逆向工程技術(shù)在某白車身開發(fā)中的應(yīng)用

1、 52合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版第32卷考慮到?jīng)_壓工藝,要隨時(shí)修正由于車身鈑金變形而產(chǎn)生的點(diǎn)云錯(cuò)誤,避免沖壓負(fù)角等低級(jí)錯(cuò)誤;而在總成逆向設(shè)計(jì)過程中,要以最初確定的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為輸入,充分考慮到焊接、涂裝及總裝工藝可行性,合理布置焊點(diǎn)位置以及焊接定位孔、面的修正,盡量提高焊接工藝性,同時(shí)也要保證涂裝滑橇安裝定位及總裝操作方便性。綜上,要想高質(zhì)量、快速地創(chuàng)建曲面數(shù)學(xué)模型,需要設(shè)計(jì)人員具有非常熟練的三維建模軟件應(yīng)用能力,而且還應(yīng)具有較豐富的沖壓、焊接、涂裝及總裝工藝知識(shí)Fs,6。2某白車身開發(fā)中的逆向工程技術(shù)2.1標(biāo)桿樣車整車參數(shù)的測量.根據(jù)某公司的開發(fā)模式,首先確定了標(biāo)桿樣車,之后建立整車坐標(biāo)系并對

2、其進(jìn)行整車參數(shù)測量,初步確定懸架等關(guān)鍵部件的安裝硬點(diǎn)7,見表1所列。表1某車型主要硬點(diǎn)孔位確定表安裝點(diǎn)名稱硬點(diǎn)坐標(biāo)X Y z2.2點(diǎn)云的掃描與數(shù)據(jù)處理在車身鈑金件數(shù)據(jù)測量中,主體采用光柵投影式測量方法,其后采用接觸式三坐標(biāo)測量對車身上的曲面特征線及關(guān)鍵孔位進(jìn)行測量,最終獲得完整白車身鈑金件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。把掃描得到的點(diǎn)云塊通過對齊拼合、去除雜點(diǎn)、稀化、零部件提取及三角化等一系列處理,得到構(gòu)建數(shù)模的點(diǎn)云文件。處理好的點(diǎn)云為下一步的數(shù)學(xué)建模提供了保障,如圖1所示。2.3數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建2.3.1確定數(shù)模構(gòu)建基準(zhǔn)一般來說,汽車車身的結(jié)構(gòu)都是左右對稱的,所以X-Z平面可以作為一個(gè)基準(zhǔn)面。首先在點(diǎn)云數(shù)據(jù)中找到

3、一個(gè)與車身坐標(biāo)系中的X-y平面平行且面積最大的區(qū)域,在此區(qū)域做2個(gè)點(diǎn)的連線,此2個(gè)點(diǎn)間距盡量大,在此連線上取一點(diǎn),將此點(diǎn)沿著X軸方向拉伸得直線,再將此直線沿y軸拉伸,即得到一個(gè)平面。所得平面要與點(diǎn)云貼合良好,將此平面確定為基準(zhǔn)面。再根據(jù)此零部件上的關(guān)鍵孔中心點(diǎn)確定一個(gè)與Y-Z平面平行的基準(zhǔn)面,這樣就確定了數(shù)模構(gòu)建基準(zhǔn)。圖1三角化后點(diǎn)云2.3.2數(shù)模構(gòu)建有了以上的基準(zhǔn),在進(jìn)行逆向建模時(shí),需要時(shí)刻注意沖壓工藝性的要求。首先根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)判斷哪些面與基準(zhǔn)面是平行關(guān)系,通過平面偏置得到這些平面;而其他平面可以通過偏置、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等方式得到,同時(shí)要判斷哪些特征是關(guān)于X-Z 平面對稱的。然后通過面與面的裁剪

