車身逆向過程應(yīng)用中的曲面光順

摘要：汽車車身逆向工程中的各個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)從很大程度上影響到汽車車身曲面質(zhì)量，所以要對(duì)汽車車身曲面質(zhì)量進(jìn)行有效控制，就要充分了解車身逆向過程及其相關(guān)關(guān)鍵點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：車身曲面；逆向工程；曲面光順

中圖分類號(hào)：G23—2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-3315(2010)9-157-001

在汽車車身曲面造型設(shè)計(jì)過程中，獲得高品質(zhì)曲面極為重要，它不但是汽車造型的美學(xué)要求，同時(shí)也是保證汽車具有良好空氣動(dòng)力學(xué)性能的基本條件，并且還會(huì)直接影響到覆蓋件沖壓性能和模具的數(shù)控加工質(zhì)量。而車身逆向過程的每個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)影響到車身曲面的質(zhì)量，所以控制車身逆向過程的每一個(gè)環(huán)節(jié)都是十分重要的。

一、油泥模型的制作

油泥模型作為車身曲面制作的最主要實(shí)物模型，其表面質(zhì)量越高，就越有利于提高曲面光順的效率和質(zhì)量。所以，油泥模型在基本符合總布置曲線圖及效果圖后，要花大量的時(shí)間進(jìn)行精修，精修過程要依據(jù)個(gè)人主觀感受、審美和視覺差進(jìn)行，力求使整個(gè)車身曲面平穩(wěn)過渡，表面光滑，尤其要注意特征線條要粗細(xì)均勻、凸凹適度。油泥制作完后要對(duì)模型表面進(jìn)行檢測(cè)，檢查方法大致有：目視法、觸摸法等。(1)目視法：在平行燈光下，從不同角度觀察模型表面，通過照在上面的燈光來判斷模型質(zhì)量。(2)觸摸法：直接用手觸摸來進(jìn)一步判斷油泥模型表面的制作質(zhì)量。

二、數(shù)據(jù)點(diǎn)的采集

零件的數(shù)字化是通過特定的測(cè)量設(shè)備和測(cè)量方法獲取零件表面離散點(diǎn)的幾何坐標(biāo)數(shù)據(jù)，在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行復(fù)雜曲面的建模、評(píng)價(jià)、改進(jìn)和制造。因而，高效、高精度的實(shí)現(xiàn)樣件表面的數(shù)據(jù)采集，是逆向工程實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)之一。(1)現(xiàn)在使用的測(cè)量方法多為接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量，而一種好的測(cè)量方法應(yīng)與逆向工程后面的快速造型技術(shù)完全匹配，它應(yīng)具有以下特點(diǎn)：測(cè)量速度快、精度高；能測(cè)量?jī)?nèi)外輪廓，最好不破壞樣件；能把測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CAD系統(tǒng)能接受的數(shù)據(jù)格式；能自動(dòng)化測(cè)量，且成本低。(2)接觸式測(cè)量法以三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)為主，三坐標(biāo)測(cè)量適用于一般形狀幾何形體，測(cè)量精度高，但數(shù)據(jù)密度較低，逐點(diǎn)測(cè)量速度較慢，需進(jìn)行側(cè)頭半徑補(bǔ)償，無(wú)法測(cè)量軟質(zhì)物體。非接觸式方法可以測(cè)量硬質(zhì)和軟質(zhì)材料，不需補(bǔ)償，且測(cè)量速度較快，數(shù)據(jù)密度高，表面特征取得較完全，適用于復(fù)雜輪廓的高速測(cè)量，但測(cè)量精度較差，且只適用于外輪廓表面。(3)對(duì)于兩種方法，雖然三坐標(biāo)測(cè)量精度較高，但數(shù)據(jù)密度較低，采集點(diǎn)數(shù)少，對(duì)于車模這種較復(fù)雜模型有可能在點(diǎn)云擬合時(shí)數(shù)據(jù)量不夠，且測(cè)量效率低，不能滿足曲面構(gòu)建所需的高速建模。

