趙建寧，劉卓凡，沈明輝

（長(zhǎng)安大學(xué)，陜西 西安 710064）

基于Imageware和UG的某轎車車身側(cè)圍逆向設(shè)計(jì)研究

趙建寧，劉卓凡，沈明輝

（長(zhǎng)安大學(xué)，陜西 西安 710064）

通過測(cè)量某實(shí)物轎車，得到車身點(diǎn)云圖。應(yīng)用Imageware的點(diǎn)云處理功能和UG的曲面造型方法，提出了利用逆向設(shè)計(jì)來快速構(gòu)建側(cè)圍模型的方法。本文對(duì)用逆向工程方法進(jìn)行車身建模進(jìn)行了初步探討，并最終建立了側(cè)圍的模型，得到了逆向工程的一般步驟和建模技巧，為其他車型的逆向設(shè)計(jì)提供了參考。

Imageware；UG；車身側(cè)圍；逆向設(shè)計(jì)

CLC NO.:U462.1Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)08-69-02

引言

逆向設(shè)計(jì)是國(guó)內(nèi)近年來應(yīng)用廣泛的一種設(shè)計(jì)方法。它指的是從汽車實(shí)物上采取大量的三維坐標(biāo)點(diǎn)，從而得到點(diǎn)云圖，再應(yīng)用CAD、CAE軟件建立可靠的空間幾何模型。具有周期快，成本低，且可獲得先進(jìn)車型的優(yōu)點(diǎn)。

車身側(cè)圍對(duì)汽車的造型有很大的影響。本文以某轎車側(cè)圍逆向建模為實(shí)例，應(yīng)用Imageware的點(diǎn)云處理功能和UG的曲面造型方法，探討了逆向工程的基本思路和一般步驟，建立了完整的側(cè)圍模型。為更好地完善和實(shí)施逆向設(shè)計(jì)的方法提供了有效地參考。

1、ATOS掃描儀測(cè)量某轎車車身，獲得點(diǎn)云圖

首先將某轎車車身骨架置于一個(gè)受外界光線影響小的房間里。為保證掃描儀2CCD傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量，測(cè)量前應(yīng)在車身表面噴上粉狀白色顯像劑。為保證測(cè)量系統(tǒng)準(zhǔn)確定位，應(yīng)在車身表面放置和標(biāo)記足夠的參考點(diǎn)和編碼點(diǎn)，還需擺放一桿標(biāo)尺。

用數(shù)碼相機(jī)拍照，要求前幾幅照片要攝入標(biāo)尺，以后的

各幅要求相互間至少有5個(gè)編碼參考點(diǎn)同時(shí)被攝入。將照片導(dǎo)入到TRITOP系統(tǒng)中，確定出所有參考點(diǎn)和編碼點(diǎn)的空間位置。最后用ATOS掃描儀掃描，每測(cè)量一次，測(cè)得的視圖會(huì)根據(jù)TRITOP中的參考點(diǎn)，自動(dòng)拼合到同一坐標(biāo)系下。最終得到的掃描圖如圖1。

2、Imageware進(jìn)行點(diǎn)云優(yōu)化處理

將整個(gè)車身點(diǎn)云圖導(dǎo)入到Imageware中。首先將車身坐標(biāo)系和系統(tǒng)坐標(biāo)系對(duì)齊，即對(duì)標(biāo)。車身坐標(biāo)系確定方法為：根據(jù)車身上的特征點(diǎn)（最好是對(duì)稱件上的圓心），找到對(duì)稱面，此為y0面，然后以轎車的底板較大的面為z0面，過前軸與z0面垂直的面為x0面。為保證建模進(jìn)行對(duì)稱操作后車身光順，必須反復(fù)驗(yàn)證確定的車身坐標(biāo)系位置是否準(zhǔn)確。

本文只進(jìn)行側(cè)圍的逆向設(shè)計(jì)，利用Imageware的剪切功能將多余的點(diǎn)云切除，得到所需的側(cè)圍點(diǎn)云圖，將文件保存為.stl格式。

