汽車前大燈設(shè)計(jì).docx

1、）氣車前大燈設(shè)計(jì)摘要車燈是汽車關(guān)鍵部件之一，它不僅對(duì)汽車的外觀有畫龍點(diǎn)睛的作用，而且直接影響行車的舒適性和安全性。車燈既是汽車的功能件，又是其外觀件，一輛車的車燈就像人的眼睛，能傳遞它的精神和內(nèi)涵，也是整車設(shè)計(jì)的點(diǎn)睛之筆，能體現(xiàn)汽車的品味，其造型設(shè)計(jì)的意義就在于彰顯汽車的氣質(zhì)。隨著汽車制造技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，作為汽車主要的照明和信號(hào)裝置的汽車車燈技術(shù)不斷更新。在汽車車燈新產(chǎn)品的研究開發(fā)過程中，逆向工程技術(shù)和思想越來越受到重視。車燈產(chǎn)品的造型大致可以分為數(shù)據(jù)測(cè)量、三維建模和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三個(gè)階段。關(guān)鍵詞：汽車車燈；逆向工程；CAD建模；造。所以作為逆向工程的第一步，如何高效、高精度的獲得實(shí)物表面數(shù)據(jù)

2、成為了逆向工程實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)之一?，F(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集方法主要分為三大類：接觸式測(cè)量、非接觸式測(cè)量和逐層測(cè)量技術(shù)。（2）數(shù)據(jù)處理技術(shù)：CAD模型重建之前應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，目的是獲得完整準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)以方便以后的造型工作。其主要的處理工作包括數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)平滑及過濾、數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)、數(shù)據(jù)分割、多次測(cè)量數(shù)據(jù)及圖像的數(shù)據(jù)定位對(duì)齊和對(duì)稱零件的對(duì)稱基準(zhǔn)重建。（3）曲面重建技術(shù)：根據(jù)曲面的數(shù)據(jù)采集信息來恢復(fù)原始曲面的幾何模型，稱為曲面重構(gòu)。根據(jù)曲面重構(gòu)方法的不同，可以分為：函數(shù)曲面擬合法、矩形域參數(shù)曲面擬合法、三角曲面擬合法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合法。（4）模型分析和評(píng)價(jià)技術(shù)。模型的分析主要指的是對(duì)模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)工程

3、分析，包括有限元分析、注塑分析和運(yùn)動(dòng)模擬。模型的評(píng)價(jià)主要指的是對(duì)模型的精度進(jìn)行評(píng)價(jià)，一般來說是在造型的數(shù)據(jù)上取一個(gè)參考點(diǎn)，以參考點(diǎn)到評(píng)價(jià)曲面的偏差為目標(biāo)函數(shù)，對(duì)模型的精度進(jìn)行評(píng)價(jià)。逆向工程的一個(gè)很重要的特點(diǎn)就是進(jìn)行模型的評(píng)價(jià)，我們實(shí)際制造中生產(chǎn)的產(chǎn)品到底是不是能符合設(shè)計(jì)的要求，這全靠最后的模型檢測(cè)和評(píng)價(jià)。（5）集成的逆向工程技術(shù)。重建實(shí)物的CAD模型的目的是為后續(xù)應(yīng)用提供幾何支持，逆向工程技術(shù)往往和其他先進(jìn)制造技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造，如80年代初發(fā)展起來的快速原型制造技術(shù)、基于數(shù)字及網(wǎng)絡(luò)的快速模具設(shè)計(jì)及制造技術(shù)等。由于逆向工程技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量（CAT）、輔助設(shè)計(jì)（CAD）、輔助制

4、造（CAM）以及計(jì)算機(jī)輔助工程分析（CAE）密切相關(guān)，因此其成功應(yīng)用的關(guān)鍵不僅僅在于各計(jì)算機(jī)輔助子模塊和系統(tǒng)是否能較好地獨(dú)立完成各項(xiàng)工作，很大程度上還取決于各個(gè)子模塊和系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)集成程度?？梢哉f逆向工程是CAT/CAD/CAM/CAE等先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)集成應(yīng)用的一個(gè)典型例子。4逆向工程技術(shù)及應(yīng)用4.1數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集即實(shí)物數(shù)字化，是通過特定的測(cè)量設(shè)備和方法獲取模型表面離散點(diǎn)的幾何坐標(biāo)數(shù)據(jù)，又稱點(diǎn)云(PointCloud)數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行復(fù)雜曲面的建模、評(píng)價(jià)、改進(jìn)和制造。測(cè)量得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)正確與否，直接關(guān)系到最后的CAD模型的精度及最終產(chǎn)品能否符合要求。因此，高效、高精度地實(shí)現(xiàn)實(shí)物表

5、面的數(shù)據(jù)采集，是逆向工程的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)之一。目前數(shù)據(jù)的測(cè)量方法有很多種，而不同的測(cè)量方法也決定了測(cè)量的精度。按照數(shù)據(jù)的獲取方式劃分，主要有接觸式和非接觸式兩種。在接觸測(cè)量和非接觸測(cè)量中，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)是廣泛采用的一種測(cè)量設(shè)備。接觸式數(shù)據(jù)采集方法接觸式數(shù)據(jù)采集方法中應(yīng)用最廣的是三坐標(biāo)測(cè)量法。傳統(tǒng)的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CoordinateMeasuringMachine,CMM)是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種新型精密測(cè)量?jī)x器。由于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)具有對(duì)連續(xù)曲面進(jìn)行掃描來制備數(shù)控加工程序的功能，因此一開始就被選作逆向工程的主要數(shù)字化設(shè)備，并一直使用至今。其測(cè)量原理是：將被測(cè)物體置于三坐標(biāo)機(jī)的測(cè)量空

6、間，可獲得被測(cè)物體上各測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)位置，根據(jù)這些點(diǎn)的空間坐標(biāo)值，經(jīng)計(jì)算可求出被測(cè)的幾何尺寸、形狀和位置。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)具有精度高、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，但測(cè)量速度慢，對(duì)微細(xì)部分的測(cè)量受限制，測(cè)量前后需做半徑補(bǔ)償，適用于精密測(cè)量。目前，美國(guó)Sheffield公司、英國(guó)雷尼紹(Rcnishaw)公司、意大利DEA公司、德國(guó)Zcss公司等公司的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)應(yīng)用范圍較廣。接觸式測(cè)量方法的技術(shù)比較成熟，突出的優(yōu)點(diǎn)是可以達(dá)到很高的測(cè)量精度(±0.5Wn),對(duì)樣件的材質(zhì)、色澤無(wú)特殊要求，特別適合于產(chǎn)品的誤差檢測(cè)，還可以人工對(duì)樣件進(jìn)行測(cè)量規(guī)劃以減小數(shù)據(jù)處理的難度和工作量。缺點(diǎn)是測(cè)量效率低，不適合于測(cè)量具有復(fù)雜

7、內(nèi)部型腔、特征幾何尺寸少及特征曲面較多的樣件模型，也不適合于復(fù)雜外形產(chǎn)品大規(guī)模數(shù)據(jù)采集。一般垂直向下使用，與被測(cè)表面有摩擦、磨損以及彈性變形，不能測(cè)量柔性和極薄物體，且需要進(jìn)行測(cè)頭半徑補(bǔ)償。非接觸式數(shù)據(jù)采集方法非接觸式數(shù)據(jù)采集方法主要運(yùn)用光學(xué)原理進(jìn)行數(shù)據(jù)的采樣，例如激光三角形法、結(jié)構(gòu)光法、圖像分析法等。也有核磁共振法、超聲波測(cè)量法等非光學(xué)式數(shù)據(jù)采集方法。(1) 激光三角形法(LaserTriangulationMethods)激光三角形法是目前最成熟，也是應(yīng)用最廣泛的一種方法。其基本原理為：激光二極管所發(fā)出的激光，經(jīng)過透鏡聚焦投射到樣件表面，被表面反射或漫射，反射或漫射的激光通過收集透鏡聚焦，

