孔祥增

(一汽豐田汽車有限公司技術(shù)研發(fā)分公司 天津 300462)

1 逆向設(shè)計(jì)的應(yīng)用背景

隨著國(guó)內(nèi)外汽車產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，汽車市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日益加劇，對(duì)于汽車產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)也就提出了更加嚴(yán)格的要求，尤其是縮短設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的時(shí)間、滿足產(chǎn)品多樣化和個(gè)性化的需求[1]。為了應(yīng)對(duì)市場(chǎng)情況、要求多變的現(xiàn)實(shí)和滿足縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期的要求，開(kāi)發(fā)新車型的過(guò)程中越來(lái)越缺少全新設(shè)計(jì)，而是以產(chǎn)品改型和升級(jí)為主要趨勢(shì)，在這個(gè)過(guò)程中需要參照已有的產(chǎn)品應(yīng)用逆向工程進(jìn)行設(shè)計(jì)。這是一種全新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程，也就是汽車產(chǎn)品逆向開(kāi)發(fā)流程。這種開(kāi)發(fā)流程是通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的成熟產(chǎn)品進(jìn)行研究，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改型升級(jí)，從而輸出工程圖。過(guò)程中，首先要對(duì)與設(shè)計(jì)件相關(guān)的被測(cè)件進(jìn)行測(cè)量得出點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)模重建，從而得到產(chǎn)品的工程圖，并應(yīng)用到產(chǎn)品的生產(chǎn)中。這種設(shè)計(jì)流程具有開(kāi)發(fā)周期短、風(fēng)險(xiǎn)低、成本少、后期生產(chǎn)投入低等優(yōu)點(diǎn)，目前在美國(guó)、德國(guó)和日本等國(guó)家的汽車產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中均已得到廣泛應(yīng)用。因此，掌握逆向工程技術(shù)的應(yīng)用和開(kāi)發(fā)完善這項(xiàng)技術(shù)對(duì)于我國(guó)汽車工業(yè)的壯大具有非常重要的意義。

2 逆向設(shè)計(jì)流程介紹

本次研究的主要內(nèi)容是通過(guò)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并應(yīng)用 CATIA的數(shù)字化外形編輯器(Digital Shape Editor，DSE)將點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)入、刪除、過(guò)濾等處理，然后鋪面獲得逆向設(shè)計(jì)的目標(biāo)模型、應(yīng)用創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)(Generative Shape Design，GSD)經(jīng)過(guò)獲取不同方向的點(diǎn)云截面和創(chuàng)建草圖最后通過(guò)拉伸、掃掠、橋接等操作進(jìn)行曲面重建，還要通過(guò)快速曲面重建(Quick Surface Reconstruction，QSR)模塊對(duì)一些特殊的曲面進(jìn)行重建，所有重建出的曲面均需要滿足貼合度的要求。

逆向設(shè)計(jì)的全過(guò)程大致如下：

①將已經(jīng)獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)在 CATIA的 DSE模塊中進(jìn)行導(dǎo)入，之后通過(guò)該模塊中的多個(gè)命令對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除、過(guò)濾等操作，最后進(jìn)行鋪面；

②通過(guò)DSE模塊的取截面命令獲得點(diǎn)云表面的截面線，應(yīng)用草圖編輯器擬合獲得截面線判斷板件表面的形狀，并執(zhí)行不同方向的拉伸或掃掠等命令；

③獲得板件的大面后進(jìn)行剪裁，獲得基礎(chǔ)面；

④進(jìn)行板件細(xì)節(jié)如加強(qiáng)筋、凹槽、孔洞等的重建；

⑤進(jìn)行最終的剪裁后將所獲得的所有板件進(jìn)行接合，之后進(jìn)行倒圓角。

在逆向設(shè)計(jì)的過(guò)程中，對(duì)于形狀扭曲的表面或一些意外的孔洞、凹陷等，可以根據(jù)自己的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于一些不合理的結(jié)構(gòu)則可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

