基于反求技术车身覆盖件曲面设计研究

摘要：基于反求技术,对车身覆盖件曲面设计进行了研究,通过对成熟产品覆盖件的数据采集和处理、曲面的修补与对齐以及曲面分析进行车身覆盖件曲面的数字化建模,反求出汽车覆盖件曲面的三维数字模型。

关键词：反求技术；数据采集处理；曲面重构；

中图分类号：TB

文献标识码：A

文章编号：1672-3198（2011）06-0277-01

1 前言

随着中国汽车行业与世界接轨，很多中国自主研发的汽车车身覆盖件曲面借鉴已经成熟的汽车产品的车身覆盖件曲面。利用反求技术，对成熟产品的数据进行测量,得到其设计思想,并对原有设计进行必要的改进,就可以完成车身覆盖件曲面的设计。笔者以东风标致408车外形作为研究对象,介绍基于反求技术的车身覆盖件曲面的实现方法。

2 基于反求技术，对汽车车身覆盖件曲面设计的实现

2.1 实物反求的具体过程

（1）对象数字化:指利用相关的测量设备,根据产品模型测量得到空间拓扑离散点数据,并将测量结果以文件或数据库的方式存储。

（2）对象模型的重构:根据空间拓扑离散点数据反求出产品的三维CAD模型,并在产品对象分析和插值监测后,对模型进行逼近调整和优化。

（3）对象分析:指将模型和设计表征用于产品的表面分析、有限元分析和工艺分析,并将分析结果以文件或数据库的方式存储起来,以被其他模块调用。

（4）对象加工:根据获得的CAD模型重新测量和加工出样品的方法来检验重构的CAD模型是否满足所要求的精度或其他试验性能指标的要求。

2.2 数据的采集和处理

对车身覆盖件曲面的数据采集是反求技术的至关重要的一步。必须得到高质量的有用数据,后续的工作如数据处理、曲面重构等均是以采集来的数据为基础的。数据采集的方法有很多种，比较常用的有利用CMM设备采集、利用产品的多角度照片等。本文中笔者采用的获取数据的方法是汽车车身的多角度照片。一般通过对设计对象的至少三张最基本方向的视图:主视图、俯视图以及左（右）视图的分析来获得产品的设计数据(照片的数量越多,则造型越精确)。这里以标致408主视图、俯视图和左视图的照片为例(图1)来实现反求设计的实现过程。

（1）图片处理插入:将反求过程中要使用到的三张照片插入到Pro/E中之前,利用Photoshop图像处理工具将照片进行处理,提高照片的质量并使图片在插入到Pro/E中时，保证汽车的各个相关特征相互对应。利用Pro/E造型中所提供的跟踪草绘功能插入三张经过处理的图片。

（2）轮廓曲线拟合:对插入的三张照片进行属性的配置调整。把图片的透明度调到最小,然后进行轮廓曲线拟合(图2)。

2.3 曲面重构

利用上一步得到的轮廓的拟合曲线，重新构造出汽车车身覆盖件的曲面。常见的曲面分为规则曲面和自由曲面两大类。规则曲面可以直接求出。自由曲面结构复杂,呈自由变化状态,在反求过程中自由曲面的重构是重点和难点。

（1）曲面的修补与对齐。依次将每个截面上的点都投影到相应的平面内,根据面片的结构把测量数据划分为不同的区域。要把测量数据划分区域,可建立style曲线。这些style曲线不必光滑,它们主要用来在视觉上定义面片的结构,并在为style曲面分配参考点时作为界线。在划分的不同区域中,再将面片具体划分为规则曲面和自由曲面。具体到一个曲面上，需要对轮廓拟合曲线修改对齐，实现曲面修补。

（2）利用修改后的拟合曲线进行曲面拉伸(图3)。

（3）对拉伸出的曲面进行拼接合并(图4)。

（4）修补局部曲面。进行合并以后的曲面，在某些局部曲面质量不高或者甚至出现破洞，需要设计人员通过造型建立曲面来修补车身(图（5）这部分工作中需要设计人员反复调整曲线,具体到各条曲线的自由度完全靠设计人员的经验和主观判断来设定,并结合曲率分析,来判断曲线质量的好坏。

最后通过边界混和功能得出完整的曲面即车身覆盖件曲面的三维模型。

2.4 曲面分析

得到完整的车身覆盖件曲面以后，还要对该曲面进行曲面分析。曲面及边界曲线的光顺性是对曲面质量的重要的考核指标。在曲面分析过程中，就是利用Pro/E提供的分析模块Analysis对曲面及边界曲线的光顺性进行分析。车身覆盖件曲面应该满足两点:①曲面的边界曲线的光顺性应满足至少G1（一阶光滑），即切线连续，大曲面边界线应满足G2（二阶光滑）,即曲率连续;曲线不存在多余的拐点;曲率变化比较均匀。②曲面光顺性应满足,构成曲面的关键曲线光顺;曲面的网格线无多余的拐点;曲面高斯曲率变化均匀。

通过以上过程,即可完成汽车覆盖件曲面的几何建模。最后利用Pro/E提供的曲面加厚工具生成实体模型（图6）。

3 结束语

笔者通过本文的研究，利用反求技术可以很快的得到成熟汽车产品的车身覆盖件曲面的设计数据并可以方便的进行必要的修改。为发展中的国产汽车行业借鉴国外优秀产品设计提供了一种方便、高效、实用、可靠的方法。并且，利用反求技术不但可以对车身覆盖件曲面进行设计借鉴，而且可以在汽车其他关键零部件设计借鉴中起到更有效的作用，具有较强的实际应用价值。

参考文献

［1］瞿建武,柯映林,李江雄.反求工程中实物测量数据补缺及重构技术［J］.机械科学与技术,2008，(5):491-493.

［2］谢彬等.反求工程在汽车覆盖件模具设计与制造中的应用［J］.组合机床与自动加工技术,2004，（12）：312-314.

［3］Pro/E曲面与逆向工程设计［M］.北京：电子工业出版社,2009.

注：“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”