基于CATIA的汽车内饰件逆向造型.doc

1、基于CATIA的汽车内饰件逆向造型 摘要：随着计算机技术的迅速发展，计算机三维造型技术特别是逆向工程技术在工业上已经得到了广泛的应用。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。本文通过研究汽车内饰件的逆向工程造型方法，对逆向工程概念、方法进行系统的阐述，通过光学扫描仪的非接触测量获取汽车内饰件表面的云状数据,通过CATIA软件对测量数据进行处理，最终实现了汽车内饰件的曲面重构。关键词：逆向工程，CATIA，汽车内饰件Reverse design of automotive interior parts.based on CATIAAbstract: With th

2、e rapid development of computer technology, computer three-dimensional modeling technology especially the reverse engineering technology has been widely applied in industry. Reverse design is the industrial design and engineering development of the interface, is the key technology for rapid developm

3、ent of auto parts products. Through reverse engineering of auto interior modeling method, elaborates on the concept, method of reverse engineering, acquisition data cloud automotive interior surface via an optical non contact measurement scanner, the measurement data is processed by CATIAsoftware, f

4、inally achieve the surface reconstruction of automobile interior trim.Keywords: reverse engineering, CATIA, automotive interior parts 目 录前 言11逆向工程概述11.1研究逆向造型的背景及意义11.2逆向工程的定义21.3逆向工程的原理及特点22 CATIA逆向建模概述32.1 CATIA软件介绍32.2 CATIA用于逆向工程的主要模块32.2.1 DSE数字编辑器模块32.2.2 QSR快速曲面重构模块42.2.3 GSD创成式造型模块42.2.4 FSS

5、自由曲面造型模块42.3 CATIA逆向工程一般流程42.3.1点云数据的采集42.3.2点云数据的导入和过滤52.3.3点云的网格划分52.3.4样条曲线的创建与光顺52.3.5曲面的创建与光顺62.3.6曲面拼合63汽车内饰件逆向造型的具体步骤73.1导入点云文件并完成三角网格点云化73.2曲面划分73.3分部完成逆向造型83.3.1顶部曲面83.3.2前部曲面103.3.3底部及环形曲面113.3.4曲面修建143.3.5侧部曲面16 3.3.6沟槽曲面183.3.7爪扣223.3.8凸台25结 论28参考文献29致 谢：31 前 言为适应先进制造技术的发展，需要将实物样件或手工模型转化

6、为CAD数据，以便利用快速成型系统，计算机辅助制造系统，产品数据管理等先进技术对其处理和管理，并进一步修改和再优化设计。此时，就需要一个一体化的的解决方案：从样品数据产品。逆向工程就专门为制造业提供了一个全新，高效的重构手段，实现实际物体到几何模型的直接转换。当前，随着CATIA逆向工程建模技术在逆向工程领域的广泛应用，企业界对相关术人员的需求量越来越大，为适应新形势下的技术需要，本文通过基于CATIA的汽车内饰件造型为例介绍CATIA逆向工程流程及各子系统，为全面应用打下坚实的基础。1逆向工程概述1.1研究逆向造型的背景及意义美国在其国内已经建立了集测量、设计、快速成型、数控加工于一体的逆向

7、工程中心，在英国、德国、法国、日本、韩国、台湾等许多国家和地区已有商品化的逆向工程设备和系统软件相继投入使用，有效地提高了企业的竞争力，促进了生产力的发展，反求工程在国外已取得了长足的进步。中国是制造大国，但我们的制造水平还比较落后，大多数产品都还用外国提供的技术。随着我国工业的不断进步中,吸收国外先进产品技术并进行改进是重要的产品设计手段。逆向工程技术为产品的改进设计提供了方便的工具，在已有产品基础上设计新产品，缩短开发周期，可以使企业适应小批量的生产要求，从而使企业在激烈的市场竞争中处于有利的地位。在国内反求工程还处于一个初级阶段。通过毕业设计认识逆向工程，在以后的设计中考虑逆向工程，因为

8、它缩短了开发周期，降低了产品开发成本。如果将逆向工程与已有的计算机辅助设计（cad），计算机辅助制造（cam）等技术有机的结合在一起，将有效地提高产品设计与制造的水平。对设计人员来讲，将传统的设计方法与逆向工程相结合，提高设计人员的整体水平；对国家而言，具有缩小发展中国家与发达国家之间的差距具有重要意义。1.2逆向工程的定义逆向工程，是一种产品设计技术再现过程，即对一项目标产品进行逆向分析及研究，从而演绎并得出该产品的处理流程、组织结构、功能特性及技术规格等设计要素，以制作出功能相近，但又不完全一样的产品，是消化，吸收先进技术的一系列工作方法的技术组合，是一门跨学科，跨专业的复杂的系统工程。目