4、縫合等方法得到工藝數(shù)模,再經(jīng)過倒圓角、增加料厚,最終得到產(chǎn)品數(shù)模8,如圖2所示。圖2產(chǎn)品數(shù)模3逆向后的白車身改型優(yōu)化3.1工藝修改要求由于制造工藝方法及水平的差異,很多零部件都要進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化以提高其制造工藝性,如圖3所示工藝部門提出的ECR,圖4修改后的數(shù)模。3.2產(chǎn)品修改要求整車的動(dòng)力總成等零部件不可逆向,從而導(dǎo)致與其相關(guān)的電器線束、散熱器等零部件的安裝 結(jié)構(gòu)都要在標(biāo)桿樣車的基礎(chǔ)上進(jìn)行改型設(shè)計(jì)。同增刊王大鵬,等:逆向工程技術(shù)在某白車身開發(fā)中的應(yīng)用53時(shí)為了降低開發(fā)成本,座椅等零部件借用其他成熟車型,其安裝結(jié)構(gòu)也要進(jìn)行改型設(shè)計(jì)。下面以圈4修改后的數(shù)模散熱器下部安裝結(jié)構(gòu)改型設(shè)計(jì)為例闡述改型設(shè)計(jì)的

5、方法與思路。修改要求建議按照圖示方法修改以,r¨Il萋螺囂I、H l彳-(b圖3工藝修改要求示意3.2.1邊界條件輸入首先請求數(shù)據(jù)輸入,將散熱器與車身裝配一起會(huì)發(fā)現(xiàn):標(biāo)桿樣車的散熱器安裝結(jié)構(gòu)無法滿足其安裝要求。散熱器參數(shù)變化:體積較樣車增加了近1倍,質(zhì)量由5kg增加到10kg,在整車中的A.A截面(c安裝位置向前移動(dòng)了20ITIITI。3.2.2改型設(shè)計(jì)及CAE驗(yàn)證優(yōu)化根據(jù)提取邊界條件(散熱器的安裝點(diǎn)、面等對其下安裝橫梁進(jìn)行了改型設(shè)計(jì)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)束之后,對其強(qiáng)度進(jìn)行了CAE分析,發(fā)現(xiàn)其難以承受此新車型散熱器的質(zhì)量。根據(jù)CAE分析的結(jié)果,在料厚不變、材料不換的情況下對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了修改

6、,但還是無法達(dá)到要求,暫時(shí)決定把其料厚增加到2.0ITIITI,材料由Dc03換成B170P1,通過CAE分析,其滿足要求。為了降低成本及質(zhì)量,進(jìn)一步對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化,即不換材料,料厚由1.0mm增加到1.5IOAn,同時(shí)在應(yīng)力較集中的位置各加了1個(gè)加強(qiáng)板,料厚1.8rain,如圖5所示。圖5結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)示意進(jìn)行CAE強(qiáng)度分析,一些輸人數(shù)據(jù)如下:橫梁與加強(qiáng)板的屈服強(qiáng)度為120240MPa,抗拉強(qiáng)度270MPa,楊氏模量2.10×105Pa,泊松比0.3,密度7.8×10_9kg/m3;冷凝器質(zhì)量10kg;z向加速度2.59;載荷250N;安全系數(shù)1.5。通過優(yōu)化設(shè)計(jì),

7、結(jié)果如下:最大應(yīng)力174.8MPa(目標(biāo)值為小于等于180MPa;最大位移J2.053mrn(目標(biāo)值為小于等于3mm。最大位移、應(yīng)力云圖如圖6所示。由此可見,結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。 (下轉(zhuǎn)第57頁增刊吳根忠,等:重型載重車輛加載安全區(qū)域與極限載荷分析57以直接調(diào)用加載重心安全區(qū)域的X值范圍,即可得到不同載荷分布方式下的極限載荷數(shù)值隨X的變動(dòng)曲線,如圖5所示。圖5中縱軸上限數(shù)值由承載軸的許用最大載荷設(shè)定上約束條件,橫軸前后由加載重心安全區(qū)域范圍約束決定。柱邾260<220裎180輻140120.5O5支撐位置/m(a均勻支撐支擇位置,m(b對稱支撐圈5均布支撐和對稱支撐極限載荷分布圖3結(jié)束語本

