汽车车身逆向工程设计关键技术及应用

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1、汽车车身逆向工程设计关键技术及应用逆向工程设计方法是汽车车身设计过程中的一个重要环节，也是一种快速设计的工程方法。逆向工程设计主要包括如下过程：三维测量获得点云数据、数据处理、特征的提取、曲面重构和曲面评价等。逆向设计并不是简单地复制，而是要在逆向过程中增加一些特征要素，设计出工艺性更好，质量更高的产品的过程。该文主要探讨汽车车身逆向设计的关键技术和技术特点。　　在汽车的整体设计中，车身占整车总成本的40%以上。汽车更新的速度主要体现在车身方面，人们对汽车的关注首先就是汽车的外观质量。因此车身设计是轿车开发的关键技术之一。日益成熟的CAD/CAE/C

2、AM一体化产品开发技术在汽车车身设计领域得到广泛应用。随着三维测量技术逐渐成熟，逆向工程设计技术能够快速将车身油泥模型或其他实物模型，快速地转变为三维曲面等数模，从而可以快速地进行模具设计，快速地生产车身，极大地缩短了车身的设计周期。同时该方法也可以快速地吸收国内外汽车车身设计的先进技术，然后经过我们的再设计，快速响应市场，达到事半功倍的效果。　　逆向设计的核心思想是将实物模型转化为计算机能够表达的三维数模的一种过程。简单地说就是从实物到图样的过程。逆向工程设计的核心思想是以实物模型为参考，增加我们自己的创新知识，设计出符合要求，又要高于原来实物的设

3、计过程。这就相当于我们过去常讲的类比设计。其实任何设计都是在一定的参考基础之上，逐步发展完善的过程。在从事逆向工程设计的过程中，人们可能会发现，虽然同是一个模型，但是不同的人，设计的效率和质量可能有比较大的差别。本文就是基于这样的目的，探讨逆向工程设计的关键技术。　　一、车身模型的测量　　车身的测量根据测头与车身模型是否接触分为接触式测量与非接触式测量。接触式测量主要采用三坐标测量机，非接触式测量又包括激光测量和结构光测量。接触式测量优点是精度高，缺点是效率比较低。测头的大小与接触力的大小对测量的精度都有影响。非接触式测量优点是效率高，缺点是精度低一

4、些。比如对于图1所示的吉普车车身，采用非接触测量的方法只需要一两天的时间即可。为了提高测量的效果和精度，一般要在车身上喷上显影增强剂，如图2所示。图1吉普车图2喷显影剂的车身　　1.车身模型坐标系的确定　　为了方便测量及测量后的数据处理，首先要确定车身坐标系。对于轿车车身，一般以汽车前轴的中心为坐标原点，向后为X轴，向右为Y轴，向上为Z轴。具体的做法是将车身支撑固定在单臂或双臂的划线机(三坐标测量机)，如图3所示。根据测量的结果，调整车身的前、后、左、右等位置，最后确定车身没有发生大的扭曲变形，直到正确为止。图3车身定坐标系　　2.贴车身Mark点　

5、　对于汽车车身，现在通常的做法是采用非接触测量方法，比较常用的是采用结构光的照相法。照相法的测量的核心就是点云片的拼接技术。首先在车身的表面喷洒乳白色显像剂，然后在上面贴Mark标记点。Mark标记点实际上是后序测量的点云片的拼接所用的定位点，如图4所示。图5车身Mark点　　标志点不要贴成直线，贴标记点的原则是三维扫描的每幅幅面的范围内应该拥有四个标记点，四个标记点尽量能够分散，尽量不要在孤立位置和曲率变化较大处。分散的目的就是将将来依据标记点拼接的时候，可以将拼接误差尽量地减小。标记点贴的质量直接影响测量的精度。随着计算机技术和图像处理技术的提高

6、，单幅点云的精度一般都比较高，但是不同的扫描系统之所以出现比较大的质量差别就是因为点云片的拼接技术存在差别。同样的扫描系统，标记点的贴的技巧如果没有充分掌握，测量出来的结果可能也有比较大的差别。　　3.测量车身Mark点　　标记点是用于点云片的定位的。因此，标记点测量的准确与否对整个车身的测量精度至关重要。测量的方法一般是采用高精度的相机，在车身上一般还要放置一些测量基准杆件，作为图像处理时标定。对车身上的所有标记点从不同角度进行大量的拍摄。然后进行图像处理，获得标记点的三维数据，如图6所指示。图6三维Mark点　　4.车身曲面片测量　　采用三维扫描

7、仪测量，当标记点测量之后，一般在进行这部分测量的时候，测量的顺序就没有过高的要求，因为测量的每一片点云是靠上面的标记点进行拼接的。也就是点云片之间没有误差累积的问题。测量的时候，要注意的是测量的每一片点云至少要包含三到四个标记点，包含的越多，拼接的精度越高。因为拼接时是点云片上标记点要与已经测量的标记点框架要匹配。因为两次测量，就是对与同一个标记点也会存在测量误差。所以在拼接的时候，点云片上的标记点都要参与标记点框架的匹配，这样测量误差就会减小。这部分的技术关键主要有：　　(1)测量的角度与距离要严格按照扫描仪器上所要求的操作规范;　　(2)测量环境

8、，如环境光线的强弱要满足测量要求;　　(3)测量的每一片点云范围要包含尽量多的标记点;　　(4)相临的点云片