3 后地板逆向設(shè)計(jì)過(guò)程

3.1 研究方法與技術(shù)路線

本次逆向設(shè)計(jì)的后地板點(diǎn)云如圖1所示，由于點(diǎn)云圖是在某轎車的車身有限元模型中提取并轉(zhuǎn)格式獲得的，點(diǎn)云圖的默認(rèn)坐標(biāo)也就是車身坐標(biāo)系，不需要進(jìn)行點(diǎn)云定位、對(duì)齊等命令，連接件的點(diǎn)云圖其坐標(biāo)系同樣是車身坐標(biāo)系。

圖1 某轎車后地板點(diǎn)云圖Fig.1 Point cloud diagram of rear floor of a car

在應(yīng)用CATIA的DSE模塊進(jìn)行點(diǎn)云導(dǎo)入時(shí)，選中 create facets命令可以直接對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行鋪面命令，不需要再進(jìn)行點(diǎn)云的前期處理。鋪面后的點(diǎn)云如圖 2所示?？梢钥吹戒伱婧蟮狞c(diǎn)云表面光滑，有利于逆向設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)后地板結(jié)構(gòu)的判斷和進(jìn)行曲面重建。因此，這種直接運(yùn)用 create facets命令進(jìn)行鋪面的方式是可取的。后地板相關(guān)連接件鋪面后的點(diǎn)云如圖 3、圖 4。

圖2 完成鋪面的點(diǎn)云Fig.2 Point cloud after paving

圖3 連接件1鋪面后Fig.3 Part 1 after paving

圖4 連接件2鋪面后Fig.4 Part 2 after paving

觀察后地板的結(jié)構(gòu)可以看出，后地板大致的結(jié)構(gòu)是左右對(duì)稱的，在進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)時(shí)可以先對(duì)鋪面品質(zhì)較好的一側(cè)進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)(觀察圖5可以看出左側(cè)的品質(zhì)較好)，之后找到左右的對(duì)稱線，然后通過(guò)對(duì)稱命令可以獲得另一側(cè)的曲面，再將左右兩側(cè)進(jìn)行接合命令，最后再將一些不對(duì)稱的加強(qiáng)筋、孔洞等在接合后的地板中單獨(dú)創(chuàng)建出來(lái)。

3.2 后地板結(jié)構(gòu)分析與逆向流程設(shè)計(jì)

后地板結(jié)構(gòu)分析：觀察圖5可以看出后地板結(jié)構(gòu)復(fù)雜、曲面多變，表面由眾多的加強(qiáng)筋、凹槽、孔洞等共同構(gòu)成。由于其結(jié)構(gòu)基本左右對(duì)稱，在逆向設(shè)計(jì)時(shí)采用對(duì)稱命令可以減少許多的工作量。

圖5 后地板結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Rear floor structure

地板是駕駛室其他板件的安裝基礎(chǔ)，尺寸較大，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，地板的結(jié)構(gòu)共分為前、中和后地板，本次逆向設(shè)計(jì)的是后地板及其連接件。在對(duì)其進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮兩方面因素：第一，后地板參與支撐教室艙、乘員和駕駛員的重量，是重要的支撐件，汽車運(yùn)動(dòng)中地盤產(chǎn)生的各種載荷、沖擊和振動(dòng)也經(jīng)由地板進(jìn)行緩沖和傳導(dǎo)；第二，地板是座椅、地毯和駕駛艙其他結(jié)構(gòu)件安裝的基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且對(duì)結(jié)構(gòu)的合理性、對(duì)稱性的要求較高[2]，在逆向設(shè)計(jì)過(guò)程中需要綜合考慮各方面的因素，對(duì)點(diǎn)云中的各個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行縝密的分析，以避免產(chǎn)生不必要的錯(cuò)誤。因此，在對(duì)地板的設(shè)計(jì)中存在以下要求。

①地板的剛度要大：由于后排座椅安裝在后地板上，故后地板必須具有能夠承載成員重量的剛度。如果后地板的剛度不夠而產(chǎn)生變形，將會(huì)極大地影響汽車行駛的穩(wěn)定性和整個(gè)駕駛艙的結(jié)構(gòu)剛度。

②精度要高：地板作為座椅、乘員艙其他板件結(jié)構(gòu)的安裝基礎(chǔ)和行李艙、后輪定位的重要參考，需要具有極高的定位精度。另外，板件的對(duì)稱性也要極高，以避免在傳導(dǎo)力矩時(shí)左右受力不均，進(jìn)而影響地板的使用壽命。

