proe汽車設(shè)計的逆向工程技術(shù)

2013-07-10 by:廣州CAD:proe設(shè)計培訓(xùn)中心來源:仿真在線

proe汽車設(shè)計:

一、前言

在汽車的整體設(shè)計中,車身占整車總成本的40%以上,其更新頻度高,技術(shù)進步快,是汽車產(chǎn)品商品性的重要標志,而車身設(shè)計是轎車開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。隨著汽車設(shè)計技術(shù)及手段故不斷發(fā)展:特別是以計算機技術(shù)為核心的現(xiàn)代工程技術(shù)方法的飛速進步,日益成熟的CAD/CAE/CAM一體化產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)在轎車車身設(shè)計領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)月。轎車車身設(shè)計方法正逐步由傳統(tǒng)的設(shè)計方法向著以大大縮短產(chǎn)品開發(fā)周欺和提高產(chǎn)品設(shè)計精度為目標的現(xiàn)代設(shè)計方法轉(zhuǎn)變。此時逆向工程技術(shù)能夠快速吸收國外汽車車身設(shè)計的先進技術(shù),快速響應(yīng)市場,提高我國自主設(shè)計開發(fā)汽車的能力。

    二、逆向工程技術(shù)

    逆向工程技術(shù),又稱反求工程技術(shù),是20世紀80年代末期發(fā)展起來的一項先進制造技術(shù)。傳統(tǒng)的設(shè)計方法起始于設(shè)計者的意圖和對市場的分析,而反求工程技術(shù)是綜合應(yīng)用現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計的理論方法、生產(chǎn)工程學(xué)、材料學(xué)和有關(guān)專業(yè)知識,進行系統(tǒng)地分析研究已存在的產(chǎn)品,進而快速開發(fā)制遣皇高附加值、高技術(shù)水平的新產(chǎn)品。通過快速成型技術(shù)應(yīng)用,它可以顯著縮短產(chǎn)品設(shè)計、加工制造生產(chǎn)周期,反復(fù)對實物模型進行反求再設(shè)計,直到滿足用戶的切身需求為止。目前,該技術(shù)已廠泛用于家電、汽車、玩具、輕工、醫(yī)療、航空、航天、國防等行業(yè),并取得了巨大的經(jīng)濟效益。而應(yīng)用逆向工程將國外優(yōu)秀能車身設(shè)計產(chǎn)品化,將成為快速掌握汽車車身的開發(fā)能力從而形成汽車自主開發(fā)能力的突破口,這具有非常重要的意義。

逆向工程主要通過以下步驟來實現(xiàn):數(shù)據(jù)采樣,數(shù)據(jù)處理及CAD三維模型的建立,產(chǎn)品功能模擬及再設(shè)計,后處理等。proeNGINEER軟件應(yīng)用于逆向工程技術(shù)的流程圖如圖1所示。

proe汽車設(shè)計的逆向工程技術(shù)proe設(shè)計案例圖片1

圖1 應(yīng)用proeNGINEER的逆向工程技術(shù)流程圖

    三、ProIENGINEER軟件設(shè)計車身實例

    1 數(shù)據(jù)采樣

    數(shù)據(jù)采樣分為非接觸法和接觸法(觸發(fā)、掃描)。非接觸法中包括光學(xué)法〔三角測量、測距、干涉測量、結(jié)構(gòu)光照、影像分析)、聲學(xué)法、電磁法。目前應(yīng)用最廣的是應(yīng)用三坐標測量儀和激光三角形測量法。從發(fā)展趨勢看,工業(yè)CT和逐層切削照相測量將占反求工程測量方法主導(dǎo)地位,應(yīng)用范圍也會逐漸廣泛。三坐標測量機,可以用來測量特征的空間坐標、掃描剖面、測量分型線以及輪廓線。此設(shè)備獲得點的數(shù)據(jù)量不像激光掃描儀掃描的那么大,適用于proeNGINEER軟件的逆向工程設(shè)計,且proeNGINEER軟件對于整合點云數(shù)據(jù)進行三圍立體建模及其后處理具有強大的功能。本文就應(yīng)用proeNGINEER軟件處理三坐標側(cè)量機的測量數(shù)據(jù)進行逆向造型設(shè)計步驟進行探討。

