ＶｏＩ．５Ｏ Ｎｏ．３ 工程与试验ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＴＥＳＴ 汽车后视镜的逆向造型设计与分析 侯跃谦 ，谭庆昌 ，史尧臣。 （１．长春大学机械工程学院，吉林长春１３００２５； ２．吉林大学机械科学与工程学院，吉林长春１３００２２；３．长春理工大学机电工程学院，吉林长春１３００２２） 摘要：在ＣＡＴＩＡ开发环境下，通过汽车后视镜的逆向造型设计，对逆向工程中的关键技术进行了探索和实践。 通过应用Ｇｅｏｍａｇｉｃ Ｑｕａｌｉｆｙ对重构的逆向模型进行了３Ｄ检测和分析。 关键词：汽车后视镜；逆向工程；ＣＡＴＩＡ；Ｇｅｏｍａｇｉｃ Ｑｕａｌｉｆｙ 中图分类号：Ｕ４６３．８５ ６ 文献标识码：Ｂ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４—３４０７．２０１０．０３．０１８ Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｒｅａｒｖｉｅｗ Ｍｉｒｒｏｒ Ｈｏｕ Ｙｕｅｑｉａｎ ～，Ｔａｎ Ｑｉｎｇｃｈａｎｇ 。Ｓｈｉ Ｙａｏｃｈｅｎ。 （１．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００２５，Ｊｉｌｉｎ，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊｉｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００２２， Ｊｉｌｉｎ，Ｃｈｉｎａ；３．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＆Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００２２，Ｊｉｌｉｎ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅｖｅｒｓｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｒｅａｒｖｉｅｗ ｍｉｒｒｏｒ ｂｙ ＣＡＴＩＡ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｒｅｖｅｒｓｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃｅｄ．３Ｄ ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｒｅｖｅｒｓｅ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｂｙ Ｇｅｏｍａｇｉｅ Ｑｕａｌｉｆｙ ｓｏｆｔｗａｒｅ。 Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ ｒｅａｒｖｉｅｗ ｍｉｒｒｏｒ；ｒｅｖｅｒｓｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ＣＡＴＩＡ；Ｇｅｏｍａｇｉｃ Ｑｕａｌｉｆｙ 制造和加工生产的技术Ⅲ。 １ 引 言 ２ 设计思路 汽车后视镜是由多个形状复杂的三维曲面构成 的，不仅要求具有实用功能，具有装配的互换性，而 制作１：１的汽车后视镜油泥模型，提取油泥模 且很大程度上要求符合整车的艺术性和美观，要求 型表面上若干离散的点云数据，提取后的点云首先 线条优美，曲面平滑光顺。利用传统的正向设计方 需要进行平滑、去噪、滤波等预处理，将预处理后的 法，需要经过产品造型设计、工艺设计 模具结构设 点云数据导入ＣＡＴＩＡ软件的逆向造型模块中，实 计、模具加工制造、样件试生产等复杂的过程，因为 现曲线曲面的重构，获得ＣＡＤ模型，利用专用 二维图纸上对三维模型的表达不直观，容易造成设 Ｇｅｏｍａｇｉｃ Ｑｕａｌｉｆｙ软件完成重构模型的误差分析和 计周期长、设计投入大、修改量大等问题。鉴于以上 检测。最后，可以利用获取的ＣＡＤ模型进行快速 原因，本文采用逆向工程技术进行设计。 成型、模具设计等工作。设计思路如图１所示。 逆向工程技术是在没有设计图纸或者设计图纸 不完整以及没有ＣＡＤ模型的情况下，按照现有零 ３点云数据的采集和预处理 件实物、利用各种数字化技术及ＣＡＤ技术，重新构 造原型ＣＡＤ模型，然后将此模型用于产品的分析、 点云数据采集是逆向工程的重要环节，是指通过 ［收藕日期］２Ｏ１Ｏ—Ｏ８—１Ｏ ［作者简介］侯跃谦（１９７１一），女，吉林长春人，汉族，副教授，主要研究方向：图像处理、非接触测量。 ［基金项目］吉林省教育厅“十一五”科学技术研究项目。 ・ ５４ ・ 侯跃谦，等：汽车后视镜的逆向造型设计与分析 １：ｌ实物模型匕＇）Ｉ模型调整匕＿）ｌ数据采集匕＿）ｌ数据处理 庞大的点云数据将影响重建过程的软件运行速 度，同时点云数据包含的噪声也会影响重建模型的 表面质量。因此，逆向造型前首先对点云进行预处 生产加工Ｋ 分析检测Ｋ ＣＡＤ模型 图１设计思路 曲线曲 面重构 理。