9、前，大多数关于逆向工程的研究主要集中在实物的逆向重构上，即产品实物的CAD模型重构和最终产品的制造，被称为“实物逆向工程”。这种从实物样件获取产品数学模型并制造得到新产品的相关技术，已成为CAD/CAM中的一个研究及应用热点，并发展成为一个相对独立的领域。1.3逆向工程的原理及特点逆向工程的原理就是一个“从有到无”的过程，根据已经存在的产品模型，通过各种测量手段及三维几何建模方法，将原有实物转化为计算机上的三维数字模型，反向推出产品的设计数据的过程。逆向工程是由高速三维激光扫描机对已有的样品或模型进行准确、高速的扫描，得到其三维轮廓数据，配合逆向软件进行曲向重构，并对重构的曲面进行在线精度分析

10、、评价构造效果，最终生成IGES或STL数据，据此就能进行快速成型或CNC数控加工。在瞬息万变的产品市场中，能否快速地生产出合乎市场要求的产品就成为企业成败的关键。由于各种原因我们都会遇到只有一个实物样品或手工模型，没有图纸或CAD数据档案，没法得到准确的尺寸，这就为我们在后续的工作中采用先进的设计手段和先进的制造技术带来了很大的障碍，制造模具也就更为烦杂。但是逆向工程技术很好的解决了这一问题。传统的复制方法时间长而效果不佳，已渐渐为新型数字化的逆向工程系统所取代。逆向工程系统就专门为制造业提供了一个全新、高效的三维制造路线。并给出一个一体化的解决方案：从样品数据产品。从样品（实物，图片等）直

11、接反求出cad数据，然后用快速成型或CNC数控直接加工出产品（模具），因此逆向工程具有快速，高效等特点。2 CATIA逆向建模概述2.1 CATIA软件介绍逆向工程模型重建需要相应的软件支撑。CATIA是法国达索系统公司的CADCAECAM一体化软件，其集成解决方案几乎覆盖工业产品设计制造的所有领域并具有强大的逆向设计应用功能，在曲面设计，实体造型方面有着独特的优势，比较广泛的用于汽车制造业、航空航天等方面。目前，我国的制造业存在着产品自主开发能力低，产品设计手段落后，产品开发周期长等缺点，基于此现状，我们应该重视CATIA在逆向工程中的应用。CATIA具有强大的逆向设计应用功能。可以快速、方

12、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)；提供网格面及风格扫描面构造方法。CATIA曲面造型技术主要有规则曲面造型和复杂曲面造型两种。规则曲面造型, 如锥面、管面、球面等由旋转、拉伸等方式生成, 相对简单；复杂曲面的造型设计是产品设计中的难点和重点。2.2 CATIA用于逆向工程的主要模块CATIA软件用于逆向工程中的主要有Digitized Sha

13、pe Editor(数字曲面编辑器DSE)，Quick Surface Reconstruction (快速曲面重建QSR)，Generative shape Design（通用曲面造型），Freestyle(自由曲面造型FS)等模块，通过这些模块对点云进行删除、过滤、创建特征线、铺面、修补、曲面品质分析等一系列操作得到高质量曲面, 并且将曲面转换成实体。2.2.1 DSE数字编辑器模块根据输入的点云数据，进行采样，编辑，裁剪已达到最接近产品外形的要求，可生成高质量的mesh小三角片体。2.2.2 QSR快速曲面重构模块根据输入的点云数据或者mesh以后的小三角片体，提供各种方式生成曲线，以供

14、曲面造型，完全非参。2.2.3 GSD创成式造型模块有非常完整的曲线操作工具和最基础的曲面构造工具，除了可以完成所有曲线操作以外，可以完成拉伸，旋转，扫描，边界填补，桥接，修补碎片，拼接，凸点，裁剪，光顺，投影和高级投影，倒角等功能，连续性最高达到G2，生成封闭片体Volume，完全达到普通三维CAD软件曲面造型功能，比如Pro/E。完全参数化操作。2.2.4 FSS自由曲面造型模块几乎完全非参。除了包括GSD中的所有功能以外，还可完成诸如曲面控制点（可实现多曲面到整个产品外形同步调整控制点、变形），自由约束边界，去除参数，达到汽车A面标准的曲面桥接、倒角、光顺等功能。2.3 CATIA逆向工

15、程一般流程2.3.1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。 CATIA支持ascii、atoa、c