8、光斑按照一定的三角關(guān)系成像于光電檢測(cè)器件的不同位置，從而探測(cè)出被測(cè)表面的位置。激光三角形法的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量速度快、精度高，探針不與樣件接觸，因此既能測(cè)量硬質(zhì)工件，也能測(cè)量柔軟工件。其缺點(diǎn)是對(duì)被測(cè)表面的粗糙度、漫反射率和傾角過于敏感，限制了測(cè)頭的使用范圍。(2) 結(jié)構(gòu)光法(StructureLightMethods)將一定模式的光照射到被測(cè)樣件的表面，然后攝得反射光的圖像，通過對(duì)比不同模式之間的差別來獲取樣件表面點(diǎn)的位置。這種方法中最典型的是ShadowMoire干涉條紋法。其優(yōu)點(diǎn)是不需要坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等精密設(shè)備，造價(jià)比較低，便攜性好，但精度較低，操作復(fù)雜。(3) 圖像分析法(ImageAnalysis

9、Methods)與結(jié)構(gòu)光方法的區(qū)別在于它不采用投影模板，而是通過匹配確定物體從一點(diǎn)在兩幅圖像中的位置，由視差計(jì)算距離。由于匹配精度的影響，圖像分析法對(duì)形狀的描述主要是形狀上的特征點(diǎn)、邊界線與特征描述物體的形狀，故較難精確描述復(fù)雜曲面的三維形狀。(4) 工業(yè)CT法(IndustrialComputedTomography)工業(yè)CT法以測(cè)量物體對(duì)X射線的衰減系數(shù)為基礎(chǔ)，用數(shù)學(xué)方法經(jīng)計(jì)算機(jī)處理而重建斷層圖像。因此適合于測(cè)量復(fù)雜的內(nèi)部幾何形狀，利用它可直接獲取物體的截面數(shù)據(jù)，正好與快速造型方法匹配。這種方法是目前最先進(jìn)的非接觸測(cè)量方法，它可以對(duì)物體的內(nèi)部形狀、壁厚尤其是內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量，但是它的空間分

10、辨率低，重建圖像計(jì)算量大，造價(jià)高。(5) 核磁共振法(MagneticResonanceImaging)和CT一樣可以提供物體的斷層影像。不同于己有的成像術(shù)，它能深入物體內(nèi)部而不破壞物體。但其造價(jià)高，空間分辨率不及CT,且目前對(duì)非生物材料不適用。(6) 超聲波測(cè)量法(UltrasonicMethods)其原理是當(dāng)超聲波脈沖到達(dá)被測(cè)物體時(shí)，在物體和空氣兩種介質(zhì)分界面會(huì)發(fā)生回波反射，通過測(cè)量回波與零點(diǎn)脈沖的時(shí)間間隔計(jì)算出被測(cè)點(diǎn)與冬點(diǎn)的距離。這種方法相對(duì)于CT和MRI而言，成本低、量程大，但速度慢、精度低且不穩(wěn)定。以上方法都有各自的特點(diǎn)、原理和應(yīng)用范圍，在實(shí)際測(cè)量中，測(cè)量方法的選用需根據(jù)被測(cè)物體的形

11、狀特征和應(yīng)用目的決定。在未來的發(fā)展趨勢(shì)中，非接觸式測(cè)量將越來越占據(jù)主要地位，但三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在精度方面仍具有優(yōu)勢(shì)。對(duì)一些具有特殊的數(shù)字化要求的實(shí)物(如內(nèi)部結(jié)構(gòu))，基于CT和MRT的測(cè)量依然是一種不可替代的測(cè)量手段?？梢哉f，迄今為止還沒有一種完全適合于逆向技術(shù)的快速、精確的全能測(cè)量方法。4.2數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理是逆向工程的一項(xiàng)重要的技術(shù)環(huán)節(jié)，它決定了后續(xù)CAD模型重建過程能否方便、準(zhǔn)確地進(jìn)行。數(shù)據(jù)處理工作主要包括：測(cè)量數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換、變形處理、多視拼合、噪聲去除、數(shù)據(jù)插補(bǔ)、數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)和數(shù)據(jù)分割等。測(cè)量數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換每個(gè)CAD/CAM系統(tǒng)都有自己的數(shù)據(jù)格式，目前流行的CAD/CAM軟件的產(chǎn)品數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和格式

12、各不相同，不僅影響了設(shè)計(jì)和制造之間的數(shù)據(jù)傳輸和程序銜接，而且直接影響了CMM與CAD/CAM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊。為了解決上述問題，目前已制定了幾個(gè)主要數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，如IGES格式、STEP格式以及AutoCAD的DXF圖形數(shù)據(jù)交互文件等。由于CMM的數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單，通過IGES格式轉(zhuǎn)換比較簡(jiǎn)便，并且?guī)缀跛袊?guó)際上知名的CAD系統(tǒng)都配置了IGES接口，因此，在CMM和CAD/CAM系統(tǒng)之間以IGES格式傳輸數(shù)據(jù)就成為標(biāo)準(zhǔn)的選擇和配置。變形處理許多產(chǎn)品，尤其是塑料制品，在拆下后存在著相當(dāng)嚴(yán)重的外觀變形，并且在測(cè)量裝夾時(shí)很難完全將變形消除，結(jié)果使得測(cè)量數(shù)據(jù)無(wú)法正確反映產(chǎn)品的實(shí)際形狀。因此，必須將變形樣件的測(cè)量

13、數(shù)據(jù)進(jìn)行“糾正”，使其“恢復(fù)”到?jīng)]有變形時(shí)的狀態(tài)，才能確保逆向造型結(jié)果是可靠的和有效的。常見的基本變形類型有三種，即伸縮、扭轉(zhuǎn)和彎曲，如圖4.1所示。產(chǎn)品的復(fù)雜變形一般可以看作是這三種基本變形的組合。（a）拉伸（b）扭轉(zhuǎn)（c）彎曲圖4.1常見的變形類型為預(yù)防產(chǎn)品的變形所有零部件應(yīng)盡可能在裝配狀態(tài)下測(cè)量，在裝配狀態(tài)下無(wú)法測(cè)量的部分可分兩種情況處理：一是零件之間互相遮擋的部分，可采取逐層拆卸逐層測(cè)量的方法進(jìn)行。二是零件的背面，應(yīng)采用重定位的方法進(jìn)行。在拆卸任何零件之前均應(yīng)測(cè)量其重定位基準(zhǔn)，并注意在拆卸過程中盡可能保證產(chǎn)品上的所有零件不發(fā)生變形。在各種測(cè)量誤差中，以產(chǎn)品變形引導(dǎo)致的誤差最大，也最難解

14、決。變形矯正的方式有兩種：一是矯正產(chǎn)品的裝夾?？梢岳萌鴺?biāo)測(cè)量檢驗(yàn)產(chǎn)品是否在裝夾過程中發(fā)生變形，并對(duì)裝夾進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。對(duì)重要的產(chǎn)品甚至可以制作專用的測(cè)量裝夾工具，以消除產(chǎn)品的變形。二是利用軟件對(duì)產(chǎn)品的三坐標(biāo)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行“反變形”，從而抵消產(chǎn)品的變形。不過，采用軟件進(jìn)行反變形操作的前提是根據(jù)三坐標(biāo)測(cè)量數(shù)據(jù)，正確地判斷產(chǎn)品變形的類型、范圍和大小，并制訂出正確的反變形方案。否則，不僅難以消除原有的變形，還會(huì)帶來新的變形。因此，該操作需要測(cè)量人員有較高的分析能力和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在實(shí)際工程中，要測(cè)量的范圍經(jīng)常是被測(cè)件的全部輪廓，即整體外形和內(nèi)部形腔（若有）。對(duì)于接觸式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，由于產(chǎn)品尺寸超出

