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基于逆向工程的汽车覆盖件产品设计

2015/3/18    来源:互联网    作者:安晓超  王雷刚  黄瑶  孙开胜      
关键字:逆向工程  覆盖件  Imageware  曲面重构  
在介绍汽车覆盖件产品逆向开发流程及其关键技术的基础上分析了点云数据采集、处理、曲面重构、曲面数据质量评估等工作要点。以某车型翼子板的逆向设计为例,由ATOS光栅扫描仪测得点云数据,利用Imaeware软件对测量数据进行处理,且基于NURBS曲面重构理论进行覆盖件造型表面重构,完成了汽车翼子板复杂曲面的三维几何模型逆向设计,为后续的分析、模具设计、NC加工等奠定了基础,极大地缩短了产品的开发周期。

1 引言

    随着计算机技术的迅速发展,以测量技术为基础、曲面重构技术为支撑的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。车身覆盖件的逆向设计流程如图1所示。车身覆盖件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、处理技术和随后的车身覆盖件曲面重建技术。本文结合Imageware软件,以典型的汽车覆盖件产品——前翼子板为例,介绍了汽车覆盖件逆向设计的过程与方法。

覆盖件逆向开发流程

图1 覆盖件逆向开发流程

2 点云数据的获取

    ATOS光栅扫描仪是德国COM公司生产的非接触式精密光学测量仪,每次能采集到400万个数据点,最大可以测量2m×2m的范围,单幅精度可达0.03mm,整幅精度达0.1mm/1000mm。该测量仪具有独特的流动式设计,在不需要任何工作平台(如三座标测量机、数控机械或机械手等)支援下,使用者可随意移动测量头至任何测量方位做高速测量,抄数方便快捷,非常适合测量汽车覆盖件等较大的产品。整个测量过程基于光学三角形定理,自动影像摄取,再经数码影像处理器分析,将所测得数据自动合并成完整连续的曲面,由此得到高质量零件原型的点云数据。

    测量技术要点:

    (1)不同零件因材质和曲面凹凸程度不同,对照射光线的反射也会不同,而曲面上的反射光会影响2CCD传感器检测点数据。因此,通常应在零件原型抄数之前,先将零件需要抄数的部位喷成白色。

    (2)采用ATOS光栅扫描测量零件时,需在测量过程中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四个以上的参照点,确保测量坐标系准确的定位。具体做法是:待喷涂在被测物上油漆干后将固定参照点粘贴在零件表面上,参照点的位置尽量位于零件较为平缓的表面上(见图2)。

处理后的翼子板样件

图2 处理后的翼子板样件

3 点云数据的处理

    由测量设备得到被测物体的点云后,由于测量误差或物体表面反光等原因,将会存在大量的杂点,这就需要对点云进行处理。Imageware在点云处理方面具有强大的功能,它能够同时读人多笔大量的点云资料,并能对点云进行降噪、除杂、过滤、取样、光顺和网格化等操作,而且可以根据点云数据的曲率、颜色、边界来提取特征,方便使用者建构CAD模型。另外,Imageware提供了强大的点云拼合工具,可以同时将多笔点云以最小的误差拼合到一起,在本例中点云的多视拼合在ATOS进行数据采集之后就自动完成了。

    3.1 点云的降噪、过滤

    初始测得点云为28万个,采用对海量数据点除杂效果好的N点平均滤波法进行降噪、除杂,根据数据点图像中像素点的灰度值删除噪声点。点云过滤是指按照一定的要求减少数据点,即对数据进行压缩。本例中点云数据量大,大曲率区域较多,为保证大曲率区域点云的准确率,采用由最大偏差值和最大点间距构成的圆柱形“管道”进行数据筛选的弦差分法进行点云过滤,使数据量减少到16万个。经处理后的点云如图3所示。

处理后的点云

图3 处理后的点云

    3.2 点云数据网格化

    点云处理的最后一步是生成网格化点云,网格化点云质量的好坏直接影响到点云数据分块,而对最终生成的曲面也有一定的影响。正确建立各点之间的拓扑关系,形成三角平面片是网格化点云的关键。另外在曲面较平坦的范围内要合理减少三角平面片数量,在曲面曲率比较大的范围内合理增加三角平面片的密度。

责任编辑:程玥
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