基于逆向工程的汽车后视镜再设计研究

1、2009年6月 第37卷第6期机床与液压MACHINE TOOL&HYDRAUUCS基于逆向工程的汽车后视镜再设计研究李海燕1,谭光宇2,李海宝3,赵汗青1(1.黑龙江科技学院机械工程学院,黑龙江哈尔滨150027;2.哈尔滨理工大学机械动力工程学院, 黑龙江哈尔滨150080;3.黑龙江科技学院数力系,黑龙江哈尔滨150027摘要:通过研究和讨论逆向工程的理论和方法,提出汽车后视镜再设计中需要解决的主要问题。利用ATOSII三维光学 扫描测量系统对汽车后视镜进行了反求测量实验;利用Pro/E软件进行了实体模型的萤构;用UG进行了关键点的选取, 再通过ANSYS对汽车后视镜壳体进行了受

2、力分析,在UG中经过改进,最终得到受力更加合理的三维CAD模型。关键词:汽车后视镜;逆向工程;ATOSII;CAD模型蕈构中图分类号:TP391.41文献标识码:A 文章编号:10013881(200960293The Research of AutomotiveReamew Mirror Re.design Based on RELIHaiyanl,TAN Guangyu2,LI Haibao,ZHAO Hanqin91(1.College of Mechanical Engineering,Heilongjiang Institute of Science and Technology,H

3、arbin Heilongjiang 150027,China;2.Mechanical&Power Engineering College,Harbin University of Science and Technology,Harbin Heilongjiang 150080,China;3.Department of MathematicsandMechanics,Heilongjiang Institute of Science and Technology,Harbin Heilongjiang 150027,ChinaAbstract:The main issues fo

4、r the automobile rearview mirror re-design were discussedbased on reverse engineering.The reverse measurement on automobile real'view mirror was made using ATOSII 3D optical scanner diagraph system,the physical model was re-constructed using Pro/E software,the key points were selected by UG,the

5、force of automobile rearview mirror shell was analyzed by ANSYS and improved in the UG,a lnore reasonable 3D CAD model was obtained.Keywords:Automobile rearview mirror;Reverse engineering;ATOSII;CAD model reconstruction逆向工程是一门开拓性、综合性和实用性很强的 技术,运用逆向工程技术可大幅度缩短新产品开发周 期和增强企业竞争能力,所以推广实施逆向工程技术 是我国工业、企业发展的

6、必由之路¨。随着计算机图 形学、计算机辅助几何设计和高性能计算等相关技术 的发展,三维CAD技术已在制造业中被广泛使用, 产品的三维CAD模型已成为现代产品开发、制造、 改型和使用维护的基础和平台。逆向工程技术主要应 用于新产品的设计研制与开发,对已有产品的剖析和 再设计、零件制造精度检测、医学康复研究。因此, 逆向工程的着眼点在于对原有实物进行修改和再设 计,制造出新的产品旧1。结构光的测量技术在商化的 光学测量系统中最为流行,ATOSII测量系统是其中 非常有代表性的一种,并在工业实践中被广泛使 用p。随着产品及技术的交流日益频繁,其生命周期 变得越来越短,各部门纷纷采用新技术来

7、满足市场需 求,其中在产品设计领域中广泛采用了快速原型制造 和逆向工程一。针对产品的外形,研究和探讨一些 精确快速的数据获取、数据处理和模型重构及再设计 的方法,使得重构模型不但能够满足实际精度要求, 而且在受力上更加合理。1汽车后视镜再设计需要解决的主要问题1.1数据采集利用对物体的三维集合形状进行三维离散数字化 处理,ATOSII三维光学扫描测量系统采用的是非接 触式测量,不接触待测物体的表面,测量速度快,因 而可以相当密集地对产品表面进行测量,形成所谓的 “点云”数据。1.2数据处理将获得的外形点云数据进行CAD模型重建以前 必须进行格式的转化,如转化成STL格式,利用 ATOS II系

8、统对经过数据采集设备获得的杂点及噪声 进行滤除、平滑、对齐、归并等处理,达到有利于后 续的建模工作。1.3曲面重构一般情况下,曲面的重构是依据密集点云恢复曲 面形状建立CAD模型的。在数据分割的基础上,首 先辨明不同的点云数据类型,然后根据不同类型的点 云模型选择不同的曲面构建方法。收稿日期:20080604基金项目:哈尔滨市科技攻关项目(2005AAlCG020;黑龙江省自然科学基金项目(E200527 万 方数据30 机床与液压 第37卷1.4再设计利用Pro/E和UG软件系统对实物模型或样件进 行重构曲面,利用ANSYS对模型进行气体动力学仿 真实验,找到相对更加理想的实物模型,即逆向工

9、程 再设计环节。重建的模型充分体现出较原型的理想 性,即把正向设计和反求工程有机结合起来进行优化 再设计。这一结果是达到逆向工程的最终目的的必然 要求。2汽车后视镜的三维CAD模型的重构和再设计实 例通过ATOSII系统对汽车后视镜壳体进行点云数 据的采集,然后综合运用Pro/E、ANSYS和UG这3种软件的强大功能对汽车后视镜壳体模型进行点云数 据处理、再设计和三维CAD模型重构等。运用 ANSYS软件对汽车后视镜进行有限元分析M。在分 析过程中如果模型出现问题也可以返回Pm/E中及时 进行修改,在UG中对模型进行改进,并重新生成 3D模型。2.1利用ATOSII系统进行汽车后视镜壳体模型