③強(qiáng)度要好：汽車地板車身的表面板件中受力最大，受力的情況也最為復(fù)雜。地板不僅要支撐駕駛員、成員和整個(gè)駕駛艙的重量，還要承受汽車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中來(lái)自于地盤、發(fā)動(dòng)機(jī)艙等的各種沖擊、振動(dòng)和扭矩等。地板的工作條件非?？量?，受到的破壞較其他板件也更為嚴(yán)重。地板的破壞將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)駕駛艙報(bào)廢，進(jìn)而影響汽車整體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和使用壽命。

④良好的舒適性和操縱方便性：地板作為乘員艙的重要組成機(jī)構(gòu)，對(duì)于乘員而言，需要具有極高的舒適性；對(duì)于駕駛員而言，還要具有足夠的操作方便性，以提高駕駛的操縱感。

在應(yīng)用CATIA軟件對(duì)已有的點(diǎn)云圖進(jìn)行曲面重建進(jìn)而設(shè)計(jì)曲面時(shí)，需要綜合考慮上述各方面的因素，以提高板件的成型性和合理性等。在逆向設(shè)計(jì)流程結(jié)束后進(jìn)行的成型性仿真分析正是對(duì)后地板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性的分析，如果出現(xiàn)重大問(wèn)題，則說(shuō)明后地板逆向設(shè)計(jì)的成品是失敗的。

后地板逆向設(shè)計(jì)的流程并不復(fù)雜，只是針對(duì)不同的結(jié)構(gòu)要特殊情況特殊對(duì)待，基本的思路就是先對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，找出整個(gè)板件的基礎(chǔ)曲面，并將板件的大輪廓確定，然后通過(guò)建立草圖應(yīng)用創(chuàng)成式設(shè)計(jì)里的拉伸、掃掠、橋接等命令擬合出后地板的大面，最后通過(guò)剪裁、橋接、倒圓角等命令將大面最終確定，之后要進(jìn)行的步驟就是細(xì)節(jié)的重建，如加強(qiáng)筋、凹槽、盆型結(jié)構(gòu)等。在逆向考慮這些細(xì)節(jié)時(shí)要注意觀察結(jié)構(gòu)的形狀，判斷形狀的類型，找清母線、棱線，確定拉伸的方向，如圓柱形的結(jié)構(gòu)要找清底面和母線，在進(jìn)行截面時(shí)盡量選擇在母線的垂直方向上截取，這樣獲得的截面線品質(zhì)較高，在后續(xù)用草圖進(jìn)行擬合時(shí)其精確度也會(huì)更高，用拉伸、掃掠等命令獲得的曲面其擬合度也會(huì)更好。

3.3 后地板逆向設(shè)計(jì)過(guò)程

3.3.1 DSE模塊(數(shù)字化外形編輯器)的應(yīng)用

在 CATIA的 DSE模塊中主要進(jìn)行的是點(diǎn)云數(shù)據(jù)的前處理，由于測(cè)量獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)不一定滿足鋪面的要求，因此，要對(duì)點(diǎn)云中的雜點(diǎn)進(jìn)行刪除，有時(shí)還需要在一些未測(cè)量的部位增加數(shù)據(jù)點(diǎn)。另外，在點(diǎn)云密度過(guò)高時(shí)可以進(jìn)行過(guò)濾，以減小密度，還可以單獨(dú)圈取出需要鋪面的點(diǎn)云[3]。這個(gè)過(guò)程中用到了該模塊中的多個(gè)命令，主要用到的命令如圖6所示。

圖6 點(diǎn)云編輯工具欄Fig.6 Point cloud edit toolbar

該工具欄主要包含 4個(gè)命令，即保護(hù)、移除、過(guò)濾和選取。對(duì)應(yīng)點(diǎn)云的 4種不同的操作，主要用到的是后3種。

移除命令：用于將點(diǎn)云中的雜點(diǎn)或不需要進(jìn)行逆向的點(diǎn)移除，一般選用圈取多邊形的方式進(jìn)行操作。當(dāng)然，針對(duì)不同的情況可以選用不同的方式。

