逆向工程是通过对实物模型的数据采集，利用相应软件进行计算机三维模型重建，是一种从已有的物理模型中获取产品CAD模型的过程。该工程在产品开发方面所表现出来的快捷性，使其在制造业中迅速得到了推广和普及。
逆向工程与传统的加工工程存在质的不同，传统加工是在没有任何现成产品的情况下，以工程图纸来生产和开发产品的，而逆向工程是在没有设计图纸或图纸不完整，但有样品的情况下，利用3D数字化测量仪，准确、快速地量取样品表面点数据或轮廓线条，加以点云数据处理、曲面创建、修改，然后传至CAD／CAM 系统，再由CAD系统传至CNC加工机床或快速成型机来制作。
l 汽车覆盖件的3D点云数据采集
1．1 海量点云的采集思想
D.Brujic通过大量模拟分析得出一个重要的结论，即点云数据采集采用较高精度大量点云。与很高精度的小量点云相比，使用较高精度的大量点云能实现更精确的形状描述和最后的曲面拟合，如测量点集趋于无穷多，则可认为逼近误差接近于零。因此对汽车覆盖件实施逆向工程时，在采集数据点集方面采用较高精度的大量点云的采样方法，抛弃传统采集数据的思想。
1．2 点云数据的采集方法
测头结构原理可分为接触式和非接触式2种。其中，接触式测头又可分为硬测头和软测头2种。接触式比较常用的是三坐标测量机(CMM)。但是由于与被测物体接触产生压力，从而使被测物体产生变形，测量误差较大。非接触式测头则应用光学及激光原理进行激光扫描及光学扫描等，测量精度较高。
针对汽车覆盖件体积大及需求精度高等特点，采用由德国G0M公司生产的ATOS非接触式坐标机，可实现对工件的高分辨率高速扫描，每幅扫描照片可获得工件表面400 000个点的三维坐标，每幅扫描照片精度达0．03 mm，整体拼合扫描精度为0．1 mm／m，并以点云的形式以多种格式输出，供后续CAD／CAM／CAE使用。由ATOS非接触式坐标机扫描得到的瑞风商务车后轮轮包原始点云数据.
由于覆盖件尺寸较大且表面形状不规则，为了防止数据丢失，必须经过多次扫描再将数据叠加。叠加时必须通过平移、旋转变换及坐标系变换，使所有测量数据具有共同的基准和坐标系。
2 点云数据的预处理
由于初始扫描得到的点云数据量非常密集，数据点会导致计算机运行、存储和操作效率低，生成曲面模型需要消耗更多的时间，而过于密集的点云会影响重构曲面的光顺性。因此，必须对测量获得的散乱的点云数据进行规则化处理，形成多块易于曲面造型的数据块，确保测量造型中分块曲面之间的拼接、表面数据采集、过渡及缝合等处理顺利进行。主要处理步骤是：平滑残缺数据、精简冗余的数据、点云数据的分块和融合、坐标变换、数据派生与重组、特征提取、派生及矢量化。经过去除噪音、杂点后的轮包点云如图3所示。从中可以看出点云稀疏，点云数量减少了75，但它还有足够的数据来生成模型。图4为经过光顺后轮包点云，它显示出点云的高曲率区域和低曲率区域，可以在提取特征时更容易找到特征。
3 3 基于Imageware为平台的曲面重构
3．1 曲面重构关键
曲面重构的关键环节如下：
(1)曲面型面数据散乱且曲面对象边界和形状极其复杂，因而一般不便直接运用常规的曲面构造方法。
(2)曲面对象往往不是由简单的一张曲面构成，而是由多张曲面经过延伸、过渡及裁减等混合而成，因而要分块构造。
(3)由于数字化技术的限制，在逆向工程中存在“多视数据”问题。为了保证数字化的完整性，各视角之间需有一定的重迭，这就存在“多视拚合”的问题。
在点云数据处理过程中正确地运用以上技术，可以克服传统曲面拟合中的不足，提高曲面重构的质量和效率。