    2 數(shù)據(jù)處理

    數(shù)據(jù)處理是指在獲得測量數(shù)據(jù)后,根據(jù)原來物體跳結(jié)構(gòu),包括物體的邏輯結(jié)構(gòu)、功能結(jié)構(gòu),物體包含哪些標準件,材料構(gòu)成,物體表面顏色分布,各個部件的幾何尺寸,不同部件之間的裝配方式及不同部件之間的幾何尺寸約束等,也可以指根據(jù)標準零件模型庫將整個測量點云大致分解為幾個不同的部分?；陔x散點云數(shù)據(jù)的三維建模過程,實質(zhì)上就是點云數(shù)據(jù)的處理過程。其通用手段有數(shù)據(jù)調(diào)整、復(fù)制區(qū)域修剪、數(shù)據(jù)密度修改、數(shù)據(jù)光順、尖角保留等。

proeNGINEER軟件有處理點數(shù)據(jù)的專用模塊Pro/Scantools,通過此模塊可以對點云數(shù)據(jù)進行識別、修剪、密度修改、優(yōu)化(包括數(shù)據(jù)調(diào)整、數(shù)據(jù)光順和尖角保留)等操作,最后得到很精確的點云數(shù)據(jù)。一般通過測量儀器獲取的點數(shù)據(jù)格式有IGES、DXF和IBL等幾種,proeNGINEER軟件對這幾種格式的點云數(shù)據(jù)都可以識別和處理。本文采用三坐標測量儀測量的點云數(shù)據(jù),處理得到的點云數(shù)據(jù)如圖2所示。

proe汽車設(shè)計的逆向工程技術(shù)proe相關(guān)圖片圖片2

圖2 點云數(shù)據(jù)圖

3 三維建模

建立模型的好壞取決于曲線、曲面擬合是否光順及曲面連接是否光滑,曲線、曲面的光順特別重要。曲線光順應(yīng)滿足3個條件曲線二階幾何連續(xù);曲線沒有奇點和多余拐點;曲率變化均勻,應(yīng)變能較小。曲線光順可分3步進行:尋找壞點,并修改壞點的坐標值;粗光順,使曲線上各段的曲率符號一致,保證滋線單凸或單凹性:精光順,使曲線上各段的曲率變化均勻,滿足光順的要求。滿足曲面光順的條件是構(gòu)成曲面的關(guān)鍵曲線光順;曲面的網(wǎng)格線無多余拐點曲面高斯曲率變化均勻。光順曲面的方法是:先光順曲面的縱向曲線,然后通過新型值點生成橫向樣條茲線并光順,重新生成縱向樣條曲線并光順,直至所有縱向、橫向樣條曲線都滿足光順準則,最后利用光順的縱向、橫向樣條曲線構(gòu)造出光順曲面。

打開proeNGINEER軟件,通過Datum Point/Off setCsys命令讀入點云數(shù),在Standard或Scantool模塊下連線。連線時應(yīng)注意,在變化趨勢小的地方的點應(yīng)盡量的少,對于明顯偏離趨勢的點應(yīng)略去,以免過多的點造成曲線不光順。得到汽車車門的光順曲線網(wǎng)格圖形如圖3所示。

proe汽車設(shè)計的逆向工程技術(shù)proe培訓(xùn)教程圖片3

圖3 光順曲線網(wǎng)格圖

完成3D Curve線后,通過Create/Surface/Advanced,利用前面所建立的3D Curve線建立3D光滑曲面。在建面的過程中,需要注意面與面之間的光順,同時可以利用Analysis分析所建立的曲面的光滑程度和曲面的曲率分布狀況,最后利用Create/Prot rusion/Use Quilt將所建立的曲面生成實體完成3D建模。建模后可通過proeNGINEER軟件中的View/advanced--iPhotorender進行渲染處理,及Analysis-- Model Analysis/Curve Analysis/Surface Analysis的分析方法來檢驗所建立的模型、曲線和曲面的合理性與精確度。得到的汽車車門三維模型如圖4所示。

proe汽車設(shè)計的逆向工程技術(shù)proe產(chǎn)品設(shè)計圖圖片4

圖4 通過曲線網(wǎng)格擬合曲面

4 后處理
利用proeNGINEER軟件進行逆向工程設(shè)計還可以進行相應(yīng)的后處理工作。將前面完成的3D CAD Model匯入proeNGINEER軟件的Manufacturing模塊中進行Nc加工程序的制作,并利用proeNGINEER軟件生成NC加工的G代碼輸入三軸(或五軸)加工中心加工出產(chǎn)品。在proeNGINEER軟件的Part模塊中利用File/Export--Model--STL導(dǎo)出STL文件,利用快速原型制造系統(tǒng)進行快速原型制作。應(yīng)用proeNGINEER軟件的Assembly和Modei模塊進行模具設(shè)計,生成模具的型芯和型腔,并產(chǎn)生最終的零件和完整的模具來裝配模型。在用快速成形方法制作成品后,利用自動檢查設(shè)備〔如激光測量儀)對成品進行檢查,取得數(shù)據(jù),再利用Pro,Neri行模塊對設(shè)計模型進行比較,檢查復(fù)雜產(chǎn)品的制造精度。

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