基于快速成型技术车身覆盖件设计本科论文(编辑修改稿)

基于快速成型技术车身覆盖件设计本科论文(编辑修改稿)内容摘要：

关系 ,是由摄像机成像的几何模型决定 ,这些几何模型参数就是摄像机参数。 这些参数必须通过试验山东理工大学 轿车车身三维测量技术 8 与计算才能得到 ,这个过程被称为摄像机定标。 因此 ,摄像机定标影响着形体三维坐标信息的可靠性和精度。 图 22 德国 GOM 的 ATOS 测量系统 车身覆盖件点云的处理 图 23 车身点云图 点云的光顺处理 对于获取的点云数据都不可避免地会带入噪声点，特别是尖角和边界附近较为明显，另外激光扫描所获取的海量数据会严重影响曲面重建算法的效率。 因而必须对其进行数据处理，由于许多测量系统软件本身可以对山东理工大学 轿车车身三维测量技术 9 点云进行预处理，包括排除噪声数据和异常数据，数据压缩和归并多余数据，遗失点补齐，三角面片化等。 因此 可以根据需要对获得的数据进行简化，截面获取和坐标变换等操作。 点云的切割处理 正确的点云切割对曲面的构建和面与面之间的光滑连接和过渡有着深刻的影响。 一般的点云的分割有两种方法，一种是基于平面度的点云分割技术，它是一种比较方便的技术，可以避免种子点的选取，省去了大量不必要的时间。 另外一种是基于对数法矢量的一种切割方法，这种方法相对于前一种相对繁琐，需要大量的计算，在这里不做详细的说明。 下图为本论文中需要做的部分的切割好的点云图。 图 24 切割后的点云图 点云网格划分 简 单的来说，逆向工程就是一个由点到线，由线到面，再由面到体的一个过程。 因此在建模的过程中，对于点云的网格划分很是关键，因为我们就是要根据划分的网格线来构建曲面，进而粗略的查看面的光顺性可好。 在本设计中，对整个的车身顶盖及后部部分做网格曲面，如图 25 所示。 山东理工大学 轿车车身三维测量技术 10 图 25 车身覆盖件的网格曲线 本章小结 本章针对逆向工程，车身覆盖件的点云有了基本的了解，对于点云的处理方法有了进一步的了解，有利于自己在后面根据点云作图时能更加形象具体。 同时，点云的获取工具应用的是德国的 ATOS 系统，该系统能更加准 确的获得点云数据，只有点云的准确，光顺，才能保证曲线的光顺，从而达到曲面的光顺，最终为自己的后续工作打下良好的基础。 山东理工大学 车顶盖及车身后部部分曲面重构 11 第三章 车顶盖及车身后部部分 曲面重构 线的构建 在软件中 , 线和面的 建立 常常 是 交叉进行 的 ,二者相辅相成。 线条的 构建 可以通过点建立、线生成和面生成来完成。 选择点云中的点可根据零件特征来完成曲线、弧线或样条曲线的创建；也可以通过已知的线进行投影、复制、移动等手段得到需要的曲线；还可以通过现有的面得到相交线或直接从面上获取 U、 V 线。 光顺的曲线应满足下面四条：①曲线二阶几何连续 ；②曲线没有奇点和多余拐点；③曲率变化均匀；④应变能较小。 线的光顺度直接影响到面得光顺性和合理性，所以在创建曲线时一定要同时注意线的分析和调整，创建曲线的同时可通过样条线的曲率梳或曲率半径对其进行光顺分析。 通过分析可运用调整控制点的方法来调整曲线峰顶点和谷底点、曲率方向的转折点，以期达到曲线光顺的要求。 一般地 ,曲线光顺可分三步进行：①寻找坏点 ,并修改坏点的坐标值；②粗光顺 ,使曲线上各段的率符号均一致 ,保证曲线的单凸或单凹性；③精光顺 ,使曲线上各段的曲率变化均匀 ,满足光顺的要求。 面的构建 面 的构建可以通过点来构建，也可以通过线来构建构建曲面的时候最好要先做整体的分析，计算好要做几个面，做到哪条边界处，尽可能的从大面开始做，用简单的表达来表示所需建立的曲面，这样也有利于后面的光顺与拼接工作。 