15、測(cè)量機(jī)的行程，以及部分區(qū)域測(cè)量探頭受被測(cè)實(shí)物兒何形狀的干涉阻礙，這時(shí)就需要在不同的定位狀態(tài)（即不同的坐標(biāo)系）下測(cè)量產(chǎn)品的各個(gè)部分，得到的數(shù)據(jù)為多次測(cè)量數(shù)據(jù)。對(duì)于激光掃描測(cè)量，需要從不同的角度對(duì)樣件的各個(gè)面，以及樣件局部進(jìn)行放大掃描，得到的數(shù)據(jù)也是多次測(cè)量數(shù)據(jù)。在這兩種情況下，產(chǎn)品的數(shù)字化不能在同一坐標(biāo)系下完成，而在模型重建的時(shí)候乂必須將這些不同坐標(biāo)下的數(shù)據(jù)統(tǒng)一到一個(gè)坐標(biāo)系里，這個(gè)數(shù)據(jù)處理過程就是多視拼合。多視拼合有兩種方法，一是對(duì)點(diǎn)進(jìn)行處理，即直接對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行拼合，再重構(gòu)出原型；二是對(duì)各數(shù)據(jù)點(diǎn)云局部構(gòu)造幾何形體，然后拼合形體。由于各數(shù)據(jù)點(diǎn)的集合特征不一致，第二種方法帶來的兒何形體之間的布爾運(yùn)算將

16、涉及到許多CAD中曲而的拼接、求交、拓延和過渡等目前尚未解決或解決不甚圓滿的難題?；邳c(diǎn)拼合的最大優(yōu)點(diǎn)是能對(duì)物體所求得的各個(gè)面有總體把握，能獲得拓?fù)渖弦恢碌臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，所以比較常用。許多產(chǎn)品是幾何對(duì)稱的，如汽車、摩托車等。對(duì)稱產(chǎn)品的測(cè)量和造型都只需要完成對(duì)稱面的一側(cè)就行，另一側(cè)則可通過鏡像操作生成。所以，對(duì)稱產(chǎn)品測(cè)量數(shù)據(jù)處理的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)就是要根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)精確地找到產(chǎn)品的對(duì)稱面，稱為對(duì)稱基準(zhǔn)重建。一般情況下可以通過不斷變換坐標(biāo)系的位置和角度來完成對(duì)稱基準(zhǔn)的重建。季勁松等人設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了專用的軟件工具箱，可快速有效地完成基準(zhǔn)重建，同時(shí)在實(shí)現(xiàn)過程中有效地控制了誤差的積累，保證了重建質(zhì)量。在數(shù)據(jù)采集過程中

17、，由于受測(cè)量設(shè)備的精度、掃描速度、操作者的經(jīng)驗(yàn)和被測(cè)零件表面質(zhì)量等諸多因素的影響，難免采集到一些噪聲點(diǎn)、壞點(diǎn)，這些點(diǎn)都要在模型建立之前進(jìn)行剔除。判斷噪聲點(diǎn)的方法有：（1）直觀檢查法。通過圖形終端，用肉眼直接將與掃描線數(shù)據(jù)偏離較大的點(diǎn)或存在于屏幕上的孤點(diǎn)剔除。這種方法適合于數(shù)據(jù)的初步檢查，可從數(shù)據(jù)點(diǎn)集中篩選出一些偏差較大的異常點(diǎn)，如圖4.2所示。圖4.2直觀檢查法剔除噪聲點(diǎn)（2）曲線檢查法。通過掃描數(shù)據(jù)的首尾點(diǎn)，用最小二乘法擬合得到一條擬合曲線。曲線的階次可根據(jù)曲面截面的形狀確定，通常為34階。然后分別計(jì)算中間數(shù)據(jù)點(diǎn)到樣條曲線的距離，如果"|N|£。|,其中|£。|

18、為給定的誤差,則認(rèn)為是噪聲點(diǎn)，應(yīng)以剔除，如圖4.3所示。圖4.3曲線檢查法（設(shè)定的|£。|二0.5）（3）弦高公差法。連接檢查點(diǎn)的前后兩點(diǎn)，計(jì)算Pi到弦的距離，同樣如果IeI£。I,其中I£。I為給定的誤差，則認(rèn)為Pi是壞點(diǎn)，應(yīng)以剔除。這種方法使用于測(cè)量點(diǎn)均布且點(diǎn)較密集的場(chǎng)合，特別是在曲率變化較大的位置，如圖4.4所示。圖4.4弦高公差法由于被測(cè)模型本身的幾何拓?fù)湓蚧蛞蛘趽跣?yīng)、破損等原因，會(huì)存在部分表而無(wú)法測(cè)量、采集的數(shù)字化模型存在數(shù)據(jù)缺損的現(xiàn)象，如深孔類零件或內(nèi)部尖角處就無(wú)法測(cè)全；又如在測(cè)量過程中，常需要一定的支撐或夾具，模型與夾具接觸的部分就無(wú)法獲得真實(shí)的

19、數(shù)據(jù)；再如用于數(shù)據(jù)拼合的固定球和標(biāo)簽處的數(shù)據(jù)也無(wú)法測(cè)量，因而需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)缺。目前應(yīng)用于逆向工程的數(shù)據(jù)插補(bǔ)方法或技術(shù)主要有實(shí)物填充法、造型設(shè)計(jì)法和曲線、曲面插值補(bǔ)充法。(1) 實(shí)物填充法。在實(shí)踐中通常用生石膏加水后將孔或糟的缺口補(bǔ)好，要求填充表面盡量光滑、與周圍區(qū)域光滑連接。石膏在短時(shí)間內(nèi)固化，待其表面較硬時(shí)就可以開始測(cè)量。測(cè)量完畢后，將填充物去除，再測(cè)出孔或槽的邊界，用來確定裁剪邊界。失誤填充法雖然原始，但不失為一種簡(jiǎn)單方便而又行之有效的方法。(2) 造型設(shè)計(jì)法。在實(shí)際中，如果實(shí)物中的缺口區(qū)域難以用實(shí)物填充，可以在模型重建過程中運(yùn)用CAD軟件或逆向工程軟件的曲面編輯功能，如延伸、連接和插入等

20、功能，根據(jù)實(shí)物外形曲面的幾何特征，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的曲面，再通過裁剪，離散出須插補(bǔ)的曲面，得到測(cè)量點(diǎn)。(3) 曲線、曲面插值補(bǔ)充法。曲線、曲面插值補(bǔ)充法主要用于插補(bǔ)面積不大，周圍數(shù)據(jù)信息完善的場(chǎng)合。其中曲線插補(bǔ)主要適用于具有規(guī)則數(shù)據(jù)點(diǎn)或采用截面掃描測(cè)量的曲面，而曲面插補(bǔ)既適用于規(guī)則數(shù)據(jù)點(diǎn)也適用于散亂點(diǎn)。無(wú)論是基于曲線還是曲面插補(bǔ)，兩種情況得到的數(shù)據(jù)點(diǎn)都需要在生成曲面后，根據(jù)曲面的光順和邊界情況反復(fù)調(diào)整，以達(dá)到最佳插補(bǔ)效果。運(yùn)用點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行造型處理的過程中，由于海量數(shù)據(jù)點(diǎn)的存在，使存儲(chǔ)和處理這些點(diǎn)云數(shù)據(jù)成了不可突破的瓶頸。實(shí)際上并不是所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)都對(duì)模型的重建起作用，因此，可以在保證一定的精度的前提下

21、減少數(shù)據(jù)量，對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行精簡(jiǎn)。不同類型的點(diǎn)云可采用不同的精簡(jiǎn)方式，散亂點(diǎn)云可通過隨機(jī)采樣的方法來精簡(jiǎn)；對(duì)于掃描線點(diǎn)云和多邊形點(diǎn)云可采用等距離縮減、倍率縮減、等量縮減、弦偏差等方法；網(wǎng)格化點(diǎn)云可采用等分布密度法和最小包圍區(qū)域法進(jìn)行數(shù)據(jù)縮減。對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分割，可將復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理問題簡(jiǎn)化，使后期的曲面局部修正變得方便零活，有利于提高精度。數(shù)據(jù)分割方法可以分為基于測(cè)量的分割和自動(dòng)分割兩種方法?；跍y(cè)量的分割方法是指在測(cè)量過程中，操作人員根據(jù)實(shí)物的外形特征，將外形曲面劃分為不同的子曲面并對(duì)曲面的輪廓、孑L、糟邊界、表面脊線等特征進(jìn)行標(biāo)記，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行測(cè)量路徑規(guī)劃，這樣不同的曲面特征數(shù)據(jù)將保存在不同

