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 基于CATlA的逆向设计在汽车内饰件中的应用
发布者: 出处: 日期:2009/5/5 阅读:1771 推荐:0 点评:0
   

引言
    逆向工程是将实物转变为CAD模型相关的数字化技术、几何模型重建技术的统称。逆向设计是工业设计和工程开发的接口,是汽车零部件产品快速开发的关键技术。汽车内饰件的逆向设计对点云测量和曲面创建提出了很高的要求,点云测量的质量主要取决于测量设备的精度,而曲面创建的品质与所选用数据处理软件的功能及处理数据的方法有关,本文通过实例介绍基于CATIA的汽车内饰件逆向设计工作过程及特点。
    CATIA是CAD/CAE/CAM一体化软件,并具有强大的逆向设计应用功能。可以快速、方便地对测量云点进行处理,勾勒出零件轮廓特征线并拟合出满足一定条件要求的曲面,在此基础上利用曲面编辑功能对其进行编辑和光顺处理,提高了曲面重构效率;能实现一个曲面到另一个曲面及一个曲面到多个曲面的匹配,并能达到匹配后曲面间曲率连续;提供多曲面整体编辑功能(一次编辑多个曲面并保持曲面间连续);采用混合参数几何方式建模,适于设计重用。
    点云数据的采集
    数据采集技术是逆向设计建模的第一步,它是用一定的设备对实物进行测量来获取实物的表面数据,而点云数据即零件表面离散点的几何坐标数据。点云数据的采集是逆向工程中的第一个环节,是数据处理、模型重建的基础。点云的质量主要取决于测量设备的精度,能否高效获取精确的点云数据是逆向设计的关键技术。目前常用的点云数据采集方法有以下3种:
    (1)接触式三坐标测量机测量。由于测量时接触被测件,被测物体接触产生压力,从而使被测物体产生变形.测量误差较大。适用于测量点、特征线、孔等几何特征。
    (2)线状激光束测量(相位测量)。该方法是将周期性的光栅投影到被测曲面上,通过光栅图像的调制解调,求出被测曲面形状的三维信息,测量范围大、速度快,但只能测量较平坦曲面,曲面变化大时测量精度较低。
    (3)光栅投影式测量(照相测量)。该方法是将光栅投影到物体表面,形成一块待测区域,由光学扫描系统测取实物的表面数据,用数码像机获取特征标志点的三维坐标位置。光栅投影式测量为非接触测量,对复杂或大面积表面可分块测量,测量速度快,点云密度高。
    在曲面创建时,可根据被测模型的特征灵活选用测量方式。本实例采用光栅投影式方法测量,采用ATOS非接触式坐标机,可实现对工件的高分辨率高速扫描,每幅扫描照片可获得工件表面400,000个点的二维坐标,每幅扫描照片精度达0.03 mm ,整体拼合扫描精度为O.lmm/m,并以点云的形式以多种格式输出,供后续CAD/ CAM/ CAE使用。本实例最终采集点数为14.8万个。
    2 CATIA逆向流程
    在点云数据取得后,就可以利用三维造型软件CATIA进行后续工作,构造出我们需要的产品形状。利用CATIA中的数字曲面编辑器(Digitized Shape EditorDSE),创成式外形设计(Generative Shape Design GSD),决速曲面重建(Quick Surface Reconstruction QSR),白由曲面造型(Freestyle FS)等模块,通过点云处理、曲面重构与光顺、曲面数据质量评估等一系列操作得到高质量的曲面。其具体的处理流程如图I所示。
    

 
    2.1点云数据的导入和过滤
    CATIA支持ascii, atoa, cgo, stl等多种格式的点云文件。加载点云时可以根据需要来决定采样率,即加载点占原来点数据的百分比(sampling)这样可以提高处理速度。
    实际工作中,要通过调人多个点云文件来完善点云数据。这此点云对齐后数据量很大。
    而且由于受光照条件、被测件表面反射特性和系统测量误差、随机误差等影响,测量数据中存在着许多无用数据,即所谓的"噪声"点。因此必须对点云数据进行过滤处理。
    点云过滤可以降低点云密度,滤除噪声点,常用的过滤方法有曲率过滤法(Adaptative)和球过滤法(Homage-neous)。若选择homogeneous类型,点数据将根据输入球半径的大小被均匀过滤,这种方式可能会滤去点云轮廓变化处的一个关键点,只适合曲率变化不大形状简单的点数据。考虑到内饰件的表而特征及对曲而的要求,选择Adaptative类型。用这种方法,点云数据中平坦部分将比曲率变化大的部分被滤去更多的点,从而保留了曲面重建要用到的关键点过滤操作时.将局部弦偏移值
    

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