8、文結(jié)合重型載重車輛開發(fā)項(xiàng)目,運(yùn)用多項(xiàng)力學(xué)相關(guān)知識(shí),對加載重心安全區(qū)域和極限加載載荷進(jìn)行分析研究,使項(xiàng)目取得了階段性的突破成果。本文的研究方法為重型載重車輛的加載重心安全區(qū)域計(jì)算和研究提供了一條思路和方法。本文所采用的參數(shù)化計(jì)算分析,為后續(xù)的模塊化開發(fā)提供了理論依據(jù)與參考3。參考文獻(xiàn)13寶鋼集團(tuán)運(yùn)輸管理部.德國進(jìn)幾框架車使用說明資料JR.上海:宅鋼集團(tuán)運(yùn)輸管理部,2007.E23孫祥,徐流美,吳清.MATLAB7.0基礎(chǔ)教程M.北京:清華大學(xué)出版社,2005.-33余志生.汽車?yán)碚揈M3.第3版.北京:清華大學(xué)出版社, 2004.(責(zé)任編輯張淑艷(上接第53頁圈6最大位移、應(yīng)力云圖4結(jié)束語本文概

9、述了車身逆向工程在車身鈑金件設(shè)計(jì)應(yīng)用中的作用和意義,并應(yīng)用具體實(shí)例闡述了在車身鈑金件設(shè)計(jì)過程中逆行工程的工作過程和巨大作用。隨著不斷出現(xiàn)的強(qiáng)大的高級(jí)曲面功能軟件,逆向工程的設(shè)計(jì)工作將更容易實(shí)現(xiàn)和更加方便操作。逆向工程技術(shù)方面加快了新產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度,提高了質(zhì)量,降低了成本;另一方面還縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期,提高了產(chǎn)品創(chuàng)新的成功率,應(yīng)用領(lǐng)域很廣闊,發(fā)展前景十分誘人。參考文獻(xiàn)1郭竹亭.汽車車身設(shè)計(jì)M.長春:吉林科學(xué)技術(shù)出版社,1995.張小虞,葉平.汽車工程手冊(設(shè)計(jì)篇M.北京:人民交通出版社,2001:666692.劉浩,程培元,杜華平.逆向工程設(shè)計(jì)J.汽車科技, 2002,(6:45.李書生,徐

10、萬紅,乇韶春.汽車車身逆向設(shè)計(jì)法的研究-J3.沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2004,26(6:616618.胡宏敏.汽車車身計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法的研究EJ.汽車技術(shù),1990,(7:1622.游險(xiǎn)峰,陳蕾.現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)中建立數(shù)學(xué)模型的方法及其應(yīng)用EJ3.專用汽車,2000,(3:2830.閻華,林巨廣,蔡樹煌,等.汽車覆蓋件逆向工程中的若干關(guān)鍵技術(shù)探討-J3.模具技術(shù),2001,(2:47.栗傘慶,王宏,張英杰,等.實(shí)物反求工程的關(guān)鍵技術(shù)分析EJ3.機(jī)械設(shè)計(jì),1999,(6:46. (責(zé)任編輯張淑艷 逆向工程技術(shù)在某白車身開發(fā)中的應(yīng)用作者:王大鵬, 雷學(xué)明, WANG Da-peng, LEI Xue-m

11、ing作者單位:安徽江淮汽車股份有限公司,技術(shù)中心,安徽,合肥,230022刊名: 合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版英文刊名:JOURNAL OF HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY(NATURAL SCIENCE年,卷(期:2009,32(z1被引用次數(shù):0次參考文獻(xiàn)(8條1.郭竹亭汽車車身設(shè)計(jì) 19952.張小虞.葉平汽車工程手冊(設(shè)計(jì)篇 20013.劉浩.程培元.杜華平逆向工程設(shè)計(jì)期刊論文-汽車科技 2002(064.李書生.徐萬紅.王韶春汽車車身逆向設(shè)計(jì)法的研究期刊論文-沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 2004(065.胡宏敏汽車車身計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法的研究 1990(076.