10、点云数据的获取ATOSll系统是一种在逆向工程和工业检测中被 广泛使用的光学测量设备,它综合了光学三角化、条 纹投影和相位移动等原理对实物样件进行非接触高速 测量。使用ATOSII系统对样件进行光学扫描,在扫 描过程中获取样件的表面数据以及根据参考网格对齐 从不同视角测量时所获得的多个点云。使用ATOSII 系统测量时,需要用未编码的点作为参考点集,参考 点以矩形网格模式按一定的间距均匀放置在样件的表 面,使得从任一个视角进行测母时都能保证在视场中 至少有3个参考点。通过筛选和划分得到比较精确的数据点云,使用ATOSII对汽车后视镜壳体进行扫描得到的数据点云,如图1所示。 图1汽车后视镜壳体数

11、据点云 2.2利用Pro/E软件对汽车后视镜壳体模型进行 重构利用Pro/E软件,读取通过ATOSII三维光学扫 描仪测量系统对汽车后视镜扫描获取的数据点云,进 行点云数据的处理,编辑成曲线、蒙面,构造出该汽 车后视镜壳体的模型。过程如下:从图1中提取能代 表该汽车后视镜壳体的数据点,然后通过Pro/E软件 中的Scan Tool模块进行连线得到具有代表性的壳体 的轮廓线,利用create_÷Su血ce_AdV粕ced-+Bound aries创建Boundaries曲面,利用Create_÷surf如e-+nat 创建Flat平底面,将所创建的曲面和平底面合并曲面,用Pr

12、otrusion-*Use Quilt-÷Solid将合并完成的曲面转为模型¨1,如图2所示为通过Pm/E建 图2通过Pro/E建模得到的模型。 模得到的模型2.3汽车后视镜壳体模型的再设计ANSYS的几何建模功能相对较强,是集结构、磁 场、流体分析于一体的大型有限元分析软件,具有与 Pro/E、AutoCAD等多数CAD软件的数据接口,成功 地实现了与Pro/E的数据共享和交换。ANSYS具有强 大的网格划分功能、加载求解能力和后处理能力。将汽车后视镜壳体模型导入到ANSYS软件中, 通过定义各种属性和网格划分转化为有限元模型,结 合ANSYS软件的具体功能,选用与该壳体

13、分析相匹 配的Quad 4node42单元,并选用Brick 8node45实体 单元,其横截面由直线和样条曲线组成,一端固定在 汽车上,另一端悬空的自由度,选取具有代表性的截 面,通过ANSYS有限元分析显示壳体的模态自由度。 汽车后视镜壳体的材料为一般耐热的工程塑料 XC一180,泊松比为u=0.3;弹性模量为E=2300MPa; 密度为P=1.08×103kg/m3。在分析过程需要经过定义 标题和设置参数、定义单元类型、定义材料性质、创 建关键点,在UG软件中进行操作,将关键点显示出 来,创建关键点后创建关键线,得到关键线后创建横 截面,再定义网格密度并进行网格划分等。 图3受

14、力分析图 万 方数据第6期 李海燕等:基于逆向工程的汽车后视镜再设计研究 31在分析过程中,将坐标进行简化,受力分析采用 如图3所示的形式,得到如图4所示的受力分析结果 图,依图中数据分析可知,曲率小的形式的受力分析 效果不如曲率大的形式的受力分析效果好,所以最终 采用曲率大的截面形式。(a改进前的受力分析结果图(b改进后日可受力分析幽图4受力分析结果图确定了截面形式后,在UG中按曲率大的截面形 式将各个坐标改进后得到实体模型哺o,如图5所示为 改进后的汽车后视镜三维CAD模型。图5改进后的汽车后视镜三维CAD模型3结束语(1通过对CAD模型在产品全生命周期中作用 的分析,提出通过逆向工程从逆

15、向获取CAD模型的 必要性。在逆向工程的实际应用中,可以利用 ATOSII三维光学扫描仪测量系统对研究对象进行测 量,将结果转化为STL、IGES或DXF等格式,直接 导入到通用CAD软件如UG、Pro/E中进行数据处理 和模型重构,利用ANSYS对模型进行受力分析。 (2将理论研究应用于某汽车后视镜壳模型的 再设计,利用Pro/E对模型进行了点云数据的处理, 利用ANSYS对模型进行受力分析,得出曲率小的截 面形式的受力分析效果不如曲率大的截面形式的受 力分析效果好,并采用UG软件系统进行了后视镜 壳体模型的再设计,最终得到的模型在受力上更加 合理。参考文献【1】王建勇,贺炜,刘言松,等.逆

16、向工程技术及其实物 反求应用J.机床与液压,2005(5:3436. 【2】唐梦斐.“反求工程”在产品研发中的有效应用J. 山西科技,2006(3:100101.【3】张舜德,魏正英,卢秉恒.逆向工程技术及其工业应 用J.甘肃工业大学学报:自然科学版,2001,27 (2:25-28.【4】孙玉文.面向快速原型制造的反求工程关键技术研究 D.大连:大连理工大学,2000:2527.【5】张畅,张祥林.快速造型技术中的反求工程J.中 国机械工程,1997,8(5:6063.【6】赵晋,郑兰蕊.综合运用Pro/E和ANSYS对齿轮进行 动力学分析J.计算机技术应用,2007(11:4344.【7】刘品德,余世浩,叶建红.Pro/E软件的反求工程技 术与应