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基于工程合理性的车身零部件逆向方法

李鹏冲  
【摘要】:逆向工程是汽车车身及零部件开发中的重要手段,同时,车身零部件及曲面的逆向也是一个耗时的手工过程,它需要工程师以人机交互的方式进行反复的评估、修改。 本文介绍了车身零部件曲线、曲面逆向的一般方法,并指出现有方法的不足。现有的曲面、曲线的逆向工具都是针对具体的线、面进行,而这些线、面仅是复杂的车身模型的一部分,它们和其它线、面之间存在着复杂的内在联系,而且自身也必须满足各种功能要求。现有功能局限于单个的曲线、曲面,忽略其外在要求与约束,评价指标单一,一定程度上影响了逆向结果的合理性,工程师在后期综合考虑各种因素对曲线、曲面进行反复调整,就是为了恢复这种合理性。 本文将优化技术应用于车身及零部件的逆向过程中,将各种内在、外在关联与要求,变为设计约束,并通过优化过程,使曲线、曲面与云点数据相匹配。更多设计约束的引入,将有助于保持设计结果的合理性与可用性;同时,作为参数优化的结果,曲线、曲面将是参数化的模型,这对于后期的编辑、修改是非常有利的。 针对上述构想,本文进行了以下方面的研究,并在CATIA软件平台上使用二次开发的方法完成了其基本流程。 1.基于概率统计原理的孔位优化; 车身测量中,曲面的表达不需要很高的扫描密度;孔位边界的精确表达则需要尽可能高的扫描密度,以便轮廓的精确表达。这是一个矛盾。过密的云点导致效率问题,过稀的云点影响边界、孔位的逆向精度。针对这个问题,本文基于统计原理对孔位边界附近的满足既定精度的云点进行统计、分析,发现在较低的扫描密度下,对于一定尺寸的孔位,总会有足够多的云点落在边界附近。因此,在较低扫描密度下,获得较高的孔位精度是有可能的。针对上述结果,本文使用优化方法在CATIA软件平台上完成了孔位逆向模块。 2.基于轮廓的优化; 线是轮廓的一部分,构成轮廓的各个线段之间存在着各种几何约束,如垂直、平行、对称等。当前的逆向功能往往针对具体的线进行讨论,重局部,忽略整体。本文从轮廓角度出发,以包含内在约束的参数化的轮廓模型作为被优化的对象,以轮廓逆向代替曲线逆向,维持其内在合理性。 3.基于模版技术的曲面优化; CATIA、Imageware等软件都提供了曲面重构功能,但仅从精度与光顺两个简单指标进行优化,无法适应车身模型的复杂性。逆向工程师通常放弃这些自动功能,而使用接近正向设计的方法完成逆向设计,这能够适应车身设计的复杂要求,但是手工交互耗时多。针对上述两种情况,本文提出了基于模版技术的曲面优化方法,针对正向设计中的各种基本功能,构建相应的参数化模型作为模版,针对特定的云点数据,由工程师定义使用何种模版(即曲面构建方式),通过对模版的优化,使之和云点数据精确匹配。一方面提高了工程师对曲面的控制能力,另一方面减少了手工编辑的时间。


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