基于逆向工程的某汽车车身部件的三维CAD数模的建立

0引言

传统的产品实现通常是从概念设计到图样 , 再制造出产品我们称 之 为 正 向 工 程 , 而 相 对 于 传 统 的 设 计 而 言 “ 逆 向 工 程 ” (Reverse Engineering, RE, 也称反求工程 、 反向工程等 , 指对已有的实物原型或 模型 , 利用 3D 数字化设备如实地测量出其表面的三维坐标点 , 并根据 这些坐标点通过三维几何建模方法来重构原型的 CAD 模型及设计 、 制造产品的过程 。 逆向工程技术在汽车工业的新产品开发中得到了广 泛应用 。 与传统正向工程相比 , 逆向工程具有设计精度高 、 开发设计周 期短 、 易于开展后续有限元分析 、 优化设计以及运动学仿真工作等优 点 。

车身部件的逆向设计流程如图 1所示 。 图 1车身部件的逆向设计流程

此车身部件 (图 2 逆向工程中的关键技术主要包括实物样品模 型表面点云数据获取 、 处理技术和随后的部件件曲面重建技术 。 本文 结合 Geomagic Studio 软件和 Siemens NX 4.0软件 , 介绍了某 汽 车 车 身部件逆向设计的过程与方法 。

图 2车身部件实拍图

1采用 3DSS 系列三维扫描仪获取点云数据

3DSS 系列三维扫描仪采用一种结合结构光技术 、 相位测量技术 、 计算机视觉技术的复合三维非接触式测量技术 , 所以 3DSS 又称为 “ 结 构光三维扫描仪 ”。

采用这种测量原理 , 使得对物体进行照相测量成为可能 , 所谓照 相测量 , 就是类似于照相机对视野内的物体进行照相 , 不同的是照相 机摄取的是物体的二维图象 , 而 3DSS 系列三维扫描测量仪获得的是 物体的三维信息 。 测量时光栅投影装置投影数幅特定编码的结构光到 待测物体上 , 成一定夹角的两个摄像头同步采得相应图象 , 然后对图 象进行解码和相位计算 , 并利用匹配技术 、 三角形测量原理 , 解算出两 个摄像机公共视区内像素点的三维坐标 。

扫描过程中需要主意的问题 :

1 环境光 :确保室内灯光都关闭 , 采用交流电得到光源都使波动 会影响到测量效果 ;

2 表面处理 :物体的表面质量对测量结果影响很大 。 物体较理想 的表面状况为亚光白色 , 通常可以给物体喷上一层白色显像剂 , 不需 要太厚 , 否则会影响到测量的精度 ; 由于此车身部件由玻璃钢材料制 造 , 其表面颜色为亚光白 , 在日光条件下 , 非常容易得到点云 , 因此不 需要喷任何显影剂 ;

3 在扫描过程中 , 由于不断任意改变被测物的角度和位置 , 为使 被测物的各部分的相对坐标保持不变 , 应在被测物表面设置足够的参 照点 , 使被测物转至任意方位后 , 系统仍在此位置找到多于三个以上 的参照点 (注意三个参照点不在一条直线上 , 确保测量坐标系准确的 定位 。 如图 3所示 。

图 3贴有参照点的部件

2采用 Geomagic Studio 对点云数据处理

Geomagic Studio 是应用越来越广泛专业逆向工程软件 , 该软件是 目前对点云处理及三维曲面构建功能最强大的商业软件 。 它以先进的 数学模型 、 曲面构建理论为基础 , 能快速地整理曲面点云数据 , 自动 产生网格 , 可建构任意复杂的精确曲面模型 , 创造从原型曲面测量点 云 , 到多边形数据的高品质三维模型产品 。

采用 geomagic 软件对点云进行处理步骤 : (1 首先读入前面拼接好的所有测 得的点云数据 , 合并点云 , 删去多余点 云 ; 重复删除体外孤点 ; 得到如图 4所示 点云 ;

(2 减少噪声点 :在扫描过程中 , 由

于扫描设备的轻微震动或不精确的扫校 准或被扫描物体表面准备处理不好 , 会 产生噪声点 。 噪声点的存在将影响工件 表面质量 , 必须去除 。

(3 进行统一采样 :由于测量数据点 云密度很大 , 而利用数据点云进行曲面

重构 、 三角网格构造或评价被测曲面的误差 , 不需要过密的数据点 , 特别是在被测曲面的曲率较小时 。 过密的点云不但计算量大 , 而且可 能影响其光顺性 。 因此 , 精简测量数据是数据预处理的重要工作之一 , 可用采样来减少对象中的点数量 , 保持零件的精确性 。

(4 封装 :将点封装 , 生成三角面片 , 如图 5所示 图 5封装后的模型 (下转第 80页

基于逆向工程的某汽车车身部件的 三维 CAD 数模的建立 李晓达 占向辉 徐 杭

(吉林大学珠海学院机电工程系 广东 珠海 519041

【 摘 要 】 本文介绍了某汽车车身产品逆向开发流程 , 分析了点云数据采集 、 处理 、 曲面重构等工作要点 。 通过结构光三维扫描仪测得点云 数据 , 利用 Geomagic Studio 软件对测量数据进行处理 , 用 Siemens NX4.0软件进行部件表面重构 , 得到部件的三维 CAD 数模 。

【 关键词 】 逆向工程 ; 结构光三维扫描仪 ; Geomagic ;

NX

图 4拼接处理后的点

云数据 ○ ○

(上接第 39页 内外的研究状况进行了概述 , 发现微波反应具有反应 时间短 、 副反应少 、 产率高 、 操作方便 、 环境友好等优点 。 我们选择稠合 的含氮杂环化合物的微波合成作为我们的研究目标 , 既可以扩大微波 在有机合成中的应用范围 , 又可以合成一些新的含氮杂环化合物 , 为

寻找新的活性物质提供可供筛选的化合物 。 [责任编辑 :翟成梁 ] 科