圆角。挂牌处的圆角的建立由于是最先开始的，也由于对软件的不是很熟悉，在此处用了很长的时间，在此处倒圆角容易遇到的问题是（1）刀具面不相连，这是由于面与面之间的缝隙太大，使圆角无法形成，需要我们调整面的间距。（2）倒的圆角超出了范围，这是由于曲面的构建时在其他没选定倒圆角的地方，有圆角的生成，需要进行面的调整或进行倒角的设置。（3）倒角的漏洞，在倒圆角时有时会导出漏洞，可以通过增大圆角的半径来减少这种可能。在轮包的建立处耗费了大量的时间，其主要在于面的划分，确定了面的划分和方法后，然后就是对面的拼接技巧，在文章前面已经提起过，对于倒圆角就将会相对简单。对做好的面，本章还介绍了镜像的功能，得到对称的面，对于本次的设计任务模型的构建才算完成。第五章模型的整合，实体加厚与快速成型51模型的整合在本次的设计中主要做的是车顶盖和轿车后部部分的模型，还需要与本组其他的同学做的车门进行整体的组合，其他同学做的模型如下图所示，图51为轿车车前门的模型图，图52为轿车后车门的模型图。图51轿车车前门模型图图52轿车车后门模型图在进行整合是可以利用部件的导入，在本次的组合是用的是“复制粘贴”，因为在点云的分割时用的是相同的坐标，因此在此处就不需要在做额外的点云坐标的对其，如果在开始时没有按照相同的点云做分割，则在此处就需要先对齐坐标，点击原图层中的坐标原点即可对其坐标。对插入进去的模型进行面的连接与过渡，多余曲面的剪切，最后生成如图53所示模型，最后对模型进行镜像，在镜像的过程中选好基准平面，然后选好要镜像的面的即前后车门，经过镜像功能得到最后面的模型，如图54所示。图53面的整合曲面的整合过程类似于面的过渡，需要做倒圆角，对于做的大出来的面，在整合的过程中需要进行剪切，由于各部分每个人的界定范围不同，所以自动整合时有些面在相互重叠，相交的，因此在此处面的切割也是很重要的，由于在上面已经提起面的切割的具体做法，因此在此处就不做详细的说明，做法是相同的。在过渡区域面的光顺也是应该要进行的。在与顶盖的拼接过程中，应该进行倒圆角，在本次的构建中，由于面已经进行切割所以不能面的X成形，主要进行了面的切割，在此处的构造中存在着缝隙之类，这里的光顺不是很好。图54整合后的模型52模型实体加厚对建好光顺好的模型需要进行实体的加厚，如图55所示为覆盖件后挡风玻璃与小玻璃的实体加厚。在进行加厚的过程中可以采用的拉伸加厚，此处用的是面的直接加厚，这样相对方便，简单。加厚的方法是“插入偏置缩放加厚”。在加厚的过程中也会碰到不能进行加厚的部分，对此需要移除裂缝，点击设置中“移除裂缝”即可进行加厚，在本设计中，由于面做的不够好，在加厚的过程中不是很顺利，一些体的加厚没能正常进行。图55后挡风玻璃与小玻璃的实体加厚53快速成型技术概述快速成型技术是快速原型制造技术的简称，英文RAPIDPROTOTYPING（简称RP技术），或RAPIDPROTOTYPINGMANUFACTURING，简称RPM。诞生于20世纪80年代后期，是集机械工程、现代计算机技术、CAD/CAM技术、激光技术，分层制造技术、数控技术、新材料科学于一体的一门新技术,是一种用材料逐层或逐点堆积出制件的制造方法。分层制造三维物体的概念，最早出现在制造技术并不发达的19世纪。早在1892年，BLANTHER主张用分层方法制作三维地图模型7。1979年东京大学的中川威雄教授,利用分层技术制造了金属冲裁模、成型模和注塑模。光刻技术的发展对现代RP技术的出现起到了催化作用8。20世纪70年代末到80年代初期，1978年美国3M公司的ALANJHEBERT、1980年日本的小玉秀男、1982年美国UVP公司的CHARLESWHULL以及1983年日本的丸谷洋二，在不同时间不同地点分别独立地提出了RP的概念，即利用连续层的选区固化产生三维实体。CHARLESWHULL在UVP的继续支持下，完成了一个能自动建造零件的称之为STEROLITHOGRAPHYAPPARATUSSLA的完整系统SLA1，并于1986年获得专利，这是RP发展过程中的一个里程碑。就在同一年，CHARLESWHULL及其UVP的股东们成立了3DSYSTEM公司，许多快速成型的相关概念和技术就是由3DSYSTEM公司研发成熟的。在此期间，相继研发了其它的成型原理及相应的成型机。1984年MICHAELFEYGIN发明了分层实体制造LAMINATEDOBJECTMANUFACTURING，LOM的方法，并于1985年成立了HELISYS公司，LOM1015作为第一台商业机型也于1990年前后开发成功。美国TEXAS大学研究生CDECKARD1986年提出了SELECTIVELASERSINTERINGSLS的思想，稍后组建了DTM公司，于1992年开发了基于SLS的商业成型机SINTERSTATION。SCOTTCRUMP在1988年提出了FUSEDDEPOSITIONMODELINGFDM的思想，1992年开发了第一台商业机型3DMODELER9。（1）立体印刷（SLA）SLA（STEREOLITHOGRAPHYAPPARATUS）工艺也称光造型、立体光刻及立体印刷，其工艺过程是以液态光敏树脂为材料充满液槽由计算机控制激光束跟踪层截面轨迹，并照射到液槽中的液体树脂，而使这一层树脂固化，之后升降台下降一层高度，已成形的层面上又布满一层树脂，然后再进行新一层的扫描，新固化的一层牢固的粘在前一层上，如此反复直到整个零件制造完毕，得到一个三维实体模型。该工艺的特点是原型件精度高，零件强度和硬度好，可制造出形状特别复杂的空心零件，生产模型柔性化好，可随意拆装，是间接制模的理想方法。缺点是需要支撑，树脂收缩会导致精度下降，另外光固化树脂有一定的毒性而不符合绿色制造发展趋势等。2分层实体制造（LOM）它是根据CAD模型数据用激光器对背面涂有热融胶的纸切割出其某层的内外轮廓，然后用热轧辊滚