Pro_ENGINEER軟件在汽車覆蓋件逆向工程中的應(yīng)用

1、Pro/ENGINEER 軟件在汽車覆蓋件逆向工程中的應(yīng)用伊啟中(福建工程學(xué)院機(jī)電及自動化工程系 福州 350014摘要:為適應(yīng)市場的需求,汽車廠商每年都需設(shè)計新車型或?qū)υ熊囆瓦M(jìn)行更新。目前,結(jié)合逆向工程技術(shù)和CAD/CAM 技術(shù)是獲得原有車型數(shù)據(jù)及幾何模型的最重要方法,根據(jù)坐標(biāo)測量技術(shù)所得的點數(shù)據(jù),應(yīng)用Pro/ENGINEER 軟件可快速地完成零件實體模型的重建。關(guān)鍵詞:汽車覆蓋件 逆向工程 Pro/ENGINEER1前言據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計,到2005年,我國汽車總需求量約為300萬輛,基本車型將達(dá)170種,另有更新車型和改裝車型430種。對于車型的更新,最主要的工作就是獲得原有車型的幾何模型

2、(其中大型覆蓋件的設(shè)計是整個新車型開發(fā)的關(guān)鍵,基于逆向技術(shù)(三坐標(biāo)數(shù)據(jù)掃描、CAD/CAM 技術(shù)(曲面構(gòu)建、模型重建是目前獲取幾何模型應(yīng)用最廣的方法。根據(jù)逆向工程中研究對象的不同,逆向工程分為影像逆向、軟件逆向、實物逆向等。就實物逆向而言,又包括形狀(幾何逆向、功能逆向、材料逆向、工藝逆向,汽車覆蓋件的逆向工程屬于實物逆向。逆向工程研究內(nèi)容主要有兩個方面,即產(chǎn)品數(shù)字化和曲面重構(gòu)技術(shù),它的兩個主要發(fā)展領(lǐng)域是自由曲面的逆向工程和表面簡單但具有復(fù)雜拓?fù)潢P(guān)系的逆向工程。圖1為某款汽車的車門零件,圖a 、b 分別為車門的外形和內(nèi)形表面形狀,需獲得該零件的幾何模型。本文結(jié)合逆向技術(shù)和CAD/CAM 技術(shù),

3、應(yīng)用三坐標(biāo)測量機(jī)獲得零件的點數(shù)據(jù),然后在Pro/ENGINEER 軟件中完成其模型重建。 a b 圖1某款汽車車門零件外形本文有關(guān)數(shù)據(jù)的測量是基于英國LK 公司生產(chǎn)的G-90C 型三坐標(biāo)測量機(jī)實現(xiàn)的。2Pro/ENGINEER 軟件在逆向工程中的應(yīng)用PTC 公司開發(fā)的產(chǎn)品中,具有逆向功能的有ICEM Surf 、Pro/DESIGNER (CDRS 、Pro/SCANTOOLS ,其中Pro/SCANTOOLS 是一個完全集成于Pro/ENGINEER 軟件中的逆向功能模塊。Pro/SCANTOOLS 可以接受有序點(測量線,也可以接受點云數(shù)據(jù),可以用來構(gòu)建非A 級的自由曲面,一般應(yīng)用于電器產(chǎn)

4、品、汽車內(nèi)飾件、塑料件等行業(yè)。在Pro/SCANTOOLS 模塊中完成點數(shù)據(jù)的處理后,可以轉(zhuǎn)至Pro/PART 模塊繼續(xù)進(jìn)行三維實體造型。塊 塊2.1零件結(jié)構(gòu)分析在測量前,應(yīng)該對零件形狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的分析,針對零件的形狀結(jié)構(gòu)特點,有目的性地對零件進(jìn)行測量。這樣可以用較少的測量點(零件的特征點即可反映出零件的形狀,從而做到“事半功倍”。圖1所示的汽車覆蓋件的外形為一個掃描曲面和一個自由曲面,掃描曲面需要確定掃描曲線和截面曲線,這里掃描曲線為一直線,因此,只需測量零件的截面形狀;對于塊2所示的自由曲面,則可用放樣曲面或混成曲面等方式來生成。該零件內(nèi)形有多處起伏和沖孔,其形狀較為規(guī)則,只需測量各處的