過(guò)濾命令：一般在點(diǎn)云密度較高、點(diǎn)云圖的尺寸較大、影響 CATIA軟件的響應(yīng)速度時(shí)或點(diǎn)云太過(guò)密集導(dǎo)致鋪面后表面粗糙影響逆向設(shè)計(jì)判斷時(shí)會(huì)考慮采取該種點(diǎn)云處理方式。過(guò)濾的方式有齊次過(guò)濾和適應(yīng)過(guò)濾2種，對(duì)于結(jié)構(gòu)不太復(fù)雜的零件點(diǎn)云一般選擇這兩種過(guò)濾。

選取命令：顧名思義是選取點(diǎn)云圖中需要進(jìn)行鋪面或其他操作的命令。在有些情況下非常適用。

另外，工具欄中的鋪面命令也非常重要，該命令是對(duì)處理完成后的點(diǎn)云進(jìn)行鋪面，鋪面完成后可以非常直觀地觀察出被掃描件的幾何形狀和輪廓尺寸，光滑的點(diǎn)云面能為后續(xù)的曲面重建提供便利。

如圖7～9是某一車身結(jié)構(gòu)件進(jìn)行上述命令前后的對(duì)比圖和最終鋪面完成后的效果圖。

圖7 某車身結(jié)構(gòu)點(diǎn)云圖Fig.7 Point cloud diagram of a car body structure

圖8 進(jìn)行過(guò)刪除、過(guò)濾命令之后的點(diǎn)云圖Fig.8 Point cloud diagram after deleting and filtering commands

圖9 完成鋪面之后的點(diǎn)云圖Fig.9 Point cloud diagram after paving

此外，如果鋪面后的點(diǎn)云仍然出現(xiàn)孔洞，可以采用孔填充命令進(jìn)行填補(bǔ)；如果表面光順度不好，可以通過(guò)縮減命令和最佳化命令進(jìn)行調(diào)整。

而 DSE模塊除了對(duì)點(diǎn)云前處理外，還有一個(gè)非常重要的命令，即平面形式切面命令。通過(guò)該命令可以對(duì)鋪面后的點(diǎn)云通過(guò)特定的平面進(jìn)行取截，從而獲得該平面的截面線，再在截面線上作用于截取的平面的平行平面，并在該平面上進(jìn)行草圖編輯，對(duì)截面線進(jìn)行擬合，然后進(jìn)行拉伸、掃掠等一系列命令，最終得到需要的曲面。

在平面形式界面的工具欄中首先需要選取被切面的元素，此處選擇了后地板點(diǎn)云，然后選擇參考平面，也就是用于切面的平面，另外，還可以選擇要截取剖面線的個(gè)數(shù)和它們之間的距離。如圖 10中淺藍(lán)色的線就是用XZ平面截取點(diǎn)云后獲得的剖面線。通過(guò)對(duì)該線進(jìn)行擬合，然后對(duì)草圖進(jìn)行拉伸，就可以逆向出后地板前部一小塊面積的曲面。重復(fù)該命令就可以將后地板中一些結(jié)構(gòu)規(guī)則的面逆向出來(lái)。

圖10 XZ平面截面線Fig.10 XZ plane section line

3.3.2 GSD模塊(創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì))的應(yīng)用

由于后地板結(jié)構(gòu)的曲面除了一些加強(qiáng)筋和復(fù)雜的凹槽之外，大部分曲面比較規(guī)則，可以通過(guò)拉伸、掃掠等命令得到。因此，在本次的逆向設(shè)計(jì)中，創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)的應(yīng)用最為廣泛，幾乎后地板件中每一部分的逆向設(shè)計(jì)都離不開(kāi)創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)的應(yīng)用。

在創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)中主要用到以下命令。

①拉伸命令：該命令主要用于草圖或 3D對(duì)線沿特定方向的拉伸，主要針對(duì)于一些形狀簡(jiǎn)單的零件或曲率變化較小的曲面。草圖的獲取主要通過(guò)應(yīng)用DSE模塊中的取截面命令，再應(yīng)用草圖編輯器擬合截面線，之后通過(guò)拉伸命令獲得與點(diǎn)云貼合度較好的曲面。在拉伸命令界面中可以選擇要拉伸的輪廓、方向和沿該輪廓兩側(cè)拉伸的距離，圖 11為應(yīng)用草圖拉伸成的曲面。