三、數(shù)據(jù)點(diǎn)的預(yù)處理

在對(duì)油泥模型進(jìn)行掃描的過程中，會(huì)不可避免地引入數(shù)據(jù)誤差。這些誤差點(diǎn)會(huì)影響到后續(xù)曲面造型的精確性和光順性。所以，在對(duì)數(shù)據(jù)采集完以后，一定要對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。點(diǎn)云作為采集數(shù)據(jù)的一種特殊形式，一般在預(yù)處理時(shí)要進(jìn)行數(shù)據(jù)平滑、數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)、數(shù)據(jù)補(bǔ)缺、特征提取、三角化處理和數(shù)據(jù)分割。

四、車身曲面CAD重構(gòu)

曲面重建的數(shù)學(xué)模型多為Bezmr曲面、B樣條曲面和NURBS曲面，它們都是由一些基本函數(shù)和控制點(diǎn)來定義的。Bezier曲面概念簡(jiǎn)單、操作靈活、邊界適用性好，適用于各種復(fù)雜的高質(zhì)量自由曲面的建立。ICEM Surf正是以Bezier曲面作為數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，用于復(fù)雜曲面建模和分析，是所有不規(guī)則自由曲面處理的理想工具。與其他逆向軟件相比，它的最大特點(diǎn)就是無(wú)需先構(gòu)造曲線，而是直接構(gòu)造曲面。另外，ICEM Surf可以把點(diǎn)云數(shù)據(jù)自動(dòng)轉(zhuǎn)化為三角形面片模型通過此模型來分析結(jié)構(gòu)、初步劃分建模區(qū)域獲得任意截面線、邊界線和特征線。用ICEM Surf進(jìn)行曲面重構(gòu)，一般有以下三個(gè)過程：(1)子區(qū)域劃分：通常，車身外表面非常復(fù)雜，為了獲得精確、高質(zhì)量的車身曲面，對(duì)車身進(jìn)行立體分析，劃分出子區(qū)域是非常重要的。ICEM Surf中可以將點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為三角形面片模型，通過分析此模型，就可以合理劃分區(qū)域在區(qū)域的劃分中要注意：在有明顯特征處和曲率變化較大處進(jìn)行劃分；所劃分區(qū)域數(shù)量在可以表現(xiàn)特征的前提下不宜過多。(2)在子區(qū)域構(gòu)建曲面：由于車身曲面構(gòu)成的復(fù)雜性，在構(gòu)造子區(qū)域曲面時(shí)通常不會(huì)只用一張曲面，而是由多個(gè)曲面塊組成。

五、車身曲面品質(zhì)分析

對(duì)車身曲面進(jìn)行品質(zhì)分析主要有兩個(gè)方面，一為車身曲面的精度，二是車身曲面的光順性。車身曲面精度分析：車身曲面的精度是車身曲面造型的基礎(chǔ)，是重現(xiàn)設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)理念的最基本要求。保證車身曲面的精度要做到所創(chuàng)建車身曲面與測(cè)量數(shù)據(jù)的距離公差要在允許的范圍之內(nèi)。這一范圍根據(jù)不同的用戶、不同的用途和不同質(zhì)量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)要求不同。一般對(duì)于A級(jí)曲面其距離公差要求在0.3mm以內(nèi)。在ICEM Surf當(dāng)中會(huì)通過點(diǎn)云生成一系列的原始數(shù)據(jù)截面線，通過比較原始數(shù)據(jù)截面線與生成曲面的截面線之間的距離來分析距離公差。

隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)試技術(shù)的不斷發(fā)展，逆向工程技術(shù)在車身上的應(yīng)用得到了迅速的發(fā)展。提高了汽車車身開發(fā)的效率和質(zhì)量。本文介紹了逆向工程在車身上的應(yīng)用過程及其要獲得高品質(zhì)車身曲面所要注意的方面。但是，由于構(gòu)建高質(zhì)量曲面仍然非常困難，需要大量時(shí)間和人力。所以，進(jìn)一步將曲面制作理論化并將其反映在逆向工程。