22、的文件中，輸入CAD軟件時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同數(shù)據(jù)類型的分層處理及顯示，為造型提供極大的方便。這種方法適合于曲面特征比較明顯的實(shí)物外形和接觸式測(cè)量。操作者的水平和經(jīng)驗(yàn)對(duì)結(jié)果將產(chǎn)生直接影響。目前常用的自動(dòng)分割方法有：M.Yang等1999年提出的基于參數(shù)二次曲面逼近、改進(jìn)的基于面的數(shù)據(jù)分割方法；HuangJianbing等2001年提出的針對(duì)無(wú)規(guī)則的3D數(shù)據(jù)點(diǎn)的自動(dòng)數(shù)據(jù)分割方法；用于CT數(shù)據(jù)的基于面得數(shù)據(jù)分割方法。4.3模型重構(gòu)在整個(gè)逆向工程中，產(chǎn)品的三維模型重建是最關(guān)鍵、最復(fù)雜的環(huán)節(jié)。因?yàn)橹挥蝎@得了產(chǎn)品的CAD模型我們才能夠在此基礎(chǔ)上進(jìn)行后續(xù)產(chǎn)品的加工制造、快速成型制造、虛擬仿真制造和進(jìn)行產(chǎn)品的再

23、設(shè)計(jì)等。因此，一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的造型人員，在模型重建之前，應(yīng)詳細(xì)了解模型的前期信息和后續(xù)應(yīng)用要求。前期信息包括實(shí)物樣件的幾何特征、數(shù)據(jù)特點(diǎn)等；后續(xù)應(yīng)用包括結(jié)構(gòu)分析、加工、制作模具、快速原型等，以選擇正確有效的造型方法、支撐軟件、模型精度和模型質(zhì)量。目前使用的造型方法主要有：基于曲線的模型重建技術(shù)，基于曲面的模型重建技術(shù)，基于特征的模型重建技術(shù)?；谇€的模型重構(gòu)技術(shù)曲線是構(gòu)建曲面的基礎(chǔ)，在逆向工程中，一種常用的模型重構(gòu)方法是：先將數(shù)據(jù)點(diǎn)通過插值或逼近擬合成樣條曲線（或參數(shù)曲線），再利用造型工具，如掃掠、N邊曲面、網(wǎng)格曲面、直紋面等完成曲面片造型，最后通過延伸、剪裁和過渡等曲面編輯，得到完整的曲面模型

24、。如圖4.5所示為基于曲線的模型重構(gòu)過程。變體模型曲面模型曲面片重建曲線擬合數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)采集下瀝應(yīng)用圖4.5基于曲線的模型重構(gòu)過程常用的基本曲線主要有Bezier曲線、B-Spline曲線和NURBS曲線這三種。Bezier曲線Bezier方法是一種以逼近為基礎(chǔ)的參數(shù)曲線。P.E.Bezier以這種方法為主，完成了一種曲線和曲面的設(shè)計(jì)系統(tǒng)UNISURF,并于1972年在法國(guó)雷諾汽車公司應(yīng)用。這使得設(shè)計(jì)師在計(jì)算機(jī)上運(yùn)用起來就像使用常規(guī)作圖工具設(shè)計(jì)一樣得心應(yīng)手。Bezier曲線是對(duì)控制多邊形的首尾兩個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行插值。通常使用的Bezier表達(dá)式也是使用Bernstein多項(xiàng)式來表示的，如下式所示。

25、o</<iS(小募7T"(J廣其中1).是bernstein多項(xiàng)式它構(gòu)成的是Bezier曲線的基函數(shù)；Pi(i=0,1,n)為Bezier曲線控制多邊形的n+1個(gè)控制點(diǎn)，且n表示的是Bezier曲線的階數(shù)。如圖4.6所示為三次Bezier曲線。圖4.6三次Bezier曲線Bezier曲線具有很多優(yōu)良特性，如對(duì)稱性、凸包性、幾何不變性等，用戶通過調(diào)整曲線的控制點(diǎn)便可以直觀的對(duì)Bezier曲線進(jìn)行修改。但有兩點(diǎn)不足：一是Bezier曲線或曲面不能作局部修改；二是Bezier曲線或曲面的拼接比較復(fù)雜。B-Spline曲線1972年，Gordon>Riesenfeld等人提

26、出了B-Spline方法，在保留Bezier方法全部?jī)?yōu)點(diǎn)的同時(shí)，克服了Bezier方法的不足。與Bezier曲線采用Bernstein多項(xiàng)式作為基函數(shù)不同，它采用樣條函數(shù)作為其基函數(shù)，這可以允許在保持曲線階數(shù)不變的情況下而使用更多數(shù)量的控制點(diǎn)來進(jìn)行曲線的構(gòu)建。樣條是分段連續(xù)的參數(shù)曲線，每段曲線以特定的參數(shù)值(稱為參數(shù)節(jié)點(diǎn))相連接。B樣條曲線方程可寫為：P()=£sNx()0</<1其中，di(i=0,1,n)為控制頂點(diǎn)，順序連接成的折線稱為B樣條控制多邊形。Ni,k(u)(i=0,bn)稱為k次規(guī)范B樣條基函數(shù)，而有冷蚩芒”B樣條曲線具有能描述復(fù)雜形狀的功能和局部性質(zhì)，是

27、最廣泛流行的形狀數(shù)學(xué)描述的方法之一，己成為關(guān)于工業(yè)產(chǎn)品兒何定義國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的有理B樣條方法的基礎(chǔ)。NURBS曲線B樣條曲線在表示與設(shè)計(jì)自由型曲線、曲面形狀時(shí)顯示了強(qiáng)大的威力，然而在表示與設(shè)計(jì)初等曲線、曲面時(shí)卻遇到了困難。因?yàn)锽樣條曲線不能精確表示除拋物線外的二次曲線，B樣條曲面不能精確表示除拋物面外的二次曲面，而只能給出近似的表示。為了找到與描述自由型曲線、曲面的B樣條方法既相統(tǒng)一，又能精確表示二次曲線弧與二次曲面的數(shù)學(xué)方法，提出了NURBS方法。NURBS是非均勻有理B樣條(Non-UniformRationalB-Spline)的簡(jiǎn)稱。NURBS曲線是由分段有理B樣條多項(xiàng)式基函數(shù)來定義的：/&

28、gt;()=0</<1力C()A-0其中：3i(i=0,1,n)是控制頂點(diǎn)的權(quán)重系數(shù)，Ni,k(u)是k次規(guī)范B樣條基函數(shù)，P是控制頂點(diǎn)?；谇娴哪Ｐ椭貥?gòu)技術(shù)上面研究的基于曲線的模型重構(gòu)技術(shù)僅適合處理數(shù)據(jù)量不大而且數(shù)據(jù)呈有序排列的情況。而基于曲面的模型重構(gòu)技術(shù)既可以處理有序點(diǎn)，也能處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)(散亂點(diǎn))。基于曲面的模型重構(gòu)技術(shù)直接對(duì)測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲面片擬合，獲得曲面片經(jīng)過過渡、混合、連接形成最終的曲面模型，其過程如圖4.7所示。»»»模型汗價(jià)圖4.7基于曲面的模型重構(gòu)過程目前比較常用的曲面重構(gòu)方法有以下幾種：利用三角Bernstein-Bezier曲

29、面模型方法來進(jìn)行曲面重構(gòu)，利用B-Spline方法來進(jìn)行曲面重構(gòu)，用NURBS方法來進(jìn)行曲面重構(gòu)等?；贐ezier曲線的討論，我們可以方便地給出Bezier曲面的定義和性質(zhì)。Bezier曲線的一些算法也可以很容易地?cái)U(kuò)展到Bezier曲面的情況。Pi,j(i二0,1,n；j=0,1,m)為(n+1)X(m+1)個(gè)空間點(diǎn)列，則mXn次張量積形式的Bezier曲線為：W，少=££乙")%.人，).ve0.1AO其中是”(")=C"'(I-")，S('')*"(j)'是Bernstein基函數(shù)。依次

