电动汽车构件逆向工程设计及快速成型答辩ppt.pptx

姓 名 导 师 陈敬兴 张海 付伟 电动汽车构件逆向工程设计及快速成型 1.1 逆向工程简介 定义：一种基于已有产品，通过学习、模仿、借鉴，吸收该产品的设计并对其进行创新和改进，从而获得到新的设计，研发出新产品的技术反向求解过程。 应用领域：逆向设计、品质评价、物体还原等。 步骤划分：测量点云数据→处理点云数据→重构数字化CAD模型→检验并修改模型。 发展现状：激光技术的发展推动三维测量技术的发展，逆向工程由此取得很大的进步，目前，国外一些发达国家技术已经十分成熟，我国在逆向领域起步晚，发展快，但整体水平落后于发达国家，特别是在逆向工程的测量设备和逆向软件方面。 1.2 汽车车身构件产品开发 图1.1 传统的车身设计流程 2.1 电动汽车车身结构简介 汽车车身是由不同的型面和钣金件通过焊接拼装而总成的，承载式结构是目前市场上车身多采用结构，其零部件如图2.1所示。 图2.1 典型汽车车身结构部件图 2.1 点云数据 定义：在同一个空间参考坐标系下获取物体表面大量取样点的集合。 存储格式：在数据测量时使用不同测量设备，得到的点云存储格式也不同。由三维坐标测量机和激光扫描测量得到的点云数据一般是以*.ASC或*.TXT格式的绝对三维坐标值进行存储的。 测量方法：接触式测量法、非接触测量法。 2.2 测量设备 本文采用德国 GOM 公司研发生产的ATOS II三维光学扫描仪系，该扫描仪使用了立体相机测量技术和先进的电位差相位测量光栅技术，如图2.2所示。 图2.2 ATOS II 三维光学扫描仪 2.3 测量过程 激光扫描测量流程如图2.3所示 图2.3 激光扫描测量流程图 点云测量之前必须先就行标定，即贴标处理，目的是为了确定在分区域不连续扫描测量过程中，点与点之间保持着确定的空间相对位置，如图所示2.4所示 2.3 测量过程 图2.4 后围板的贴标过程 2.3 测量过程 对应透明的和不能反光的物体曲面，扫描仪是扫描不出来的，需要喷涂特定的显像剂才能扫描得到点云，如图2. 5所示为挡风玻璃喷涂显像剂过程。 图2. 5 挡风玻璃喷涂显像剂 2.3 测量过程 经过多次测量得到的车身点云数据如图2. 6所示。 图2.6 车身主体点云数据 2.3 测量过程 经过多次测量得到的车身点云数据如图2. 7所示。 图2.7 后围板点云数据 3.1 曲面重构概述 NURBS 曲面：是一种非常优秀的建模方式，在高级三维软件当中都支持这种建模方式。NURBS 能够比传统的网格建模方式更好地控制物体表面的曲线度，从而能够创建出更逼真、生动的造型。 操作软件：Geomagic Studio 是美国雨滴软件公司开发的一款出色的点云数据处理和曲面构建逆向工程软件。 曲面重构：由扫描得到的点云数据还原产品曲面形状，通过计算机辅助设计软件实现重构曲面，得到其数字化模型的过程 3.2 重构过程 多边形阶段 点阶段 形状段阶段 3.2.1 点阶段 主要任务：对采集到点云数据做进一步的处理，如去除杂点、删除体外孤点、不结合项等使其更为精简，完成后进行封装为由三角面组成的多边形。 图2.8a 去除非连接项 图2.8b 去除体外孤点 图2.8c 减少噪音显示偏差 图2.8d 封装结果 3.2.2 多边形阶段 主要任务：去除三角网模型表面中既有重叠部分，填充破洞，修复边界等，为了后面的曲面阶段打好基础。 图2.9a 去除非连接项 图2.9c 去除非连接项 图2.9b 去除非连接项 图2.9d 去除非连接项 3.2.3 形状阶段 主要任务：对多边形构成的曲面进行轮廓线处理、曲面片处理、网格划分，栅格构造等一系列处理，最终得到符合要的NURBS曲面模型。 图2.9a 编辑轮廓线 图2.9b 构造曲面片 3.2.3 形状阶段 图2.10a 构造栅格 图2.10b 拟合的NURBS曲面 3.3 Pro/E的车身构件的实体化造型 主要任务：进行细节及加厚处理，得到厚度特征的，生成STL实体模型格式的标准文件，用于快速成型。 图2.10a 后挡风玻璃加厚 图2.10b 后围板加厚 3.3 Pro/E的车身构件的实体化造型 图2.10c 后转向灯加厚 图2.10d 车身主体装配与加厚 采用熔融挤压成型工艺（FDM工艺）工艺按1:10的比例缩小制作电动汽车车身后围板的模型，使用的材料为材料ABS，选用的设备为INSPIRE D255 快速成型机，如下图4.1所示。 4.1 成型工艺、材料、设备的选择 图4.1 INSPIRE D255 快速成型机 4.2 成型操作流程 图4.2 制作快速成型件的流程图 图4.3a 变形与分层操作 图4.3b 分层参数设定 图4.3c 设置辅助支撑 图4.3d 打印完成的后围板模拟 5.1 总结 本文利用ATOS II三维光学扫描