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Surfacer在车身覆盖件逆向工程中的应用

阮景奎,周学良,代治举

(湖北汽车工业学院,湖北十堰442002)

摘要:介绍了逆向工程的含义及工作流程,阐述了车身覆盖件的三维点数据采集的过程及原理,讨论了利用逆向工程CAD软件Surfacer对车身覆盖件点云数据处理并进行曲面创建及造型的过程。

关键词:逆向工程;光学扫描;Surfacer;点云

中图分类号:TP319文献标识码:B文章编号:1001-2168(2004)03-0011-04

The A pp lication of Surfacer in R everse E n g ineerin g of

Auto Bod y Metal Sheet P arts

RUAN Jin g-kui,ZHOU Xue-lian g,DAI Zhi-j u

(Hubei Automotive Industries Institute,Shi y an,Hubei442002,China)

Abstract:The definition and work flow of reverse en g ineerin g are introduced.The p rocess and p rinci p le of ac q uisition of the3D p oints data of the auto bod y metal s heet p arts are stated.The treatment of the p oint cloud data with the reverse en g ineerin g CAD software Surfacer is discussed and the p rocess of s urface foundation is also stated.

K e y w ords:reverse en g ineerin g;o p tical scannin g;Surfacer;p oint cloud

1引言

逆向工程(Reverse En g ineerin g)也称反求工程,它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,加以点数据处理、曲面创建,修改后,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。逆向工程总体流程图如图1所示[1]。

图1逆向工程流程图

2车身覆盖件的3D点数据采集

2.1数据采集方法

随着传感技术、控制技术、图像处理和计算机视觉等相关技术的发展,目前,出现了各种各样的样件表面几何数据获取方法,就测头结构原理来说,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,

这种测头与被测物体直接

接触,获取数据信息,比较常用的是三坐标测量机

(CM M),但是这种方法与被测物体接触产生压力,从

而使被测物体产生变形,所以测量误差较大。非接

触式测头则是应用光学及激光的原理进行的,有激

光扫描、光学扫描等,测量精度较高。

针对车身覆盖件体积大,需求精度高等特点,我

们采用数码摄影和光学扫描相结合的子系统进行数

据采集,该系统由德国G OM公司生产的AT OS光学

扫描器、美国柯达公司DCS460数码相机及处理系统

组成。

2.2扫描的前期准备

(1)首先将要扫描的部位进行表面处理,为防止

反光,在其上面均匀地喷洒乳白色显像剂,然后在上

面贴数码贴作为参考,选定3个互相垂直的面作为

参考面,构成直角坐标系。

(2)AT OS系统的校准:①硬件校准。在进入

AT OS软件系统后,必须首先进行系统的硬件校准,

硬件校准的主要目的在于各个CCD摄像器处于良——————————————————————

作者简介:阮景奎(1963-),男,湖北红安人,副教授,在职博士

生,主要研究方向:CAD/CAM,逆向工程,地址:湖北十堰,湖北汽

车工业学院机械工程系。电话:130********

收稿日期:2003-10-15

好的工作状态,以获得最佳的成像效果。②软件校准。完成硬件校准后,进行软件校准,用来把校准板上所定的空间距离在进行11个不同方位的测量后,用作以后扫描时的空间关系。

2.3扫描原理及过程

[2]

基于立体观察法,根据三角形测量原理,利用对应点的视差可以计算出视野范围内的立体信息。如图2所示,两部位于不同位置的摄像头(CCD )A 和B 类似于人的两眼,对同一物体同时拍摄2幅图象,得到1组“像对”。对于物体上的1个采样点,它在2幅图象上都成像,根据它在2幅图象中的像点和位置,可以引进2条视线,即已知A 、B 两点的距离b 和相关角度α、β,则可计算A 、B 视线焦点O 的坐标,也就是采样点的坐标,分多个角度进行扫描,最后采用基准重合将点云合并,得到的是3.asc

(ASCII 码)格式的文件。

图2数据采集原理图

1.车身覆盖件

3用Surfacer 进行曲面创建及造型

Surfacer 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:其一是以B -S p line 或NUR BS 曲面为基础的曲面构造方案;其二是以三角

Bezier 曲面为基础的曲面构造方案

;

其三是以多面体方式来描述曲面物

体。

在Surfacer 中,采用B 样条曲线来构造曲面。

3.1读入所采集的点云数据

点击F ile |O p en ,打开采集后保存的点云文件,结果如图3所示,即为所采集的车身覆盖件的数据。

对点云进行简单的散乱点去除,适当降低其密

图3车身覆盖件原始点云

度,即可开始曲线处理。

3.2创建B 样条曲线

点击P oint |Cross S ections |Interactive 可取如图4所示的关键截面线。

图4获取的截面线

根据需要创建曲线,可以改变控制点的数目来调整曲线。控制点增多则形状吻合度好,控制点减少则曲线较为光顺。

单击Curve |C onstruct 3D |Interactive 3D S p line 创建B 样条曲线,结果如图5所示。

图5样条曲线

将曲线进行简单的光顺处理,曲线光顺可分3步进行: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。完成后即可开始面的创建及造型。