3．2 用Imagewrae进行曲面创建及造型
Imageware软件主要用来做逆向工程，它处理数据的流程遵循点-曲线-曲面的原则。目前，在逆向工程中，主要有3种曲面构造的方案。
(1)以B-Spline或NURBS曲面为基础的曲面构造方案。
(2)以三角Bezier曲面为基础的构造方案。
(3)以多面体方式描述曲面物体，在Imageware中，采用B样条曲线来构造曲面。
3．2．1 BLSpline样条曲线的创建
打开经过预处理的轮包点云数据，即可对其进行生成曲线操作。选择互交式剖切截面线，提取关键截面曲线的点云数据，如图5所示。
根据创建的曲线，可以改变控制点的数目来调整曲线。拟合的B样条曲线，
将拟合后的曲线分3步进行简单的光顺处理：① 寻找坏点。并修改坏点的坐标值；② 粗光顺，使曲线上各段的曲率符号一致，保证曲线单凸性或单凹性；③ 精光顺，使曲线上各段的曲率变化均匀，满足光顺的要求。
3．2．2 曲面创建
创建曲面的方法很多，可以用点阵直接生成曲面，用曲线通过蒙皮、扫掠、4条边界线及曲线网格混成等方法生成曲面，也可以结合点阵和曲线的信息来创建曲面。曲面光顺的方法是先光顺曲面的纵向曲线，后通过新型值点生成横向样条曲线并光顺，重新生成纵向样条曲线并光顺，直至所有纵向、横向样条曲线都满足光顺准则，最后利用光顺的纵向、横向样条曲线构造出光顺曲面。
4 结束语
利用光学扫描作为空间三维点数据的获取手段，用逆向工程CAD软件Imageware对获取的点云数据进行反求处理，其重、难点是关键曲线的创建和诊断修改。采用逆向工程CAD技术，不仅能够得到原实物的精确复制品，而且可以进一步修改并生成完整的数学模型和产品图纸，为产品的更改以及后续的数控加工带来了很大的便利，提高了车身覆盖件设计的工作效率。
逆向工程与传统的加工工程存在质的不同，传统加工是在没有任何现成产品的情况下，以工程图纸来生产和开发产品的，而逆向工程是在没有设计图纸或图纸不完整，但有样品的情况下，利用3D数字化测量仪，准确、快速地量取样品表面点数据或轮廓线条，加以点云数据处理、曲面创建、修改，然后传至CAD／CAM 系统，再由CAD系统传至CNC加工机床或快速成型机来制作。
l 汽车覆盖件的3D点云数据采集
1．1 海量点云的采集思想
D.Brujic通过大量模拟分析得出一个重要的结论，即点云数据采集采用较高精度大量点云。与很高精度的小量点云相比，使用较高精度的大量点云能实现更精确的形状描述和最后的曲面拟合，如测量点集趋于无穷多，则可认为逼近误差接近于零。因此对汽车覆盖件实施逆向工程时，在采集数据点集方面采用较高精度的大量点云的采样方法，抛弃传统采集数据的思想。
1．2 点云数据的采集方法
测头结构原理可分为接触式和非接触式2种。其中，接触式测头又可分为硬测头和软测头2种。接触式比较常用的是三坐标测量机(CMM)。但是由于与被测物体接触产生压力，从而使被测物体产生变形，测量误差较大。非接触式测头则应用光学及激光原理进行激光扫描及光学扫描等，测量精度较高。
针对汽车覆盖件体积大及需求精度高等特点，采用由德国G0M公司生产的ATOS非接触式坐标机，可实现对工件的高分辨率高速扫描，每幅扫描照片可获得工件表面400 000个点的三维坐标，每幅扫描照片精度达0．03 mm，整体拼合扫描精度为0．1 mm／m，并以点云的形式以多种格式输出，供后续CAD／CAM／CAE使用。由ATOS非接触式坐标机扫描得到的瑞风商务车后轮轮包原始点云数据.
