逆向工程汽车驾驶室曲面重构

1、逆向工程汽车驾驶室表面重构1.专题研究的背景和重要性我国是人口大国，也是汽车大国。随着人们生活水平的提高，对汽车的需求不再只满足于其性能，对汽车多样性和个性化的需求开始上升。传统的汽车设计方法不仅不能满足人们的个性要求，还限制了汽车的更新速度和汽车产业的发展。我国的汽车用户现在更多地重视车身的外观，在汽车设计中，车身设计也是重要的酒之一。为了满足消费者的需要，新技术逆向工程技术在制造业迅速发展，并应用于汽车领域。逆向工程技术在提高产品设计、开发、最优化、结构化等方面的产业产品设计水平，缩短研发周期，增强产品的市场竞争力方面发挥着重要作用。我国现代汽车产品设计，特别是汽车表面造型设计，已广泛使用

2、逆向工程技术。牙齿技术可以快速再现国外先进的车身模型设计，快速吸收国内外车身设计的先进技术和设计理念，经过车身设计者的二次开发，迅速应对市场。但是我国在牙齿领域也与外国发达国家有很大的差距，牙齿课题就是在这种背景下开展研究。2.逆向工程概述逆向工程(ReverseEngineering，RE)也称为逆向工程，相对于现有设计。传统的产品实施通常从概念设计到图形，创建产品称为正向工程，产品的逆向工程从现有部件或原型开始。首先数字化，然后配置CAD模型，如果检查满意，最后制造产品。目前对逆向工程技术的大部分研究和应用都集中在几何，即重建产品实物的CAD模型和最终产品的制造上，称为实物逆向工程1，2。

3、逆向工程的基本过程如图1所示3。“逆向工程”通常包括五项茄子关键技术：数据收集、数据字典处理、数据块和曲面重构、构建CAD模型和快速原型制造。专题研究的背景和重要性我国是人口大国，也是汽车大国。随着人们生活水平的提高，对汽车的需求开始增加，不仅满足于其性能，而且对汽车的多样性和个性化的需求也开始增加。传统的汽车设计方法不仅不能满足人们的个性要求，还限制了汽车的更新速度和汽车产业的发展。我国的汽车用户现在更多地重视车身的外观，在汽车设计中，车身设计也是重要的酒之一。为了满足消费者的需要，新技术逆向工程技术在制造业迅速发展，并应用于汽车领域。逆向工程技术在提高产品设计、开发、最优化、结构化等方面的

4、产业产品设计水平，缩短研发周期，增强产品的市场竞争力方面发挥着重要作用。我国现代汽车产品设计，特别是汽车表面造型设计，已广泛使用逆向工程技术。牙齿技术可以快速再现国外先进的车身模型设计，快速吸收国内外车身设计的先进技术和设计理念，经过车身设计者的二次开发，迅速应对市场。但是我国在牙齿领域也与外国发达国家有很大的差距，牙齿课题就是在这种背景下开展研究。“逆向工程”通常包括五项茄子关键技术：数据收集、数据字典处理、数据块和曲面重构、构建CAD模型和快速原型制造。4.国内外逆向工程的应用历史和现状通用汽车早在20世纪60和70年代就开始使用逆向工程软件的开发，牙齿时期的软件都是企业内部开发，适用范围

5、也仅限于汽车外形处理。日本也在20世纪60年代开始使用逆向工程技术，为振兴日本经济制造和开发各种新产品奠定了良好的基础。使用逆向工程技术降低产品开发的风险，提高产品的研发周期，降低开发成本。国内外很多学者对逆向工程技术进行了大量的研究。正如我们在乌尔京滨逆向工程技术及应用文章中看到的，目前市场产品中比较有名的四大逆向工程软件是美国EDS的Imageware、美国雨滴公司的GeomagicStudio、英国DELCAM的CopyCAD，以及韩国NUS的逆向工程软件RapidForm4。CATIA软件是法国Dassault开发的，由于集成的环境和强大的表面设计能力，越来越多的人使用CATIA软件进

6、行逆向工程设计。逆向工程的汽车产业使用进一步丰富了国外一些大企业和汽车设计公司的汽车车身创造力和造型能力。他们能在一个月内开发几点或数百辆汽车车身，大大提高了市场竞争力，繁荣了品牌。同样，国内一些学者和研发部门也开始了对逆向工程的研究，但起步晚，大部分市场仍然被外国技术占领。另外，国内逆向工程研究主要在高校。上海交通大学国家工程模具中心的集成系统和自动建模技术、西安交通大学CIMS中心面向CMM的逆向工程测量方法、基于线结构宽角度传感器的光坐标测量机研究、南京航空航天大学CAD/CAM工程研究中心的大规模散乱点三角形重建和自动建模方法、浙江大学生产工程研究所的三角面片建模、华中科技大学的表面测