3、某轎車側(cè)圍完整模型的建立

3.1 導(dǎo)入點(diǎn)云，劃分網(wǎng)格

在UG中新建.prt格式文件，導(dǎo)入側(cè)圍點(diǎn)云的.stl文件，用“分析—形狀—截面”命令進(jìn)行網(wǎng)格劃分。得到劃分網(wǎng)格后的圖2如下。

3.2 曲面重構(gòu)

轎車側(cè)圍可分為兩塊：側(cè)圍外板和門框外板。制造中分別將這兩塊進(jìn)行一次沖壓成型，然后進(jìn)行焊接。

以門框外板的逆向建模為例。具體操作是先構(gòu)建B柱外板曲面，然后依次是A柱、C柱、上邊梁、門檻梁的曲面；再將曲面拼接起來，即過渡小面的構(gòu)建。最后進(jìn)行挖孔等細(xì)節(jié)處理。

首先進(jìn)行基礎(chǔ)大曲面的構(gòu)建，用“四點(diǎn)曲面”命令構(gòu)建1、2、3三個(gè)曲面，用“X成型”對(duì)曲面劃分網(wǎng)格，調(diào)整此網(wǎng)格，使其與圖2中劃分的點(diǎn)云網(wǎng)格貼合，直至任意處誤差不大于0.5mm。如圖3。

其次，大曲面擬合完畢后，進(jìn)行過渡面的構(gòu)建，用“匹配”、“通過曲線組”、“樣式圓角”等命令均可使面與面達(dá)到G2連續(xù)，完成后用高亮線法即斑馬線法進(jìn)行光順性的檢查。

最后進(jìn)行挖孔處理。得到的門框外板模型如圖4。

對(duì)于側(cè)圍外板的逆向建模，將側(cè)圍外板細(xì)分為前后翼子板、上邊梁外板、門檻梁外板等曲面，以同樣的方法進(jìn)行構(gòu)建，最后把各曲面進(jìn)行G2連續(xù)的拼接，得到側(cè)圍外板。

側(cè)圍外板與門框外板配合，會(huì)存在間隙。經(jīng)縫合，即可得到完整的轎車側(cè)圍模型。最后將文件另存為cewei.prt。模型如圖5。

4、結(jié)語

通過ATOS掃描儀準(zhǔn)確快速地測(cè)量到車身三維數(shù)據(jù)，然后基于Imageware和UG進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)快速地得到了完整的某轎車側(cè)圍模型。另外還得出，在建模時(shí)結(jié)合車身制造工藝并提前構(gòu)思好曲面構(gòu)建方法，可以提高建模速度和質(zhì)量。本文關(guān)于某車身側(cè)圍的設(shè)計(jì)實(shí)例也為其他車型的逆向設(shè)計(jì)提供了參考。

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[2] 王翠萍，張魯鄒，李旭，李紅艷. ATOS掃描儀在貨車駕駛室覆蓋件測(cè)量中的應(yīng)用[J]．農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2006.

[3] 任金波，張翔. 基于RE和Pro_E的復(fù)雜零件外殼造型設(shè)計(jì)與快速成型[J]．機(jī)電技術(shù)，2011.

[4] 田波.曲面拼接及其在車身外形設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[D]．株洲：湖南工業(yè)大學(xué)，2008.

Reverse design of a car body side based on Imageware and UG

Zhao Jianning, Liu Zhuofan, Shen Minghui
(Chang’an University, Shaanxi Xi’an 710064)

By measuring a certain car, the body point cloud was got. Applying Imageware’s point cloud processing function and UG’s surface modeling method, an approach of quickly building a side panel model in the way of reverse was proposed. In this paper, the body modeling procedure in reverse engineering was discussed, and the eventual side panel model was got. Some general steps of reverse engineering and modeling techniques were got which can provide a reference for the reverse design of other vehicle models.

Imageware; UG; auto side panel; reverse design

U462.1

A

1671-7988(2014)08-69-02

趙建寧，碩士研究生，就讀于長(zhǎng)安大學(xué)汽車學(xué)院。