由于覆盖件尺寸较大且表面形状不规则，为了防止数据丢失，必须经过多次扫描再将数据叠加。叠加时必须通过平移、旋转变换及坐标系变换，使所有测量数据具有共同的基准和坐标系。
2 点云数据的预处理
由于初始扫描得到的点云数据量非常密集，数据点会导致计算机运行、存储和操作效率低，生成曲面模型需要消耗更多的时间，而过于密集的点云会影响重构曲面的光顺性。因此，必须对测量获得的散乱的点云数据进行规则化处理，形成多块易于曲面造型的数据块，确保测量造型中分块曲面之间的拼接、表面数据采集、过渡及缝合等处理顺利进行。主要处理步骤是：平滑残缺数据、精简冗余的数据、点云数据的分块和融合、坐标变换、数据派生与重组、特征提取、派生及矢量化。经过去除噪音、杂点后的轮包点云如图3所示。从中可以看出点云稀疏，点云数量减少了75，但它还有足够的数据来生成模型。图4为经过光顺后轮包点云，它显示出点云的高曲率区域和低曲率区域，可以在提取特征时更容易找到特征。
3 3 基于Imageware为平台的曲面重构
3．1 曲面重构关键
曲面重构的关键环节如下：
(1)曲面型面数据散乱且曲面对象边界和形状极其复杂，因而一般不便直接运用常规的曲面构造方法。
(2)曲面对象往往不是由简单的一张曲面构成，而是由多张曲面经过延伸、过渡及裁减等混合而成，因而要分块构造。
(3)由于数字化技术的限制，在逆向工程中存在“多视数据”问题。为了保证数字化的完整性，各视角之间需有一定的重迭，这就存在“多视拚合”的问题。
在点云数据处理过程中正确地运用以上技术，可以克服传统曲面拟合中的不足，提高曲面重构的质量和效率。
3．2 用Imagewrae进行曲面创建及造型
Imageware软件主要用来做逆向工程，它处理数据的流程遵循点-曲线-曲面的原则。目前，在逆向工程中，主要有3种曲面构造的方案。
(1)以B-Spline或NURBS曲面为基础的曲面构造方案。
(2)以三角Bezier曲面为基础的构造方案。
(3)以多面体方式描述曲面物体，在Imageware中，采用B样条曲线来构造曲面。
3．2．1 BLSpline样条曲线的创建
打开经过预处理的轮包点云数据，即可对其进行生成曲线操作。选择互交式剖切截面线，提取关键截面曲线的点云数据，如图5所示。
根据创建的曲线，可以改变控制点的数目来调整曲线。拟合的B样条曲线，
将拟合后的曲线分3步进行简单的光顺处理：① 寻找坏点。并修改坏点的坐标值；② 粗光顺，使曲线上各段的曲率符号一致，保证曲线单凸性或单凹性；③ 精光顺，使曲线上各段的曲率变化均匀，满足光顺的要求。
3．2．2 曲面创建
创建曲面的方法很多，可以用点阵直接生成曲面，用曲线通过蒙皮、扫掠、4条边界线及曲线网格混成等方法生成曲面，也可以结合点阵和曲线的信息来创建曲面。曲面光顺的方法是先光顺曲面的纵向曲线，后通过新型值点生成横向样条曲线并光顺，重新生成纵向样条曲线并光顺，直至所有纵向、横向样条曲线都满足光顺准则，最后利用光顺的纵向、横向样条曲线构造出光顺曲面。
4 结束语
利用光学扫描作为空间三维点数据的获取手段，用逆向工程CAD软件Imageware对获取的点云数据进行反求处理，其重、难点是关键曲线的创建和诊断修改。采用逆向工程CAD技术，不仅能够得到原实物的精确复制品，而且可以进一步修改并生成完整的数学模型和产品图纸，为产品的更改以及后续的数控加工带来了很大的便利，提高了车身覆盖件设计的工作效率。
KN95口罩耳带机现货、N95切片加内置鼻梁一体机、N95口罩机整套现货，厂家直销没有中间商，预订电话：13018639977
CNC数控编程培训、塑胶模具设计培训，冲压模具设计培训，精雕、ZBrush圆雕培训、Solidworks产品设计培训、pro/E产品设计培训，潇洒职业培训学校线下、线上网络学习方式，随到随学，上班学习两不误，欢迎免费试学！
联系电话：13018639977（微信同号）QQ:2033825601
学习地址：东莞市横沥镇新城工业区兴业路121号－潇洒职业培训学校
免责声明：
1；所有标注为智造资料网zl.fbzzw.cn的内容均为本站所有，版权均属本站所有，若您需要引用、转载，必须注明来源及原文链接即可，如涉及大面积转载，请来信告知，获取《授权协议》。
2；本网站图片，文字之类版权申明，因为网站可以由注册用户自行上传图片或文字，本网站无法鉴别所上传图片或文字的知识版权，如果侵犯，请及时通知我们，本网站将在第一时间及时删除，相关侵权责任均由相应上传用户自行承担。
内容投诉
智造资料网打造智能制造3D图纸下载,在线视频,软件下载,在线问答综合平台 » 逆向工程在汽车覆盖件设计中的应用
1；所有标注为智造资料网zl.fbzzw.cn的内容均为本站所有，版权均属本站所有，若您需要引用、转载，必须注明来源及原文链接即可，如涉及大面积转载，请来信告知，获取《授权协议》。
2；本网站图片，文字之类版权申明，因为网站可以由注册用户自行上传图片或文字，本网站无法鉴别所上传图片或文字的知识版权，如果侵犯，请及时通知我们，本网站将在第一时间及时删除，相关侵权责任均由相应上传用户自行承担。
内容投诉
智造资料网打造智能制造3D图纸下载,在线视频,软件下载,在线问答综合平台 » 逆向工程在汽车覆盖件设计中的应用