7、量和逆向技术软件研究主要集中在国内也高校(如)另外，在国内，逆向工程技术的使用不全面，范围窄。很少有企业使用3D建模软件，企业也只能使用部分员工。对大多数人来说，逆向工程技术仍然很陌生。牙齿CAD的使用太单一，无法将所有功能组合在一起应用于产品开发。因此逆向工程在国内的发展还有更长的路要走。(威廉莎士比亚、逆向工程、逆向工程、逆向工程、逆向工程、逆向工程、逆向工程)要迅速接受和吸收外国牙齿领域的先进技术，使我们在未来产品设计开发中立于不败之地。(威廉莎士比亚，温斯顿)5.逆向工程工作流(1)表面测量是逆向工程的第一阶段，通常是使用3坐标测量机等测量设备将物体表面数据转换为几何数据点的过程。常用

8、方法主要有两类茄子：接触式和非接触式。另一种方法是分层扫描测量法，如产业CT、MRI等。接触数据收集方法包括基于力触发原理的触发器数据收集和连续扫描数据收集、磁场法、超声波法等。淄博。的CADCAE在汽车覆盖件成形中的应用提到，非接触数据收集方法主要使用光学原理收集数据。牙齿方法分为(1)激光扫描法(2)距离法(3)结构光法(4)高密度栅格韵语法(5)投影栅格相位法(6)。(2)通过点云的字典处理引入点云数据。在林有迪的汽车车身逆向工程关键技术的研究及应用中，为了直观方便地处理数据，我们通常希望将“点云”数据用作与原点对应的值。这包括测量坐标系和原始坐标系的坐标转换问题7。也可以通过删除对称部

9、分来减少工作量，并通过过滤方法字典处理点云数据中的“噪波”点8。(3)生成和优化网格数据。赵宇明等在逆向设计中点云处理的应用技术研究中提到上部网格分割时，为了更好地表示结构曲面特征，对垂直于蟑螂轴的曲线进行了可变密度分布处理。在曲率变化不大的平滑区域中相对稀疏，在曲率大的区域中相对紧密，以保证准确性，减少计算时间9。(4)萃取特征曲线和建立曲线特征线是分割曲面特征的关键曲线，并具有六种茄子方式(曲线投影、平面相交、云点相交、网面面边界、空间曲线和相交曲线)牙齿，以在CATIA中设定云点特征的曲线。建立曲线是根据点云剖面线建立曲线，以及透过拟合相交线来建构曲面所需的边界曲线。如在王道、阳进等基于

10、逆向工程的汽车覆盖件CAD建模技术研究中所述，在创建曲线之前，首先要对工件进行整体分析，根据工件不同部分的特征选择和分割点云，为了便于点云处理过程，可以根据需要设置不同的层，活动层在从现有点生成曲线构成曲线时，应遵循以下原则10: 1)控制点，为了与点云数据高度匹配，渡边杏追求缺失曲线的平滑度。相反，如果数据点太少，构成的曲线可能与实际情况大不相同。2)曲线最佳原则构成的曲线通常在通过点云最能反映工作特性的区域点云数据的边界区域中有很多噪声点和冗馀点。通常，构造的曲线不会通过点云数据的整个曲面，而仅通过数据的最佳点利用Tangent。(5)曲率分析、曲线平滑度和距离分析距离分析、两个对象之间的

11、距离分析和颜色级显示，以确定重建后的模型曲面和数据点云之间的错误。曲率分析、通过高斯曲率截面曲率切线双向曲率法向矢量等分析方法，检查曲线曲面的质量。(6)曲面重建和光滑曲面重建是逆向工程的核心。首先用点云镶嵌数据进行分割，然后单独构建曲面，最后将所有曲面拟合到完整曲面。CATIA中的曲面建模是基于上述曲面数学模型描述任意空间曲面的。在汽车零部件的复杂曲面设计中常用的b样条曲面是二维b样条曲面11。CATIA曲面建模技术主要有两种茄子类型：常规曲面建模和复杂曲面建模，复杂曲面的建模设计是产品设计的难点和重点。曲面的构造方式可以分为以下类别11:1)扫描曲面：发生线扫描沿山脊运动形成的曲面。2)截