本文在ＣＡＴＩＡ软件开发环境下，利用其逆向 模块的ｆｉｌｔｅｒ命令，采用Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ方式，设置 Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ值为１ｍｍ，经过处理后的点云数据 共有２４１２４个点，滤波效果如图４所示。 特定的测量设备和测量方法获取零件表面点的离散 的几何坐标数据，也就是实物模型的数字化。根据测 量方式的不同，数据采集可以分为接触式测量和非接 触式测量。接触式测量主要是通过传感器与模型的 接触记录接触点的物理坐标；非接触式测量主要是基 于光学、磁学等领域中的基本原理，将一定的物理模 拟量通过适当的算法转化为样件表面的坐标点。本 文采用光学非接触式测量，利用ＯＫＩＯ—Ｉ一４００型三 维扫描仪结合３ＤＳＣＡＮ扫描软件对模型进行点云数 据采集。单面扫描范围为：４００×３００ ｍｍ，２．５ｓ之内 可以完成一次单面扫描，扫描精度为２５～４０ ｍ。扫 描前实物模型先喷涂显像剂进行表面处理，使光线呈 漫反射。在实物扫描过程中，由于受测量范围的 和被测物体表面相互遮挡的关系，实物样件不能够一 次扫描完成，这就需要从不同的角度和位置对被测模 型进行多次扫描后拼接，即多视拼合。为获得完整的 实物模型点云数据，扫描时要求前后两幅图像至少有 ４个以上的公共参考点。单次扫描以及６次扫描后 拼接的点云图像如图２、网３所示。扫描结束共获得 采样点４４９７９２个。 图２单次扫描获得的点云数据图像 图３ ６次扫描拼接后的点云数据图像 图４预处理后的点云数据 ４ 曲面重构 曲面重构是逆向设计的关键环节，根据采集来 的点云数据恢复原始曲面的几何模型，不仅要求恢 复设计的意图、再现设计思想，还要求对模型局部缺 陷进行光顺处理。目前常用的方法主要有两种 ： 第一种方法先将测量点拟合成曲线，再通过曲面造 型方式将曲线构造成曲面；第二种方法是将测量点 直接构建曲面。由于第一种方法更有利于ＣＡＭ＼ ＣＡＥ的实现，本文采用第一种方法。在ＣＡＴＩＡ开 发环境下，首先创建点云数据的截面曲线｜３］，如图５ 所示。之后利用创成式曲面设计模块的拉伸、多截 面曲面、扫掠、填充等命令，创建曲面，创建后的曲面 结果如图６所示。 图５点云的截面曲线 ・ ５５ ・ 工程与试验 Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２０１０ 图６由截面曲线创建的曲面 勰豢熊 麴姜戆 ’ ５逆向模型分析 图７ ３Ｄ比较结果 逆向建模过程中，由于人为影响因素、点云噪声去 除的精度、曲线曲面重构精度等因素的影响，重构后的 逆向模型和扫描点云之间存在着一定的差距，有必要 进行误差分析，以便对逆向模型进行更好地调整。∞ 胁；。 ：８∞ 卯 ∞ ∞；ｑ加：２ｍ ５ Ｏ 本文利用Ｇｅｏｍａｇｉｃ Ｑｕａｌｉｆｙ软件将重构后的 曲面和点云数据进行基于最佳拟合对齐的３Ｄ色谱 分析和标准偏差分布分析，３Ｄ色谱分析如图７所 示，测量点的标准偏差分布如图８所示。误差分析 图谱显示，重构模型与点云的偏差大部分都在 ＿ ｝＿＿ ±０．５ｍｍ以内，图７上偏差在±０．５ｒａｍ以外的区域 ！ Ｉ ｈ ： ０ ： 可以根据需要重新对模型进行调整。 图８测量点的标准偏差分布 ６ 结 论 参考文献 （１）在ＣＡＴＩＡ开发环境下对汽车后视镜油泥 模型进行了逆向造型设计，对重构的逆向模型进行 ［１］宋浩，平雪良，华婷，等．逆向工程技术在冲裁件设计中 了３Ｄ检测，分析了重构结果。 的应用ｆＪ］．机械制造，２００９，（１）：４８—５Ｏ． ［２］乌秀春，胡丽娟，赵洪波．基于逆向工程的车门外板曲 （２）随着汽车产业和测试技术的不断发展，逆向 面重构［Ｊ］．拖拉机与农用运输车，２００９，（２）：２４—２５． 工程技术在汽车车身造型、内饰设计等方面必将得到 ［３］林清福，李建桦，许玮宗．ＣＡＴＩＡ Ｖ５Ｒ１３逆向工程产 快速的发展和应用，采用先进的逆向工程技术可以提 品设计［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００７． 高产品的外观质量，缩短设计周期，降低开发成本。 （上接第８页） 了一种有效的方法。通过与文献值的比较，证明了本 ［２］张秀玲，董慧灵．轴对称旋转壳弹性有限元分析［Ｊ］．湖 文方法的精度。同时，文中还分析了厚度、椭球度等参 南工业职业技术学院学报，２００４，４（２）：５—９． ［３］蔡显新．计算旋转壳振动的一种半解析方法［Ｊ］．计算 数对椭球壳固有频率的影响，得到了一些有益的结论。 结构力学及其应用，１９９３，１０（１）：４７—５２． ［４］苏海东，黄玉盈．分析旋转薄壳的传递矩阵法［Ｊ］．工程 参考文献 力学，２００８，２５（９）：１—６． ［５］曹志远．板壳振动理论［Ｍ］．北京：中国铁道出版社， １９８９． ［１］魏发远，李世其，钟毅芳．浸水旋转壳体振动特性的有 ［６］考罗特金．板与圆筒形壳的弯曲及稳定性［Ｍ］．北京： 限条——边界元分析ＥＪ］．工程力学，２００２，１９（６）：１６６ 高等教育出版社，１９５８． —１７Ｏ． ・ ５６ ・