30、用線段連接點(diǎn)列Pi,j(i=0,1,n；j=0,1,-in)中相鄰兩點(diǎn)所形成的空間網(wǎng)格稱之為特征網(wǎng)格。在一般實(shí)際應(yīng)用中，m,n不大于4,且與Bezier曲線控制點(diǎn)修改的全局性相同，通過Bezier曲面控制網(wǎng)格頂點(diǎn)的移動(dòng)將該網(wǎng)格定義的曲面整體形狀產(chǎn)生影響。AbstractLightisakeypartofautomobile,itnotonlyhastheeffectthatmakethefinishingpointtotheappearanceofthecar,anddirectlyaffectthedrivingcomfortandsafety.Lightisboththefunctiono

31、fautopartsanditsappearance,acar'sheadlightslikepeople'seyes,itcanbedeliveredthespiritandconnotation,alsoisthenodseyeballpenofvehicledesign,canreflectthetastesofthecar,thesignificanceofitsmodellingdesignistoshowthetemperamentofthecar.Withthecontinuousdevelopmentofautomobilemanufacturingtechno

32、logyandprogress,asthemainautolightingandsignaldeviceofcarheadlightstechnologyconstantlyupdated.Incarheadlightsintheprocessofresearchanddevelopmentofnewproductsandreverseengineeringtechnologyandthethoughtismoreandmorealtenlion.Lampproductmodellingcanberoughlydividedintodatameasurement,3dmodelingandst

33、ructuredesignofthreestages.KeyWords:Autolamp;Reverseengineering;CADmodeling;三角曲面又叫三邊曲面，其特點(diǎn)是首先自動(dòng)生成三角形網(wǎng)格，然后提取曲面特征，根據(jù)提取結(jié)果精化三伯形網(wǎng)格，最后構(gòu)造三/fjBezier曲面，保證曲面片之間G1光滑連接此種方法最適合表現(xiàn)無(wú)規(guī)則復(fù)雜型面的物體，特別是人面、地貌等日然物體以及玩具等產(chǎn)品，具有構(gòu)造靈活、適應(yīng)性好的特點(diǎn)，因而在數(shù)據(jù)為散亂點(diǎn)類的曲面擬合中能有效應(yīng)用。缺點(diǎn)是采用Bezier曲面模型，與采用拓?fù)渚匦吻娴腃AD/CAM系統(tǒng)兼容性差。為與其它CAD/CAM系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，此類系統(tǒng)通常

34、還需要將三角曲面片轉(zhuǎn)化為NURBS曲面?；贐-Spline曲面的模型重構(gòu)方法B-Spline曲面是B-Spline曲線在曲面空間的推廣，它的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下式所示。W）=££（）匕（匕、601其中，m,n分別為u,v參數(shù)方向上B-Spline曲線的次數(shù)；k,1分別為u,v參數(shù)方向上B-Splinc曲線的階數(shù)；Pi,j為曲面的控制點(diǎn)。B-Spline曲面重構(gòu)是逆向工程、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)及CAD/CAM中的重要重構(gòu)方法。這種方法是通過無(wú)序的B樣條曲線，減少曲線的約束條件，允許這些曲線在任意方向相交；再利用曲線在曲面上的性質(zhì)生成曲面。它繼承了Bezier方法的一切優(yōu)點(diǎn)，又克服了它的缺

35、點(diǎn)，較成功地解決了局部控制和參數(shù)連續(xù)問題上的拼接問題。但是也有以下問題：二次項(xiàng)難以精確表達(dá)；需定義矩形拓?fù)渚W(wǎng)格；難以用單一B-Spline曲面片重建任意拓?fù)淝妫浑y以同時(shí)滿足相鄰B樣條面片間的切面連續(xù)和保持面片網(wǎng)與數(shù)據(jù)點(diǎn)的擬口。基于NURBS曲面的模型重構(gòu)方法NLRBS曲面是NURBS曲線在曲面空間的推廣，它的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下式所示。，（,，'）=、，隹0.1££心（修（小幻其中，m,n分別為u,v參數(shù)方向上NURBS曲線的次數(shù)；k,1分別為u,v參數(shù)方向上NURBS曲線的階數(shù)；3譏j是曲面各控制點(diǎn)對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)；pi,j為曲面的控制點(diǎn)。特點(diǎn)是先構(gòu)造特征曲線，包括輪廓

36、線、截面線等，進(jìn)行曲面片的劃分，然后根據(jù)特種仙線構(gòu)造NURBS曲面。為保證曲面的整體品質(zhì)，必須對(duì)曲面進(jìn)行拼接和光順。由于NURBS曲面時(shí)當(dāng)前工業(yè)界CAD數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，所以此類系統(tǒng)與目前商品化CAD/CAM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換非常方便。缺點(diǎn)是對(duì)于復(fù)雜形體，特征曲線的構(gòu)造相當(dāng)困難，不適于既有自由曲面又有大量簡(jiǎn)單的解析曲面和平面的情況。從目前的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用情況來看，曲面模型重建方法的研究相對(duì)比較成熟，以后研究的重點(diǎn)將逐漸轉(zhuǎn)移到如何減少曲面模型重建過程中的人機(jī)交互、提高曲面模型重建的精度和效率等方面?；谔卣鞯哪Ｐ椭貥?gòu)技術(shù)無(wú)論是基于曲線還是基于曲面片的直接擬合的模型重構(gòu)方法，都將模型重建分割為孤立的曲面片

37、造型，忽略了產(chǎn)品模型的整體屬性。而大多數(shù)機(jī)械零件產(chǎn)品都是按一定特征設(shè)計(jì)制造的，兒何特征是兒何造型的關(guān)鍵要素，它對(duì)控制兒何形體的形狀有著極為重要的作用，同時(shí)特征之間還具有確定的幾何約束關(guān)系。因此，在產(chǎn)品的模型重構(gòu)過程中，一個(gè)重要的目標(biāo)是還原這些特征以及它們之間的約束。特征是一個(gè)抽象的概念，在CAD/CAM領(lǐng)域，特征可以定義為與零件設(shè)計(jì)、制造相關(guān)的若干屬性的攜帶者，特征具有明顯的工程意義和嚴(yán)格的性質(zhì)。特征可分為設(shè)計(jì)特征、制造特征、裝配特征、材質(zhì)特征、精度特征等各種類別。從逆向工程模型重建的角度出發(fā)，通常只考慮與造型相關(guān)的幾何特征，目的在于還原模型的各種幾何特征以及它們之間約束關(guān)系，實(shí)現(xiàn)更高的特征層

38、次上的模型重構(gòu)。從當(dāng)前的研究看，基于特征的模型重構(gòu)方法主要可以分為基于曲面特征和實(shí)體特征重構(gòu)兩大類?；谇嫣卣鞯哪Ｐ椭貥?gòu)方法首先通過自動(dòng)或交互的方式對(duì)模型表面進(jìn)行功能分解，識(shí)別出各個(gè)數(shù)據(jù)集對(duì)應(yīng)的曲面特征類型（平面、二次曲面、旋轉(zhuǎn)面、自由曲面等）；然后用某種曲面特征擬合給定的數(shù)據(jù)集，確定其幾何參數(shù)并通過參數(shù)判定曲面間的約束關(guān)系；建立滿足約束條件下逼近測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)的最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，求解得到滿足約束關(guān)系的曲面集；最后通過曲面延伸、求交、裁剪和縫合得到實(shí)物樣件的B-rep實(shí)體模型。英國(guó)愛丁堡大學(xué)的Fisher、Robertson>Werghi等人主要研究了平面、二次曲面和自由曲面間的約束擬合問題