12、游險(xiǎn)峰.陳蕾現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)中建立數(shù)學(xué)模型的方法及其應(yīng)用 2000(037.閻華.林巨廣.蔡樹煌汽車覆蓋件逆向工程中的若干關(guān)鍵技術(shù)探討期刊論文-模具技術(shù) 2001(028.栗全慶.王宏.張英杰實(shí)物反求工程的關(guān)鍵技術(shù)分析期刊論文-機(jī)械設(shè)計(jì) 1999(06相似文獻(xiàn)(5條1.學(xué)位論文來新民轎車白車身制造尺寸偏差控制關(guān)鍵技術(shù)研究1999轎車白車身通常由四百多個(gè)沖壓件經(jīng)過上百個(gè)焊裝夾具裝配而成,沖壓件偏差、夾具定位偏差、零部件干涉及熱變形等因素在裝配過程中的傳播耦合構(gòu)成車身制造綜合偏差,車身綜合制造偏差的大小直接影響到風(fēng)噪聲、密封性、車門關(guān)門效果、行駛平順性,其制造質(zhì)量在相當(dāng)大的程度上確定了整車質(zhì)量.因而轎

13、車白車身制造質(zhì)量控制成為學(xué)術(shù)界和汽車制造業(yè)的研究熱點(diǎn)之一.該文針對車身制造過程中諸如沖壓件成形過程仿真、車身功能建模、模具及零件的檢測規(guī)劃方法、裝配過程中的零部件匹配、夾具故障診斷等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了廣泛研究,其主要研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:1.曲面數(shù)字化采樣規(guī)劃:在基于曲率測度的曲面采樣規(guī)劃算法基礎(chǔ)上,提出面向多面體逼近的曲面最佳采樣和面向三次樣條擬合的曲面采樣方法,該算法可實(shí)現(xiàn)從隨機(jī)網(wǎng)格生成矩形拓?fù)渚W(wǎng)格.它不僅可應(yīng)用于零件和模具的檢測采樣,而且可以應(yīng)用于薄板沖壓成形分析中的單元剖分.2.車身的三維建模及裝配過程中的曲面匹配:針對車身覆蓋件逆向工程的要求,提出基于最佳采樣規(guī)劃的云圖數(shù)據(jù)自適應(yīng)壓縮

14、方法,實(shí)現(xiàn)了NURBS曲面的精確重構(gòu).在此基礎(chǔ)上,提出虛擬螺釘車身的概念,通過計(jì)算機(jī)虛擬 匹配實(shí)現(xiàn)車身的功能建模.針對車身裝配過程中的匹配要求,借助逆向工程方法構(gòu)造相關(guān)零件的CAD模型,提出曲面匹配的多目標(biāo)優(yōu)化方法,實(shí)現(xiàn)了桑塔納轎車尾燈的匹配優(yōu)化.3.沖 壓成形計(jì)算機(jī)仿真:以LS-Dyna3D、CATIA、HyperMesh等軟件為平臺(tái),開發(fā)出車身覆蓋件沖 壓成形系統(tǒng).基于該系統(tǒng)成功地實(shí)現(xiàn)了"桑塔那2000型"轎車副車架沖壓成形過程制造缺陷的預(yù)測,并提出了沖壓件選材準(zhǔn)則.4.車身裝配偏差流理論:結(jié)合柔性沖壓件焊裝特點(diǎn),提出偏差流庫和偏差流檢測站的概念,豐富了偏差流理論,提出

