反求工程在汽车转向节逆向设计中的应用

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1、第33卷第2期龙岩学院学报Vol．33No．22015年4月JOUＲNALOFLONGYANUNIVEＲSITYApril2015工业技术反求工程在汽车转向节逆向设计中的应用白杏哲，翁剑成，陈清奖，黄伟彬(龙岩学院福建龙岩364000)摘要:借助手持式三维激光扫描仪ＲEVscan对汽车转向节进行扫描，得到转向节的点云数据并导入GeomagicStudio软件进行点云和多边形处理;基于NUＲBS曲面重构技术，对转向节多边形数据进行曲面拟合和质量分析。结果表明:通过NUＲBS曲面重构技术可快速改进产

2、品原型，为汽车转向节开发提供了重要途径。关键词:逆向工程;点云;曲面拟合;转向节中图分类号:TB472文献标识码:A文章编号:1673－4629(2015)02－0040－04近年来，随着机械制造业的快速发展，产品的更新换代加速，对零部件的设计周期和质量提出了越来越高的要求，按照传统的正向设计开发零部件，增加产品的开发周期，逆向设计已成为我国制造业自［1］主研发的重要手段。它以先进的CAD/CAE/CAM技术为基础，对已有产品进行反求，获得产品的CAD数据，从而缩短产品的开发周期，满足多品种、小

3、批量的生产要求，能让企业在激烈的市场竞争中占有重要地位。本文以含有复杂曲面的汽车产品———转向节为例，详细介绍其CAD模型重构过程。三维CAD模型重构技术是从一个已有的物理模型或实物零件产生相应的CAD模型数据的过程，包括物体网格化、特征提取、表面分片和曲面构造等。其中曲面构造是整个逆向过程中最重要、最复杂的一环，曲面构造的［2］好坏直接影响后续的工程分析、创新设计和加工制造质量。1点云数据的获取方案和处理快速精确地获取产品点云数据是逆向工程设计的重要环节。根据测头是否与被测零件接触，目前［3］

4、的测量方法分为接触式测量和非接触式测量两大类。其中，接触式测量方法是利用测头与被测物体进行接触时触发一个记录信号，并通过相应的设备记录下当时的标定传感数值，从而获取三维坐标数据信息。三坐标测量原理是将被测物体放置于三坐标机的测量空间，可获得被测物体上各测点的坐标数据，根据这些点的空间坐标值，经换算可得到被测对象的几何尺寸、位置和形状。三坐标测量机和关节臂式测量机具有较高的准确性和可靠性，但其测量效率较低，关节臂测量机如图1。非接触式测量方法主要是是利用某种与物体表面发生相互作用的物理现象，如光、

5、声和电磁等，来获取物体表面的三维坐收稿日期:2014－11－10作者简介:白杏哲，男，河南洛阳人，龙岩学院机电工程学院2012级机械设计制造及其自动化专业学生。通讯作者:翁剑成，男，福建龙岩人，龙岩学院机电工程学院讲师，主要研究方向:工业设计、计算机辅助设计。基金项目:龙岩学院2014年福建省大学生创新创业训练计划项目(S20141006)。40反求工程在汽车转向节逆向设计中的应用工业技术标信息。该方法具有无须测头半径补偿，测量速度快，可以测量材质较软物体的特点，近年来得到广泛应用。本文采用非接

6、触测量方法，利用扫描精度可达0.05mm的手持式三维激光扫描仪ＲEVscan设备，对平放在水平面上的转向节进行非接触式测量，如图2所示。要想完成平放的转向节所有表面的数据采集，必须对转向节上表面和下表面进行两次扫描。扫描后获得的两片点云数据经过着色、删除体外孤点、非连接项、减噪等操作，操作中要注意保留一定的边界部分，以弥补在分网和拟合曲面时出现的边界损失。导入GeomagicStudio后如图3、图4所示。图1关节臂测量机图2扫描标定图3转向节上表面点云2多边形数据拼接对齐把不同视角扫描得到的图

7、3、图4两片点云数据分别进行统一采样和封装操作，得到转向节上下两半多边形数据模型。对该两半多边形数据进行删除钉状物、填充孔、去除特征、修复网格内的缺陷等光顺操作后，导入到同一个坐标系下进行拼接。采用最佳拟合的方法，得到公共坐标系的转向节多边形整体模型，如图5所示。图4转向节下表面点云图5转向节多边形模型3NUBＲS曲面生成及质量分析3.1NUＲBS曲面生成曲面造型技术是逆向工程中很重要的一步，常用的参数多项式曲面重构方法有B－Spline法，Bezier法和NUＲBS曲面法等，而NUＲBS曲面法

8、可精确描述复杂曲面的外观结构，更好地控制曲面曲线度，常被作为曲面重构的理论方法。41反求工程在汽车转向节逆向设计中的应用工业技术NUＲBS曲面造型技术的过程是:首先从点云中重构出三角网格曲面，再对这些三角网格曲面分片，得到一系列有四条边界的子网格曲面，最后，用NUＲBS曲面片拟合每一片子网格曲面，得到保持一［4］定连续性的CAD模型。对于μ向k次ν向1次的NUＲBS曲面定义为:mn∑∑Ni，p(μ)wijPijmni=0j=0S(μ，υ)=mn=∑∑Ｒi，p，j，q(μ，υ)i=0j=0∑∑Nr