39、。但他們沒有研究曲面間約束的自動(dòng)識(shí)別，需要用戶識(shí)別約束作為先決條件，而且還存在約束方程的表達(dá)復(fù)雜、需保證曲面同步擬合的目標(biāo)函數(shù)和約束方程是線性可微等缺點(diǎn)，因此適用性不強(qiáng)?；趯?shí)體特征融合的模型重建的基本思想是從測(cè)量數(shù)據(jù)中提取兒何特征信息，構(gòu)建實(shí)體特征，將實(shí)體特征進(jìn)行正確約束后利用實(shí)體布爾操作將各個(gè)重構(gòu)特征進(jìn)行融合，得到重構(gòu)的實(shí)體模型。目前此方面的研究很少，尤它大學(xué)的0wen、Germain、Thompson針對(duì)兩軸半機(jī)加工零件的實(shí)體模型重建進(jìn)行了探索性的研究，并開發(fā)了軟件原型系統(tǒng)REFAB。南京航空航天大學(xué)的吳敏、任樸林研究了拉伸、旋轉(zhuǎn)、薄板、圓管特征的重建。但是，他們的研究更多地關(guān)注于特征重

40、構(gòu)的理論，在軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以及數(shù)值計(jì)算的穩(wěn)定性方面還有諸多欠缺。綜上所述，基于約束和特征的實(shí)體模型重建方面己有的研究成果離實(shí)際工程應(yīng)用還有較大差距。為了滿足逆向工程中實(shí)體模型重建的需要，必須拓寬實(shí)體模型重建的理論和方法，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的特征分解、自動(dòng)特征識(shí)別、特征參數(shù)提取、重構(gòu)特征管理以及實(shí)體模型創(chuàng)建等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)和深入的研究。5汽車前大燈的逆向設(shè)計(jì)5.1前大燈的數(shù)據(jù)采集在進(jìn)行測(cè)量前，一般需要做好以下的一些準(zhǔn)備工作：（1）挑選缺陷最少，實(shí)際狀態(tài)最好的產(chǎn)品作為測(cè)量的產(chǎn)品原型。（2）仔細(xì)了解被測(cè)產(chǎn)品的關(guān)鍵部位，以確保采集到的數(shù)據(jù)是足夠的和有效的。（3）對(duì)設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定，確保設(shè)備本身的測(cè)量精度。前大燈作

41、為汽車前臉的“眼睛”，要與汽車配合得渾然一體（燈罩曲面與汽車的外表曲面要一致），所以外形測(cè)量采用激光測(cè)量的方式，以獲取足夠的點(diǎn)數(shù)據(jù)。為了取得比較好的測(cè)量結(jié)果，在激光測(cè)量前首先將車前大燈處理成最佳取像顏色。測(cè)量前需對(duì)原件進(jìn)行噴漆處理，漆的顏色要有利于光的反射。為了整燈與車體的配合精度，整燈輪廓采用精度比激光測(cè)量要高的接觸式測(cè)量方式，內(nèi)部零件也采用接觸式測(cè)量以減少數(shù)據(jù)量。另外，不管是激光測(cè)量還是接觸式測(cè)量，一次不可能測(cè)出所有表面的點(diǎn)數(shù)據(jù)，為此在測(cè)量前必須設(shè)置定位點(diǎn)，作為多次測(cè)量時(shí)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的重定位用。重定位點(diǎn)設(shè)置時(shí)，不同測(cè)量方式所需做的標(biāo)志不一樣，但不管采用何種方式目的都是為了測(cè)量完成后有利于找到這

42、些定位點(diǎn)。如圖5.1所示即為項(xiàng)目的實(shí)測(cè)照片，其中帶中空的小黑方塊為激光測(cè)量的重定位點(diǎn)，油性筆標(biāo)記的地方為接觸式測(cè)量時(shí)的重定位點(diǎn)。如圖5.2所示為采用激光測(cè)量法測(cè)得的汽車前大燈的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。圖5.1汽車前大燈實(shí)測(cè)過程圖5.2汽車前大燈的點(diǎn)云數(shù)據(jù)5.2前大燈點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理壞點(diǎn)、雜點(diǎn)去除由于受外部環(huán)境影響及設(shè)備振動(dòng)、裝夾等原因，不可避免地會(huì)引入噪聲數(shù)據(jù)。因此，首先對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理，刪去外界干擾形成的點(diǎn)及不在掃描線上的雜點(diǎn)，減少其對(duì)重建模型精度的影響。在項(xiàng)目中要通過UG軟件，用肉眼進(jìn)行初步檢查，直接將與掃描線數(shù)據(jù)偏離較大的點(diǎn)或存在于屏幕上的孤點(diǎn)剔除。誤差處理產(chǎn)品在測(cè)量是總會(huì)出現(xiàn)誤差，在逆向工程中測(cè)量

43、數(shù)據(jù)點(diǎn)誤差主要表現(xiàn)為：對(duì)齊誤差，變形誤差和測(cè)量誤差。a. 對(duì)齊誤差。在產(chǎn)品未發(fā)生變形情況下，三點(diǎn)重定位誤差超過0.2mm時(shí)就需要對(duì)兩次測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)處理。先采用多次測(cè)量重定位點(diǎn)，取平均值，然后再分析誤差。如果誤差仍然超過規(guī)定值，可以對(duì)第二次測(cè)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行微調(diào)減少其誤差。當(dāng)產(chǎn)品發(fā)生變形時(shí)，應(yīng)利用產(chǎn)品的表面測(cè)量數(shù)據(jù)手工進(jìn)行重定位整合，整合精度不超過0.3mm,重定位點(diǎn)需要多測(cè)量幾次取平均值。b. 變形誤差。在前大燈測(cè)量中，由于零件材料為塑件，其內(nèi)部的零件要拆卸下來測(cè)量，不可避免會(huì)出現(xiàn)變形情況，特別是副放射器。為此在零件裝配情況下的第一次測(cè)量盡量多測(cè)量，并以第一次測(cè)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)為依據(jù)調(diào)整拆卸下來

44、的第二次測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)，以減少變形對(duì)零件CAD重構(gòu)時(shí)的影響。c. 測(cè)量誤差。為了保證測(cè)量精度，需要對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核，分析其測(cè)量誤差。如果測(cè)量誤差過大需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重測(cè)。例如燈罩表面兩組掃描線之間的誤差大于0.1mm,燈座表面兩組掃描線大于0.2顧，證明測(cè)量誤差較大，出現(xiàn)這種情況時(shí)，可以進(jìn)行重測(cè)，以滿足精度要求。如圖5.3所示副反射器曲面掃描線之間的測(cè)量誤差大于0.1mm。圖5.3副反射器曲面測(cè)量誤差分析數(shù)據(jù)分塊處理為了后續(xù)CAD造型的方便，在數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)結(jié)合實(shí)際物體的表面形狀，識(shí)別其曲面特征，進(jìn)行數(shù)據(jù)分割測(cè)量。根據(jù)組成實(shí)物外形曲面的類型，分別采用不同的顏色、存放在不同數(shù)據(jù)層中以利于區(qū)別。在該項(xiàng)目中

45、將輪廓線采用紅色和白色放置在一層，曲面的掃描點(diǎn)以綠色（橫向）和粉紅色（縱向）標(biāo)識(shí)放置在不同層，小特征采用其他顏色處理（如圓角輪廓采用藍(lán)色、燈花采用橙黃色等）數(shù)據(jù)整合和對(duì)齊實(shí)際工程測(cè)量中，很難一次測(cè)量整個(gè)樣件，通常是對(duì)其重新定位獲取不同方位的表面信息。在車燈的測(cè)量過程中，共進(jìn)行了近十次裝夾。本項(xiàng)目采用三點(diǎn)對(duì)齊方式即點(diǎn)位法，燈罩和底座的對(duì)齊和整合過程如圖5.4、圖5.5、圖5.6、圖5.7所示。所有零件測(cè)量完成后整合的數(shù)據(jù)點(diǎn)云如圖5.8所示。圖5.4對(duì)齊前大燈燈罩?jǐn)?shù)據(jù)圖5.5對(duì)齊前大燈底座數(shù)據(jù)圖5.6燈罩和底座數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件后的狀態(tài)圖5.7燈罩和底座數(shù)據(jù)對(duì)齊整合后的效果圖5.8整合后的前大燈數(shù)據(jù)5.