12、面驱动曲面：控制每个截面的形状/区域，并且控制脊运动形成的曲面。3)连接曲面：以确定控制线由两个曲面倒圆角形成的曲面。4)填充曲面：填充由现有曲面包围的区域的空白处形成的曲面。5)布尔运算：通过对多个曲面进行布尔运算而形成的曲面。盐生等在基于CATIAV5的ATV曲面逆向设计中提到，要在悖论系统中创建A级曲面，必须使用手动操作曲面和调整曲面控制点的方法构建真实反映建模设计师意图的完美曲面12。修改曹征顶点的方法是曲面形状中最常用的功能。平滑曲面不一定是a类曲面，必须满足prod 12:才能到达a级曲面1)曲面和曲面之间的二次连续(G2连续)。2)表面控制点均匀，扩展性好。3)相邻曲面之间的间距

13、小于0.005mm，相切更改小于0.16，曲率更改小于0.005。4)曲面必须平滑，单个曲面(patch)必须单调，即单调、凹面或单调地凸面。避免表面突然突出或凹陷等缺陷。5)与目标的误差必须在规定的范围内控制。赵宇明博士论文汽车造型设计中曲面重建方法的应用研究提到，B样条曲线和NURBS曲面表示是目前成熟商品化CAD/CAM系统中广泛使用的曲面表示方法。这些曲面包括四边形参数化曲面片插值、伸出项、旋转、放样或蒙皮、扫描、混合和4边界方法结构灵活，边界适应性强，有构成复杂形状的可能性，在研究中逐渐受到重视。13。鸟类等在逆向工程中点云数据的曲面重构方法研究中提出了新的表面重建方法。bezier

14、法和B样条法在自由形式设计中具有良好的性质：平滑、局部、互补，但低于： bezier法的平滑连接条件很困难，B样条法没有插值功能。基于上述观点。提出了结合bezier方法和B样条方法优点的C2插值五次样条方法。生成的样条线参数曲线可以是局部、波形和曹征的。性。不管是方法的生成，还是它的功能。可以说是bezier和B样条方法的组合14。徐家川等在汽车车身A级曲面的表示与次数选择中分析了汽车车身光滑曲线(曲面)的Bzier表示和B样条表示方法，并比较了两种茄子方法表示的曲线(曲面)质量。基于此，我们建议选择Bzier表达方法使车身A级表面平滑，根据高阶曲线(表面)的振动性和平滑性要求，将曲线(表面

15、)次数限制为27次。实验表明，使用Bzier方法获得的汽车车身表面满足建模要求，其表面之间的斑马横截面平滑过渡，达到了A级表面的要求15。曲面的质量检查和调整使用电脑软件曲面检查功能进行曲面质量检查，主要利用平滑曲面反射斑马、反射云、随机交叉线二次导数连续等。目前常用的平滑法是能量法最小二乘法、原律、光亮法。张申宇的基于逆向工程的汽车外形设计方法的应用研究提到，能量法是手动平滑曲线的进一步模拟，将曲线视为弹性梁，根据变形能量极小的原理反复修改，每次修改的能量都小于以前的能量，直到曲线变得平滑为止。最小二乘法使用某种类似的函数，并将其推进测量点，将测量数据和函数相应计算值的平方和最小，这种方法事

16、先规定了其大偏差，如果偏差太小，接近曲线牙齿测量点，则平滑牙齿不好。如果偏差太大，可以使曲线光滑，但曲线容易偏离设计思想。原律是一种点修正法，基于承认大多数点是好的或好的，不需要插值曲线。其光滑过程是从离散大值点分布的几何位置直接判断点列的平滑度，排出几个坏点，一一修正。(威廉莎士比亚，温斯顿，本人) (威廉莎士比亚，温斯顿，原签名语，原语民，原语民，原语民，原语民，原语民)特别适用于几何形状的平滑问题16。6.摘要和展望逆向工程为制造业提供了新的高效重构手段，实现了从实际物体到几何模型的转换。逆向工程技术在国内的应用不仅可以加快我国制造业的发展，减少国外技术垄断，还可以学习和吸收国外产品设计和开发中的先进技术，赶上世界先进水平。工具书：1夜场，王红，张英杰等。实物逆向工程的关键技术分析J。机械设计，1999，6(6):4-7。2李康雄，科英林，郑耀东。基于实物的复杂曲面产品逆向工程中的CAD建模技术J。中国机械工程，1999，10(4):390-394。刘伟军，孙玉文。逆向工程原理、方法和应用M。北京：机械工业出版社20094吴敬彬。逆向工程技术和应用B。机械管理开发，2006年5你好。CAD