5、形狀尺寸和定位尺寸即可,但需注意各組成部分間具有較高的位置度要求。2.2數(shù)據(jù)采集(產(chǎn)品數(shù)字化數(shù)據(jù)采集是指通過特定的測量設(shè)備和測量方法獲取零件表面離散點的幾何坐標(biāo)數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)采集是逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前,數(shù)據(jù)采集使用的方法很多,常用的有接觸式測量法、非接觸測量法和工業(yè)計算機(jī)斷層掃描成像法等,G-90C三坐標(biāo)測量機(jī)屬于接觸式測量法。該汽車覆蓋件外形表面由兩個曲面經(jīng)過曲面延伸、曲面過渡、曲面裁剪等混合而成,為了減少測量數(shù)據(jù),便于建立零件模型,將兩個曲面進(jìn)行分塊測量,每個曲面使用不同的方法完成曲面重構(gòu)。圖2a所示為零件外形塊截面所測得的測量點數(shù)據(jù),圖2b所示為零件外形塊曲面所測得的測量點數(shù)據(jù)。ab

6、圖2零件外形測量的特征點2.3數(shù)據(jù)處理通過測量設(shè)備所得到的點數(shù)據(jù)一般較多(尤其是應(yīng)用激光測量設(shè)備所測得的數(shù)據(jù)有時多達(dá)幾兆甚至幾十兆,因此,在對這么多的點數(shù)據(jù)進(jìn)行曲面重構(gòu)前,應(yīng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的預(yù)處理。數(shù)據(jù)預(yù)處理一般包括數(shù)據(jù)平滑、數(shù)據(jù)清理、補(bǔ)齊遺失點、數(shù)據(jù)分割、數(shù)據(jù)對齊、零件對稱基準(zhǔn)面的構(gòu)建等。這里,需要對圖2所示的測量數(shù)據(jù)分成兩部分,即用來重構(gòu)掃描曲面的測量點數(shù)據(jù)和用來重構(gòu)自由曲面的測量點數(shù)據(jù),每一部分?jǐn)M出合一塊曲面,然后通過曲面編輯方法(如曲面求交、曲面過渡等將兩塊曲面合并構(gòu)成一個完整的曲面。2.4模型重建模型重建是指由測量點還原成實體,目前較為成熟的模型重建技術(shù)是通過構(gòu)建曲面來實現(xiàn)模型重建,

7、因此,構(gòu)建曲面是模型重建的關(guān)鍵。曲面重構(gòu)有基于點-樣條的曲面重構(gòu)和基于測量點的曲面重構(gòu),這里采用基于點-樣條的曲面重構(gòu)?；邳c-樣條的曲面重構(gòu)即為由測量所得的點擬合出曲線,再由這些曲線生成曲面,圖3a所示即為通過創(chuàng)建曲面、曲面編輯后所得的完整曲面。圖3b、c所示為根據(jù)零件內(nèi)形所測得的數(shù)據(jù),應(yīng)用Pro/ENGINEER軟件所得的零件實體模型。 abc圖3零件外形測量的特征點完成零件的實體造型后,可應(yīng)用Pro/ENGINEER軟件有關(guān)模具設(shè)計和數(shù)控加工的功能,便可快速完成模具設(shè)計和零件NC加工。進(jìn)行數(shù)據(jù)測量時的注意事項:(1當(dāng)對曲面進(jìn)行分塊測量時,為了保證數(shù)據(jù)測量的完整性,各塊之間需有一定的重疊量

8、,以利于模型重建時數(shù)據(jù)的融合;(2由于受到三坐標(biāo)測量儀和零件的限制,外形數(shù)據(jù)和內(nèi)形數(shù)據(jù)的測量無法一次完成。因此,在測量外形數(shù)據(jù)和內(nèi)形數(shù)據(jù)時,需建立一個統(tǒng)一的坐標(biāo)系,以保證數(shù)據(jù)的對齊;(3在進(jìn)行數(shù)據(jù)測量時,應(yīng)根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點,定制和規(guī)劃坐標(biāo)測量時的掃描路徑,掃描路徑設(shè)置的優(yōu)劣,對零件模型的重建具有較大的影響。3結(jié)束語在汽車覆蓋件模具設(shè)計制造中,應(yīng)用基于CAD/CAM的逆向技術(shù),可大大縮短模具設(shè)計制造的周期,這也適應(yīng)汽車行業(yè)對產(chǎn)品進(jìn)行快速更新的需要。目前我國汽車工業(yè)尚處在發(fā)展階段,無論是新品設(shè)計還是產(chǎn)品仿制,主要是以實物模型為設(shè)計與生產(chǎn)的主要依據(jù),從這一角度來說,逆向工程技術(shù)對我國汽車工業(yè)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。參考文獻(xiàn)1 黃圣杰,張益三,洪立群.Pro/ENGINEER2001高