46、3前大燈CAD模型構(gòu)建5.3.1重構(gòu)前的準(zhǔn)備工作逆向工程設(shè)計(jì)不是簡(jiǎn)單的復(fù)制和抄襲，逆向設(shè)計(jì)的目的是復(fù)制、改進(jìn)并超越現(xiàn)有產(chǎn)品。因此在進(jìn)行造型前，要做好以下準(zhǔn)備：a. 對(duì)數(shù)模型面的品質(zhì)要求。型面品質(zhì)主要分為A級(jí)曲面、B級(jí)曲面及其它一些要求更低的曲面：A級(jí)曲面要求曲面之間的過渡必須達(dá)到曲率連續(xù)，主要是一些對(duì)外觀要求比較高的產(chǎn)品，如汽車車身的外覆蓋件，家電產(chǎn)品的外觀表面等；B級(jí)曲面要求達(dá)到相切連續(xù)，-般可滿足多數(shù)產(chǎn)品對(duì)型面的要求，如汽車內(nèi)飾件，汽車底盤的飯金件等；而其它一些要求更低的曲面則多用于進(jìn)行誤差分析。本項(xiàng)目中前大燈要求達(dá)到A級(jí)曲面。b. 產(chǎn)品的功能要求。在進(jìn)行數(shù)模重構(gòu)時(shí)我們可以根據(jù)功能要求對(duì)零

47、件的實(shí)際測(cè)量尺寸進(jìn)行圓整、糾正手工模型或測(cè)量時(shí)的尺寸偏差，使得逆向設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品更加規(guī)整和符合產(chǎn)品的功能要求。c. 產(chǎn)品的配合要求。逆向設(shè)計(jì)的產(chǎn)品往往不是孤立的，會(huì)跟現(xiàn)有的產(chǎn)品或己有的三維數(shù)模存在配合關(guān)系，因此逆向產(chǎn)品與已有周邊零件配合處的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞，會(huì)影響一個(gè)逆向設(shè)計(jì)的成敗。d. 產(chǎn)品的工藝要求。盡量避免犯一些遺漏細(xì)節(jié)或者把一些小細(xì)節(jié)當(dāng)成缺陷進(jìn)行修正的錯(cuò)誤。前大燈是一個(gè)塑料件，是通過注塑模獲得，因此在重構(gòu)CAD模型前應(yīng)考慮如何使注塑件順利脫模、簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)、便于模具零件加工，且能保證注塑件表面精度。脫模方向?qū)ψ⑺苣碚f至關(guān)重要，是評(píng)估塑件能否模具成型的重要因素，也是后續(xù)CAD建模工作的一

48、個(gè)依據(jù)。特別對(duì)于以特征體為主的大燈底座，很多特征重構(gòu)多與脫模方向有關(guān)。通過觀察產(chǎn)品的特征可以確定塑件脫模的方向，如大燈底座我們可以選擇燈泡口的圓柱軸線作為脫模方向。5.3.2以結(jié)構(gòu)體為主的底座的構(gòu)建大燈底座基本上是由平面和特征體組成，因此在底座模型重構(gòu)中特征線的提取是整個(gè)模型重構(gòu)的關(guān)鍵。另外還要特別注意配合面的處理。根據(jù)零件的外形特點(diǎn)（如內(nèi)孔、凹槽、平面、圓柱面等），可由簡(jiǎn)單的平面曲線或曲線族經(jīng)過拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃掠、圓角等規(guī)則來生成曲面或?qū)嶓w模型。根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)提取出特征線，然后通過相關(guān)的特征操作構(gòu)建出特征。如平面可以用三點(diǎn)、兩相交直線或直線拉升等方式來確定，孔或圓柱面則以截面線和矢量來確定，通過

49、測(cè)量實(shí)體模型并結(jié)合掃描數(shù)據(jù)生成。如圖5.9、圖5.10所示分別為前大燈底座的點(diǎn)云數(shù)據(jù)和重構(gòu)后的實(shí)體模型。圖5.9前大燈底座的點(diǎn)云數(shù)據(jù)圖5.10以結(jié)構(gòu)體為主的底座數(shù)模以曲面為主的燈罩和反射器的構(gòu)建在逆向工程中，曲面重構(gòu)是逆向工程中最重要、最繁雜的-環(huán)。前大燈燈罩大面構(gòu)建采用點(diǎn)擬合成面的方式進(jìn)行，先將大面點(diǎn)通過點(diǎn)云擬合成曲面，然后用X成形調(diào)整曲面，使曲面光順、流暢、過點(diǎn)，其他小面采用點(diǎn)-線-面的過程構(gòu)建。如圖5.11、圖5.12所示分別為前大燈燈罩的點(diǎn)云數(shù)據(jù)和重構(gòu)后的數(shù)模。圖5.11前大燈燈罩的點(diǎn)云數(shù)據(jù)反射器、副放射器曲面的構(gòu)建以點(diǎn)一一線一一面的方式構(gòu)建曲面為主，只有少數(shù)面如反射器中需要貼光學(xué)面的

50、曲面直接采用點(diǎn)擬合成面的方式構(gòu)建。如圖5.13、圖5.14所示分別為反射器、副反射器的點(diǎn)云數(shù)據(jù)和CAD模型。圖5.13反射器的點(diǎn)云數(shù)據(jù)和CAD模型圖5.14副反射器的點(diǎn)云數(shù)據(jù)和CAD模型5.4CAD模型檢驗(yàn)5.4.1燈罩大面的曲面品質(zhì)分析為保證重構(gòu)曲面的質(zhì)量，必須對(duì)其進(jìn)行品質(zhì)分析，品質(zhì)分析包括誤差分析和光順品質(zhì)檢查兩部分。誤差分析是重構(gòu)曲面精度的保證。可以用一定數(shù)量測(cè)量點(diǎn)的最大擬合偏差、最小擬合偏差和標(biāo)準(zhǔn)差來評(píng)價(jià)曲面對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)的擬合程度，或者用平均誤差來評(píng)價(jià)曲面的逼近程度。光順品質(zhì)檢查是利用曲面光順品質(zhì)的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則來評(píng)價(jià)曲面的手段。曲率彩圖是一種便捷的光順品質(zhì)檢查方法。本項(xiàng)目中采用UG曲率梳和光反

51、射對(duì)燈罩大面進(jìn)行光順性品質(zhì)檢查。5.4.2底座的拔模檢查與調(diào)整為了使注塑件在產(chǎn)品成型過程中能夠順利脫模，CAD模型構(gòu)造完成后要檢查整個(gè)零件的拔模情況。具體操作可以通過UGNX軟件提供的拔模檢查工具來實(shí)現(xiàn)。通過拔模分析得知，前大燈的拔模方向正確，工件能夠順利脫模。如果出現(xiàn)倒拔情況，則需對(duì)CAD模型進(jìn)行必要的調(diào)整。5.4.3裝配干涉檢查從數(shù)學(xué)角度來說，干涉檢查就是求交運(yùn)算。即對(duì)生成的三維實(shí)體進(jìn)行布爾運(yùn)算，利用求交運(yùn)算來判斷三維實(shí)體是否干涉。若兩實(shí)體相交，則兩實(shí)體形成的選擇集不為空；否則，其選擇集為空。這樣通過判斷選擇集是否為空，來確定兩實(shí)體是否發(fā)生內(nèi)部干涉。一般來說，干涉檢查主要包括靜態(tài)干涉檢查和