3.3创建曲面

Netw ork )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,然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。

采用UV 曲线网格混成精度较高,以图6所示有突变的那个面为例来介绍其创建的主要过程。

图6待创建的曲面

为提高其精度,

在原来的基础上再添加几条如

图

7所示的曲线作为生成基准

。

点击Surface |Create w/Curves |Blend UV Curve Netw ork ,按提示在U 、V 方向(水平与垂直方向)各选择不少于2条曲线,将图7中所有样条曲线全部选入,应用后生成如图8a 所示的网格图。

点击Dis p la y |Surface |G ouraud -Shaded ,显示所创建的曲面如图8b 所示。

其它面的创建也如同此面,全部完成后,效果如图9、图10所示。

图7待创建曲面的B 样条曲线

图8创建的面a ———网格

b ———生成曲面

图9车身覆盖件反求效果正面图

图10车身覆盖件反求效果背面图

(a )

(b )

逆向设计过程中特征线提取技巧探讨

芦亚萍,陈廉清

(宁波高等专科学校,浙江宁波315016)

摘要:分析了逆向工程的应用现状及当前逆向处理软件的不足之处,提出了在现有软件条件下如何高效保质完成逆向设计的解决方案,并通过实例总结了提高特征获取速度和保证特征精度的分析和操作技巧,并提出了结合零件结构特点活用软件指令的观点,对逆向工程技术的具体应用和深化推广有一定的指导意义。

关键词:逆向设计;特征线;投影;SURFACE

中图分类号:T P319文献标识码:B文章编号:1001-2168(2004)03-0014-05

Techni q ues for Ac q uirin g the K e y Lines in R everse Desi g n

LU Y a-p in g,CHEN Lian-q in g

(Nin g bo Colle g e,Nin g bo,Zhe j ian g315016,China)

Abstract:The a pp lication status q uo of reverse en g ineerin g and the weakness of the current reverse en g ineerin g software are anal y zed.A solution to well and effectivel y com p lete reverse desi g ns with the current software is p ro p osed.W ith an exam p le,the anal y sis and o p eration techni q ues for en2 hancin g the character-ac q uirin g s p eed and ens urin g character p recision are s ummed u p.The o p inion of flexibl y a pp l y in g the software instructions accordin g to the p art structure characteristics is p ut forward,which has certain directive si g nificance to the conc rete a pp lication and further p o p ulariza2 tion of reverse en g ineerin g technolo gy.

K e y w ords:reverse e n g ineerin g;ke y line;p ro j ection;SURFACE

4结束语

结合车身覆盖件设计制造的特点,采用逆向工程CAD技术对车身覆盖件进行设计研究,是一项开拓性、实用性和综合性很强的工作。利用数码摄影、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Surfacer对获取的点云数据进行反求处理,其重点难点是曲线的创建和诊断修改。只有满足曲线光顺,曲面才能光顺,曲面与点云的吻合精度也主要靠曲线中关键特征线的提取和创建精度来保证。采用逆向工程CAD技术,不仅能够得到原实物的精确的复制品,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。

参考文献:

[1]刘浩,程培元,杜华平.逆向工程设计[J].汽车科

技,2002,(6):4～5.

[2]雷刚,邹昌平,黄剑鸣.快速逆向工程研究进展[J].

机械工艺师,2000,(10):54～56.

1引言

逆向工程是指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这个过程的总称,是基于实物的产品开发技术。借助逆向工程来发展新产品,其起点高、周期短、成效快(可缩短产品周期40%左右),成为现代设计方法中的一个重要分支。

很显然,实物模型的数据采集和对数据进行快速而准确的处理是成功实施逆向设计的关键。三坐标测绘及激光扫描等技术的迅速发展和应用,使数据采集技术走向成熟。如今,逆向设计的成功实施在很大程度上取决于对数据进行快速而准确处理的相关软件。然而,从事逆向设计的工程人员都知道,目前这方面软件尚存极大的开发空间,现有软件在处理结果的保型性和数据处理的便捷性等方面存在

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作者简介:芦亚萍(1963-),女,浙江宁波人,副教授,主要从事产品开发,逆向工程,模具CAD/CAM及模具寿命等研究,地址:浙江省宁波市文化路20号,宁波高等专科学校。电话:(0574) 87081258,Em il:l yp nb@https://www.wendangku.net/doc/319120157.html,

收稿日期:2003-05-20