对于面的构建中，四点曲面在本设计中应用最多，四点曲面在 X 成形的过程中也更有利于边的调节，四边的曲线通过控制顶点的调控也能与覆盖件的点云网格更容易贴合，在调节控制顶点的过程中要注意以下几点：（ 1）控制顶点的阶次要选择合理，太少的阶次会使曲面局部的弯曲度显现不出来，而太多的阶次则会容易出现局部小的凹坑或突起；（ 2）在调节控制顶点时要尽量事先了解整个面的趋势，在一条线上的点，要尽量选择相同的参数趋势，以避免出现最后局部的扭曲，使质量不好，出现大的纰漏；（ 3）控制顶点对面的光顺很敏感，所以在调节的时候要特山东理工大学 车顶盖及车身后部部分曲面重构 12 别的小心，有耐心，多转角度，从各个方面观察曲面的重合度。 面的构建直接影响到整个模型的构建，因此在构建面的时候需要做到足够的优秀，为后面的一系列工作打好基础。 曲面重构是车身计算机辅助几何设计和计算机图形学的一项重要内容 ,主要研究在计算机图像系统环境下对车身曲面的表示，设计，显示和分析。 而在车身逆向工程设计中 ,将 测量所获得的数据转换成 CAD/CAE 所需的曲面。 模型是其重要的一步，因此 ,要想获得良好的曲面反求效果 ,必须对车身曲面造型技术有所了解。 近几十年来 ,由于实际问题，不断对曲线曲面有新的要求 ,多种曲面造刑技术己发展和成熟起来。 曲面的构建技术对车身覆盖件的建立更加重要。 曲面构建关键技术 车顶盖曲面构建 车顶盖相当于车厢的顶盖，可以用来遮风挡雨，更需要一定的厚度，部分车顶盖是有天窗的，可以用来更好的通风，在本次的设计中，研究的车顶盖是没有车窗的，在分析的过程中，可以将它做成一个大面。 图 31 顶盖构造曲面 在顶盖点点云的四个顶点上取四个点，构建一个曲面，如图 31 所示，在画四个顶点的时候要注意范围，尽量使面比顶盖的区域大，如果无法达山东理工大学 车顶盖及车身后部部分曲面重构 13 到，则需要调节曲面的四个控制顶点，在 V 和 U 的方向上进行调整，使其略大于顶盖的面积。 这样在以后进行面与面直接的拼接，过渡，倒圆角等的操作时会有利。 在此基础上对所构建的曲面进行曲面分析，得到分析线。 图 32 曲面与点云对应截面线之间的偏差 图 33 调整后的曲面与点云之间的偏差 其中图 32 给出了点云截面线和曲面截面线的对比图，其 中蓝色的是切点云所获得的线，而灰色的是截切曲面得到的分析线。 其两者比较在参照了解的车顶盖的形状，他应该是点云与曲面在四个顶点之间的偏差相对来说较小，而在中间位置的话，偏差相对大些，这也符合逻辑设计，因此在调节控制顶点的时候我们要特别注意，在调节的时候是通过增加在 V 和U方向上的阶次来增加控制顶点的，并可将控制顶点按照曲面的趋势进行平面方向的整行移动，使之接近点云。 值得注意的是，由于控制顶点是整山东理工大学 车顶盖及车身后部部分曲面重构 14 行整列的增加，一方面可以更好的控制曲面的总体趋势，另一方面又可尽可能少的控制顶点对曲面进行调整，保证了其部分的光顺性。 如果觉得对控制顶点的排列不满意，可以对其进行调整。 在调整到如图 33 所示的位置时，可以看出点云和曲面之间的偏差很小。 如果偏差在要求的精度内，那么曲面的光顺就可已完成。 后挡风玻璃点云测量 后挡风玻璃在车身覆盖件中起着一个保护人体，遮挡风沙，石块的作用，因此材料至关重要，形状至关重要。 在逆向工程的曲面构建过程中与顶面的曲面构建过程是类似的，在构建曲面的过程中要保证偏差足够的小，对于偏差的精度是有严格要求的。 图 34 后挡风玻璃的曲面构造 曲面精度 ,指的是光顺后的曲面模型 与实物之间的距离误差 主要包括事前误差和事后误差两个部分 事前误差 ,指的是实物模型进行扫描时 ,由于软件系统本身的精度 ,导致的实物模型与点云数据之间的误差 拟合误差 ,指的是在逆向光顺时 ,重构曲面与点云之间的拟合偏差 扫描误差一般要求控制在 以下 拟合误差的大小一般视情况而定 ,根据不同用户 !