52、動(dòng)態(tài)干涉檢查兩方面內(nèi)容。所謂靜態(tài)干涉檢查問題，是指物體有固定的位置和方向，判斷它們是否干涉。對(duì)于運(yùn)動(dòng)著的物體，則需要采用動(dòng)態(tài)檢查方法。對(duì)于前大燈裝配體主要是靜態(tài)干涉檢查，只有調(diào)光機(jī)構(gòu)才用動(dòng)態(tài)檢查。本項(xiàng)目采用UGNX軟件提供的干涉檢查工具對(duì)裝配體進(jìn)行靜態(tài)干涉檢查。1弓I言12汽車車燈設(shè)計(jì)技術(shù)錯(cuò)誤!未定義書簽。2. 1車燈的分類22車燈的發(fā)展史23逆向工程技術(shù)概述41逆向工程簡(jiǎn)介43.2逆向工程的應(yīng)用現(xiàn)狀43逆向工程的一般流程53.4逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)54逆向工程技術(shù)及應(yīng)用74.1數(shù)據(jù)采集74.2數(shù)據(jù)處理84.3模型重構(gòu)135汽車前大燈的逆向設(shè)計(jì)185.1前大燈的數(shù)據(jù)采集185.2前大燈點(diǎn)云數(shù)據(jù)處

53、理19參考文獻(xiàn)張明春，楊玲.逆向工程技術(shù)及其在工業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用J.機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2009,(3):86-881 周建強(qiáng)，李建軍等.逆向工程技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)J.現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2006,3):3-5梁柱，任家.漫談轎車燈光系統(tǒng)J.科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2008,18(9) :97-99WGB45991984,汽車前照燈配光性能S5 姚明.淺談智能式車燈的發(fā)展J.實(shí)用汽車技術(shù),2006,(2):4-5鄧亮,朱維濤，陳祥熙.帶配光鏡汽車燈具仿真設(shè)計(jì)J.光學(xué)儀器,2004,(8):21-256 平芳.汽車車燈配光紋快速建模系統(tǒng)D.杭州:浙江大學(xué),2008鞠俊亭，鐘高建,楊飛云.基于逆向

54、工程測(cè)量技術(shù)的分析J.現(xiàn)代機(jī)械,2007,(6):11-14宋兆坤，饒錫新,解偉功.逆向工程CAD建模關(guān)鍵技術(shù)研究J.機(jī)械制造與研究，2009,(02):12-147 龔志輝.基于逆向工程技術(shù)的汽車覆蓋件回彈物體研究D.長(zhǎng)沙:湖南大學(xué),2007劉德平，陳建軍.逆向過程中數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)技術(shù)的研究J.西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008,(02):334-33913應(yīng)陳勇，鞠魯粵，林成輝.逆向工程在車身設(shè)計(jì)中的應(yīng)用J.機(jī)械與電子，2009,(2):30-325.3前大燈CAD模型構(gòu)建225.3.1重構(gòu)前的準(zhǔn)備工作225.3.2以結(jié)構(gòu)體為主的底座的構(gòu)建225.4CAD模型檢驗(yàn)245.4.1燈罩大面

55、的曲面品質(zhì)分析245.4.2底座的拔模檢查與調(diào)整255.4.3裝配干涉檢查25參考文獻(xiàn)26致謝271引言隨著汽車設(shè)計(jì)和制造工藝的進(jìn)一步提高，車燈不再只是汽車的一個(gè)照明部件，還是這車設(shè)計(jì)的點(diǎn)睛之筆，時(shí)髦的汽車車燈集實(shí)用性和裝飾性為一體，且更注重于整車的審美風(fēng)格保持一致，它最能體現(xiàn)汽車的品位，越是個(gè)性化車、高檔車，越注重車燈的設(shè)計(jì)及品質(zhì)。本文就對(duì)車燈的分類及發(fā)展史、逆向工程的概念、應(yīng)用現(xiàn)狀、關(guān)鍵技術(shù)和一般流程，以及汽車前大燈的逆向設(shè)計(jì)做了簡(jiǎn)要概述，并闡述了本文的研究?jī)?nèi)容。2汽車車燈設(shè)計(jì)技術(shù)隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，各種款式的轎車不斷涌現(xiàn)，汽車速度不斷提高，對(duì)汽車燈具設(shè)計(jì)的要求也越來越高。尤其是前照燈系統(tǒng)

56、，不僅要效率高，還要解決夜間行車的眩目問題。以前的車燈設(shè)計(jì)方法是依靠個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)和大量的實(shí)驗(yàn)，但這已遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上燈具設(shè)計(jì)需求的速度和越來越嚴(yán)格的車燈照明標(biāo)準(zhǔn)。因此國(guó)外己有人利用計(jì)算機(jī)對(duì)汽車燈具進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，從而大大加快了燈具的開發(fā)進(jìn)度。在國(guó)內(nèi)，這方面的研究還遠(yuǎn)落后于國(guó)外。2. 1車燈的分類車燈按照用說途分照明燈和信號(hào)燈兩大類。照明燈又分為外照明燈和內(nèi)照明燈，信號(hào)燈也分為外信號(hào)燈和內(nèi)信號(hào)燈，如圖2.1所示。汽車車燈照明燈信號(hào)燈表指燈儀板示二尾燈*倒車燈H示寬燈工制動(dòng)燈q轉(zhuǎn)向燈X儀表燈圖2.1車燈分類外照明燈除了牌照燈之外，主要作用是為本車駕駛員提供路面照明，外信號(hào)燈則是為方便其它車輛駕駛員識(shí)別本車輪

57、廓和判斷本車動(dòng)向而設(shè)置的，其中轉(zhuǎn)向指示燈和動(dòng)燈是極重要的信號(hào)指示燈，它對(duì)于汽車行駛安全至關(guān)重要。在這些燈中，屬于強(qiáng)制性檢驗(yàn)的有外照明燈和外信號(hào)燈，因?yàn)檫@些燈是行車安全的關(guān)鍵部件。2.2車燈的發(fā)展史汽車車燈主要指前照燈總成和后燈總成，前照燈是重點(diǎn)。前照燈乂稱為汽車大燈，有照明、裝飾和保障汽車安全運(yùn)行的功能。前照燈是車燈中要求最高、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、設(shè)計(jì)和制造難度最大的車燈。為了使車燈照明系統(tǒng)滿足使用要求，也為了使車燈外觀更適應(yīng)車身造型的變化，從汽車發(fā)展至今，前照燈的發(fā)展經(jīng)過七代演變，如圖2.2所示。圖2.2車燈前照燈發(fā)展過程第一代：乙快氣前照燈。前照燈具有高的輪廓亮度，乙燃?xì)饣鹧娴牧炼缺犬?dāng)時(shí)的電光源所

58、能達(dá)到的亮度高出一倍，因而，在1925年以前使用的汽車前照燈兒乎全是乙塊前照燈。第二代：電光源前照燈。1913年帶螺旋燈絲的充氣白熾燈泡問世，因其具有較高亮度，給電光源前照燈開辟了廣闊的前景。然而，乙煥前照燈仍然繼續(xù)使用了很長(zhǎng)一段時(shí)間，直到1925年電氣照明才得到廣泛的應(yīng)用。第三代：雙光燈絲前照燈。這種前照燈具有遠(yuǎn)近兩種燈絲，夜間行車時(shí)采用遠(yuǎn)光燈s以保證照明，兩車相會(huì)時(shí)采用近光燈以防炫目。第四代：不對(duì)稱近光前照燈。由于雙光燈絲前照燈在由遠(yuǎn)光燈轉(zhuǎn)換為近光燈時(shí)，駕駛員視見距離縮短，不得不降低車速。為了解決這一問題，1932年美國(guó)發(fā)明了不對(duì)稱前照燈，它是以基準(zhǔn)軸為中心，將光束一分為二，靠近來車一側(cè)的落地距離短以防止眩目，而另一側(cè)光束的落地距離長(zhǎng)以增加視見。第五代：鹵鈣前照燈。第一批裝有鹵鈣燈泡的汽車前照燈是由法國(guó)“斯貝”公司在1964年生產(chǎn)的，其燈絲允許工作溫度較普通白熾燈泡高，光效增加約50%,壽命也增加一倍。第六代：航氣燈，又稱為IIID燈。質(zhì)氣頭燈是以高壓擊穿惰性氣體電離而發(fā)光，也叫氣體放