圖11 拉伸成的曲面Fig.11 Extruded surface

②掃掠命令：掃掠有很多種形式，在其中主要的應(yīng)用有4種。

圖12為參考曲面的實(shí)例，應(yīng)用參考曲面進(jìn)行掃掠與拉伸有些相似，但是又有不同，應(yīng)用參考曲面掃掠時(shí)可以選擇輪廓和引導(dǎo)曲線(而不是拉伸方向)，該引導(dǎo)線可以為曲線，也可以為直線。

圖12 使用參考曲面掃掠結(jié)果Fig.12 Results of using a reference surface sweep

等角度型輪廓使用參考曲面掃掠，這種掃掠方式一般是先有確定的底面，然后由面的邊線沿一定角度進(jìn)行掃掠，掃掠角度的選取非常重要。圖 13的盆型結(jié)構(gòu)就由該掃掠方式獲得。

圖13 掃掠獲得盆型結(jié)構(gòu)Fig.13 Basin structure from sweep

使用兩極限進(jìn)行掃掠，這種掃掠方式需要先確定曲面的2個(gè)極限，也就是2個(gè)輪廓線，然后選擇這2條線進(jìn)行掃掠，這種方式與橋接命令相似，適用于一些曲面簡(jiǎn)單、2個(gè)輪廓線的形狀尺寸容易確定的情況。

使用3條引導(dǎo)線進(jìn)行掃掠，3條引導(dǎo)線的確定非常重要，其中2條也就是曲面的2個(gè)極限的輪廓線，中間的一條最好選擇曲面中的最高點(diǎn)。這 3條線其實(shí)也就是曲面的3條截面線，選擇時(shí)一定要事先觀察好曲面的形狀，而且輪廓線的長(zhǎng)度選取要合適，過(guò)短的話會(huì)使得掃掠后的曲面過(guò)小，不能滿足要求。這種掃掠方式與多截面曲面的曲面重建方式相似。

③多截面曲面命令：該命令實(shí)現(xiàn)的前提是要通過(guò)多次的曲面截取建立草圖和擬合截面線，并獲得多個(gè)引導(dǎo)線。多截面命令可以將這些引導(dǎo)線光滑地連接，截面的位置和引導(dǎo)線的數(shù)量選取要合適，只有這樣才能使獲得的曲面與鋪面后的點(diǎn)云更加貼合。對(duì)于引導(dǎo)線形狀變化不大、輪廓相似的情況，可以選擇這種曲面重建方式。

④橋接命令：該命令與掃掠相似，尤其是與兩極限掃掠的相似。但橋接操作時(shí)要注意進(jìn)行橋接的2個(gè)引導(dǎo)線不能相交，而且距離不能太遠(yuǎn)，兩線的形狀尺寸要盡量相似，否則軟件系統(tǒng)會(huì)報(bào)錯(cuò)。

⑤接合命令：將一些相連接但是通過(guò)不同步驟獲得的曲面或曲線進(jìn)行拼接，為后續(xù)的命令提供便利。如將曲面和掃掠后的曲面接合，然后才能對(duì)交線進(jìn)行倒圓角。

⑥分割命令：有分割和修剪 2種方式。分割是一種進(jìn)行單獨(dú)剪裁的命令，如果一曲面與另一曲面相交，則可以選取另一曲面為裁剪元素對(duì)該曲面進(jìn)行剪切。修剪命令之后，2個(gè)曲面都會(huì)被交線剪裁，并且將會(huì)自動(dòng)接合為一個(gè)曲面。2種方式各自有利有弊，針對(duì)不同的情況需要合理選擇。

⑦倒圓角命令：有簡(jiǎn)單圓角、可變圓角、弦圓角、三切線內(nèi)圓角等多種倒圓角方式，一般用到的是簡(jiǎn)單圓角，將2個(gè)相交的曲面直接倒圓角或修建后進(jìn)行倒圓角，倒圓角后的板件更加圓滑，對(duì)沖壓成形有利。