不同用途和不同质量对点云数据有不同要求 如果是光顺一辆整车 ,一般 A 级曲面拟合误差在 一 之间就可以达到汽车造型特征要求 ,如果扫山东理工大学 车顶盖及车身后部部分曲面重构 15 描后的点云数据误差比较大的话 ,则要根据实际情况制定其光顺的精度要求 但 具体特征需讨论 ，为此以后玻璃的曲面构建为例，测量精度。 汽车车身曲面精度要求是在一定的范围内的对于所作部分的要求是保证偏差距离在 ~ 之内是满足要求的，在进行模型制作时是可以很好的满足汽车的特征的。 在进行曲面构建的同时，需要使曲面的截面分析曲线和点云的截面分析曲线偏差满足要求，为此，做如图 35 所示的测量。 在大部分的曲线重合的前提下，总是有部分的曲线不能完美的结合，为此需要进行那个测量，测量的方法很简单，只需点击“测量”功能，找准线即可。 图 35 点云曲线与截面曲线的 测量 例如图 35 所示的，点云的截面曲线与曲面的截面曲线之间的偏差经过测量距离为 ，在 ~ 之内即满足要求，这样在大部分的距离都满足要求的情况下，构建出的面才能保证曲面与曲面之间的连续性要求。 山东理工大学 车顶盖及车身后部部分曲面重构 16 行李箱盖曲面构建 行李箱盖要求有良好的刚性，结构上基本与发动机盖相同，也有外板和内板，内板有加强筋。 一些被称为“二厢半”的轿车，其行李箱向上延伸，包括后档风玻璃在内，使开启面积增加，形成一个门，因此又称为背门，这样既保持一种三厢车形状又能够方便存放物品。 如果 采用背门形式，背门内板侧要嵌装椽胶密封条，围绕一圈以防水防尘。 行李箱盖开启的支撑件一般用勾形铰链及四连杆铰链，铰链装有平衡弹簧，使启闭箱盖省力，并可自动固定在打开位置，便于提取物品。 行李箱是存放行李的地方的，行李箱曲面的构建时要注意划分两个面，在构建行李箱盖时要注意构建出行李箱盖的边界曲线，因为毕竟行李箱盖既与后挡风玻璃相连接，还与车身后部的外围相连接，因此找到它的边界曲线至关重要。 行李箱盖顶部曲面构建 行李箱盖顶部的曲面构建方法满足要求类似于顶盖和玻璃，如图 36所示， 经观察顶盖部分比较平，对于曲面的构建是简单的，在曲面的分析X 成形过程中对于控制顶点的调节也是比较简单，不需要做大的变动。 图 36 行李箱盖顶部曲面构建 挂牌处曲面构建 对于行李箱盖的构建，在建模过程中的难点在于曲面的切割，在本次山东理工大学 车顶盖及车身后部部分曲面重构 17 的建模中，挂牌处的构建就用到了曲面的切割技术。 在构建曲面时，先做一个大的曲面，如图 37 所示，并按要求调节成贴合的曲面，如图 38 所示，在构建凹部时，从内部构建底面和侧面如图 39 所示，并使侧部的面冲出 38 所示的面，如图 310 所示。 图 38 挂牌处总 体曲面构建 在对 39 所示建立曲面时，要注意将其他碍事的曲面隐藏，这样能在建立曲面时更加的方便，清楚，避免建好的其他曲面的遮挡或线条的混乱。 图 39 挂牌处底面，侧面曲面构建 要想得到如下图 310 所示的曲面，可将建好的曲面进行“编辑 曲面 扩大”处理，在确定后要注意将原先的面删除，对于不能删除的部分要将其移动至其他图层，这样在所建面的图层是单纯干净的，有利于面的选择和面的连接过渡。 山东理工大学 车顶盖及车身后部部分曲面重构 18 图 310 挂牌处面的相交 对做好的部分进行求交，如图 311 所示，画出交线。 在“插入” 中点击“修剪片体”即可修剪出所需要的模型。 如图 312 所示。 图 311 面之间的相交线 山东理工大学 车顶盖及车身后部部分曲面重构 19 图 3 曲面的剪切 修剪后的模型如图 312 所示，这相当于在一个大的曲面挖去一个面，对于模型的倒圆角，过渡之类，本文后面内容会有所介绍。 图 312 修剪后得到的模型 后围曲面构建 后围的曲面构建关键在于分面的问题，在建模的过程中，正确的分面能帮我们节约时间，且为后面的连接工作做好基础。 在后围的建面过程中，山东理工大学 车顶盖及车身后部部分曲面重构 20 刚开始的时候对于曲面中间的塑料横条部分没有单独的建立单独的曲面，。