15、了基于偏差流理論的控制策略和貫穿設(shè)計(jì)制造全過程的體系框架.5.車身制造偏差的檢測、診斷及預(yù)測:為有效地減少車身制造殘次品率、降低返修費(fèi)用,提出了基于車身尺寸數(shù)據(jù)分析的制造缺陷檢測算法,引入基于ARIMA模型的制造過程預(yù)測方法.針對車身焊裝的定位夾具,提出了夾具失效模式的構(gòu) 造方法,研究了夾具的失效診斷的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程并進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真.在上述工作基礎(chǔ)上,開發(fā)了沖焊件制造過程監(jiān)控、預(yù)測與診斷系統(tǒng),并成功地應(yīng)用到桑塔納轎車車身裝配和副車架制造過程中.2.期刊論文王青春.范子杰.陳宗渝.孫制宇.朱西產(chǎn)微型客車白車身碰撞特性的試驗(yàn)研究-汽車技術(shù)2003,""(3為研究某微型客車的正面

16、碰撞性能,驗(yàn)證通過"逆向工程法"所建立的白車身正面碰撞仿真模型,進(jìn)行了白車身的正面碰撞試驗(yàn).詳細(xì)敘述了試驗(yàn)的準(zhǔn)備、試驗(yàn)方法和結(jié)果.所得到的白車身加速度以及沖擊力時(shí)間歷程曲線等試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以用來驗(yàn)證白車身有限元碰撞模型.3.學(xué)位論文李緒武汽車鈑金件逆向工程中數(shù)據(jù)分層處理技術(shù)研究及應(yīng)用2009逆向工程技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)測量技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一門新興學(xué)科技術(shù)。也是將汽車模型等實(shí)物模型數(shù)字化的重要方法,通過逆向工程建立汽車車身的數(shù)字模型,可方便地應(yīng)用于車身設(shè)計(jì),車身剛度分析,車身覆蓋件模具制造等方面,它的出現(xiàn),改變了原來CAD系統(tǒng)中從圖紙到實(shí)物的設(shè)計(jì)模式,為產(chǎn)品的迅速

17、開發(fā)以及快速原型化設(shè)計(jì)提供了一條新的途徑。樣件的三維數(shù)據(jù)獲取是逆向工程的第一步,從以知的采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)出發(fā),實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面的建模、改進(jìn)、制造。隨著測量設(shè)備的數(shù)字化,自動(dòng)化,精度程度的不斷提高,模型的測量數(shù)據(jù)呈快速增長趨勢。目前一般的激光測量設(shè)備可以從產(chǎn)品表面輕易獲取數(shù)十萬甚至幾百萬的測量數(shù)據(jù)。如此大量的測量數(shù)據(jù)不僅加大了系統(tǒng)的負(fù)荷,而且大大降低了后續(xù)處理的效率。因此在抽象建模之前,對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理顯得尤其重要。為了獲得理想的點(diǎn)云數(shù)據(jù),以及光順、精確的反求曲面,將大量層疊的鈑金件點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為曲面會(huì)消耗大量的時(shí)間,產(chǎn)生比較大的形狀誤差,還必須要有專業(yè)的建摸技術(shù)人員來構(gòu)建,而且分層的點(diǎn)云數(shù)據(jù)不能夠用