⑧外插延伸命令：選擇曲面和曲面的邊界，輸入長(zhǎng)度后將曲面延伸。在進(jìn)行掃掠和多截面曲面命令進(jìn)行曲面重建時(shí)可以選定角度修正選項(xiàng)，如果選取的修正角度足夠合理，可以使一些曲率不連續(xù)的交線進(jìn)行圓滑處理，使逆向出的曲面更加光滑。

3.3.3 QSR模塊(快速曲面重建)的應(yīng)用

由于后地板結(jié)構(gòu)中大型曲面的形狀并不復(fù)雜，應(yīng)用創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)中的命令基本可以完成，因而QSR的應(yīng)用不是很多，故一般用到的是曲面填充命令。應(yīng)用該命令時(shí)要注意輪廓線一定要閉合，輪廓線可以是二維草圖，也可以是 3D曲線。另外，曲率分析命令對(duì)于逆向設(shè)計(jì)也非常重要，通過(guò)曲率分析可以將零件中曲率相同的曲線確定出來(lái)，這樣有利于對(duì)鋪面后點(diǎn)云的觀察和對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。圖 14為對(duì)后地板點(diǎn)云進(jìn)行曲率分析后的效果圖。

圖14 后地板曲率分析效果圖Fig.14 Effect drawing of rear floor curvature analysis

3.4 后地板逆向設(shè)計(jì)具體過(guò)程

第一步：進(jìn)行后地板結(jié)構(gòu)的分析，確定合理的逆向設(shè)計(jì)流程，本次進(jìn)行逆向的點(diǎn)云文件格式為 stl，應(yīng)用點(diǎn)云導(dǎo)入功能中的 creat facets可以直接進(jìn)行鋪面操作，鋪面后的點(diǎn)云圖如圖 15所示，其效果不錯(cuò)，表面比較光滑，后地板的結(jié)構(gòu)比較清晰。不過(guò)也可以看到右側(cè)的環(huán)狀筋有缺失，無(wú)法進(jìn)行逆向。但由于后地板件的左右側(cè)大部分結(jié)構(gòu)對(duì)稱，可以先設(shè)計(jì)出左側(cè)板件的結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)稱操作得到右側(cè)板件后再進(jìn)行非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

圖15 鋪面后的后地板點(diǎn)云圖Fig.15 Point cloud diagram of rear floor after paving

第二步：通過(guò)對(duì)點(diǎn)云取截面建立草圖進(jìn)行擬合，通過(guò)拉伸掃掠等操作獲得基本面。如圖 16所示，通過(guò)左側(cè)的平面對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行切斷獲得截面線，再通過(guò)截面上的點(diǎn)作平行面，在該面上建立草圖，并擬合后地板最前端板面的截線，如圖17所示。

圖16 截面線Fig.16 Section line

圖17 草圖Fig.17 Sketch

延默認(rèn)方向(垂直于平面的方向)進(jìn)行拉伸，并獲得如圖 18所示的平面?？梢钥闯鲈摪迮c鋪面后的點(diǎn)云基本擬合，能夠滿足逆向設(shè)計(jì)的要求。

圖18 拉伸操作獲得的平面1Fig.18 Plane1 from extrusion operation

通過(guò)相同的方式進(jìn)行操作可以獲得后地板中大部分形狀比較規(guī)整、表面較平的曲面，在此不再進(jìn)行一一列舉。大平面拉伸之后的效果如圖 19所示，但對(duì)于有些比較特殊的結(jié)構(gòu)，則需要應(yīng)用其他方法，如環(huán)形筋所在板面應(yīng)用簡(jiǎn)單的拉伸操作顯然是無(wú)法完成的。

圖19 拉伸操作得到的基礎(chǔ)面Fig.19 Base surface from extrusion operation

在進(jìn)行該結(jié)構(gòu)的逆向設(shè)計(jì)時(shí)，首先考慮使用了拉伸操作，但效果并不理想，擬合度不好，且與相鄰面的距離較遠(yuǎn)，無(wú)法進(jìn)行剪切或橋接的操作。經(jīng)過(guò)多次嘗試，最終決定通過(guò)掃掠重建該曲面，如圖20所示。

圖20 掃掠得到的曲面Fig.20 Swept surface

通過(guò)建立2個(gè)垂直方向的草圖，一個(gè)作為輪廓曲線，另一個(gè)作為引導(dǎo)曲線，最終獲得了平面。另外，也可以看出，該曲面與相鄰曲面的交線并不完全，這種情況將無(wú)法進(jìn)行剪切或倒圓角，這是另一個(gè)需要解決的問(wèn)題?？紤]采用平行線進(jìn)行剪切之后橋接、接合、倒圓角。圖 21為橋接的效果圖，要注意在進(jìn)行剪切操作時(shí)要先將曲線進(jìn)行投影，否則是無(wú)法完成的。

圖21 橋接命令獲得曲面Fig.21 Surface from bridge command

對(duì)圖21中的曲面接合倒圓角之后得到的最終效果如圖 22所示，之后要進(jìn)行的是與環(huán)形筋緊挨的盆型曲面的重建。先在底面上建立平面，在草圖中將底面的輪廓擬合出，之后將草圖拉伸和對(duì)底面進(jìn)行剪切。然后對(duì)剪切后的底面的邊線進(jìn)行接合，將接合后的曲線進(jìn)行掃掠，掃掠角度選擇 45°。掃掠效果如圖23所示。

圖22 對(duì)橋接后的曲面進(jìn)行倒圓角Fig.22 Filleting bridged surface

圖23 掃掠曲面Fig.23 Swept surface

再對(duì)所有的基礎(chǔ)平面進(jìn)行相互之間的剪切和接合命令，最終獲得整個(gè)的基礎(chǔ)大平面。從圖 24中可以看出，除了后地板中特殊的加強(qiáng)筋、凹槽等特殊結(jié)構(gòu)外，后地板的大輪廓已被重建出來(lái)了。之后要進(jìn)行的就是重建出上述特殊結(jié)構(gòu)中左右對(duì)稱的部分。

圖24 所有基礎(chǔ)平面剪切操作后Fig.24 Base surfaces after cutting operations

第三步：對(duì)后地板的特殊結(jié)構(gòu)進(jìn)行曲面重建。后地板前部凹槽和加強(qiáng)筋的重建并不復(fù)雜，分析可以看出所有的凹槽和加強(qiáng)筋均在同一水平面上，因此，可以對(duì)基礎(chǔ)平面進(jìn)行平移，通過(guò)凹槽或加強(qiáng)筋的輪廓對(duì)平移后獲得的曲面進(jìn)行剪切，再進(jìn)行倒圓角命令就可以重建出這些結(jié)構(gòu)。將所有對(duì)稱結(jié)構(gòu)逆向后進(jìn)行對(duì)稱操作，如圖 25所示，對(duì)稱后另一側(cè)的擬合度也符合設(shè)計(jì)要求。

圖25 對(duì)稱操作Fig.25 Symmetric operation

第四步：進(jìn)行非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的曲面重建。在這一步驟中用到的也是前文中提到的操作指令。將非對(duì)稱結(jié)構(gòu)重建之后要對(duì)整體的外形輪廓進(jìn)行剪切。

最終經(jīng)過(guò)逆向設(shè)計(jì)獲得的后地板結(jié)構(gòu)如圖26所示，貼合度比較符合要求，由于在逆向時(shí)加入了設(shè)計(jì)者的思考和設(shè)計(jì)，故有一些結(jié)構(gòu)并不完全相同。

圖26 逆向設(shè)計(jì)最終獲得的后地板結(jié)構(gòu)Fig.26 Final rear floor structure obtained by reverse design

另外，對(duì)與后地板相連的兩連接件也進(jìn)行了逆向設(shè)計(jì)，如圖27、圖28所示。

圖27 后地板連接件1Fig.27 Rear floor connection part1

圖28 后地板連接件2Fig.28 Rear floor connection part2

將逆向出的 3個(gè)后地板零件進(jìn)行裝配設(shè)計(jì)后的效果如圖29所示。

圖29 裝配設(shè)計(jì)效果圖Fig.29 Assembly design rendering

在逆向的過(guò)程中還穿插著一些其他的操作，如后地板表面孔洞的獲得是通過(guò)建立曲線后拉伸對(duì)重建后曲面進(jìn)行剪切的。