18、來快速成型產(chǎn)品。本文在全面分析國內(nèi)外逆向工程領(lǐng)域研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,對反求數(shù)據(jù)處理中的優(yōu)化問題進(jìn)行了研究,把逆向工程CAD建模中數(shù)據(jù)處理作為研究重點(diǎn)。具體內(nèi)容如下:提出并系統(tǒng)研究了一種新的模型構(gòu)建的有效切片方法,這種方法能夠?qū)⑦@些分層的點(diǎn)云沿同一個(gè)方向切片,由這些切片出的點(diǎn)云來建立多邊形曲線,這樣就減小了人工處理所帶來的形狀誤差,而且這個(gè)分割曲線可以用來直接進(jìn)行快速成型產(chǎn)品的加工。該方法直接對點(diǎn)云進(jìn)行操作,不需要重建曲面網(wǎng)格,因此誤差較最后，將本文研究的數(shù)據(jù)分層處理技術(shù)應(yīng)用于汽車鈑金零部件產(chǎn)品，對一款 汽車白車身以及摩托車覆蓋件進(jìn)行了分層處理。并且將處理后構(gòu)建的模型進(jìn)行檢 測，證明該方法的有效性

19、。處理后的數(shù)據(jù)滿足了企業(yè)的設(shè)計(jì)需求，為企業(yè)節(jié)約了 制造成本，并提高了模具的制造效率。 關(guān)鍵詞：逆向工程，分層點(diǎn)云，鈑金件，數(shù)據(jù)處理 4.期刊論文 王青春.范子杰.陳宗渝 微型客車白車身碰撞特性的模擬計(jì)算 -汽車技術(shù)2003,""(4 利用逆向工程法對某微型客車白車身碰撞吸能特性進(jìn)行了建模和模擬計(jì)算,詳細(xì)講述了幾何建模和有限元建模及計(jì)算的方法,將計(jì)算結(jié)果與白車身碰 撞試驗(yàn)所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析比較.在幾何建模以及有限元建模中,對結(jié)構(gòu)是否簡化、刪除以及有限元單元?jiǎng)澐执笮〉冗M(jìn)行了有限元模擬驗(yàn)算.整個(gè)碰撞 模型的模擬計(jì)算結(jié)果與所進(jìn)行的碰撞試驗(yàn)結(jié)果基本吻合,證明所采用的建模和計(jì)算方法

20、基本正確.這些方法對企業(yè)改善產(chǎn)品性能或開發(fā)新產(chǎn)品有重要的參 考價(jià)值. 5.學(xué)位論文 李敏蘭 基于點(diǎn)云成型的車身虛擬裝配偏差分析 2006 功能性評(píng)估(Functional Evaluation，簡稱FE），是一個(gè)反復(fù)分析和決定的過程，它根據(jù)功能需求，通過工程過程來調(diào)整工程技術(shù)規(guī)范。汽車白車 身功能性評(píng)估是用生產(chǎn)的工裝樣件，在檢具和夾具上拼裝分總成和整車，以尺寸公差系統(tǒng)為原則，以圖紙、技術(shù)文件的要求（包括基準(zhǔn)，公差，測點(diǎn) ，工藝等信息）為基本標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)證先期尺寸工程工作內(nèi)容和最終產(chǎn)品尺寸可接受性的過程。但是目前各汽車制造企業(yè)中的現(xiàn)場功能性評(píng)估工作勞動(dòng)強(qiáng)度 大、評(píng)估的周期長、對現(xiàn)場環(huán)境要求苛刻、人工拼裝和檢具夾具的使用使出現(xiàn)的問題復(fù)雜化、占用現(xiàn)場場地等等，都是亟需解決的問題。本文提出了實(shí) 現(xiàn)虛擬功能性評(píng)估的可行性方法，這是一個(gè)綜合了逆向工程、裝配公差分析等方法的虛擬過程。應(yīng)用目前發(fā)展較為成熟的掃描技術(shù)于車身試產(chǎn)零件，可 以得到非常精確的反映真實(shí)零件狀態(tài)的掃描點(diǎn)云。反求過程中，綜合考慮零件拼裝時(shí)的受力情況，其表面的大部分加強(qiáng)筋和其他附屬物品可以簡化不必 成型；用于虛擬功能型評(píng)估中的零件反求曲面質(zhì)量，不追求其曲面曲率變化連續(xù)或者更高階數(shù)連續(xù)，只要不引起在后續(xù)有限元