以Imageware为基的汽车零件逆向设计

陈玉文，叶国英

CHEN Yu-wen, YE Guo-ying

（常州机电职业技术学院 机械工程系，常州 213164）

0 引言

汽车零件点云数据经点云处理、构造8个面（拟合平面A、拟合平面B、圆角曲面C、自由曲面D、自由曲面E、圆角曲面F、圆角曲面G、圆角曲面H）及修剪面的边界三步，便可完成该产品的外形逆向设计。汽车零件逆向设计要求：1）设计偏差≤0.5mm。2）角度偏差≤0.5°。3）曲面相切连续。原始点云数据如图1所示，逆向设计完成后的产品如图2所示。

图1 原始点云数据

图2 逆向设计完成后的产品

图3 去除噪点后的点云数据

1 点云分析及处理

根据点云特征进行分块处理，这对后面的设计十分重要。原始点云数据上有三处噪点，必须去除。1）对点云进行多边形化；2）圈选点去除噪点2处，拾取删除点1处，共3处噪点。经去除噪点后点云数据如图3所示。

2 构造平面A、B及曲面C、D、E、F、G、H

2.1 构造拟合平面A

分析点云曲率，面A为平面，采用由点云构建曲面的拟合平面方法构造。1）评估分析点云曲率，为下面基于颜色的特征操作准备；2）基于色彩抽取点云，把点云曲率一致的原始点云分成几部分；3）圈选平面A的点云；4）分析点云A曲率，确定曲面类型为基本平面；5）点云A构造拟合平面；6）拟合平面延伸；7）测量点云偏差，检查平面A的精度，最大偏差为0.223mm，符合要求。构造拟合平面A如图4所示。

2.2 构造拟合平面B

平面B与平面A的构造方法相同，即利用点云B拟合一个平面。1）圈选平面B的点云。2）构造拟合平面B。3）对平面B进行延伸操作。4）检查平面B的精度，最大偏差为0.332mm，符合要求。构造拟合平面B如图5所示。

2.3 构造圆角曲面C

曲面C是由平面A与平面B进行倒圆角构造而成。1）测量构造曲面C的圆角半径为28mm左右；2）构造圆角曲面C；3）检查曲面C的精度，最大偏差为0.338mm，符合要求。构造圆角曲面C如图6所示。

图4 构造拟合平面A

图5 构造拟合平面B

图6 构造圆角曲面C

2.4 构造自由曲面D

分析点云曲率，曲面D为曲面，采用由点云构建曲面的自由曲面方法构造。1）基于色彩抽取点云，把点云曲率一致的原始点云分成几部分；2）圈选曲面D的点云；3）分析点云D曲率，确定曲面类型为自由曲面；4）构造自由曲面D，并显示曲面D与点云D之间的误差，最大偏差为0.151mm，符合要求；5）对曲面D进行延伸操作。构造自由曲面D如图7所示。

图7 构造自由曲面D

图8 构造自由曲面E

图9 构造圆角曲面F

2.5 构造自由曲面E

曲面E与曲面D的构造方法相同，即利用点云E构造一个曲面。分析点云曲率，面E为曲面，采用自由曲面方法构造。1）基于色彩抽取点云，把点云曲率一致的原始点云分成几部分；2）圈选曲面E的点云；3）分析点云E曲率，确定曲面类型为自由曲面；4）构造自由曲面E，并显示曲面E与点云E之间的误差，最大偏差为0.045mm，符合要求；5）对曲面E进行延伸操作。构造自由曲面E如图8所示。

2.6 构造圆角曲面F

曲面F是由平面B与曲面E进行倒圆角构造而成。1）测量构造曲面F的圆角半径为 20mm左 右；2） 构造圆角曲面F。在圆角曲面对话框中选B-样条选项；3）检查曲面F的精度，最大偏差为0.157mm，符合要求。构造圆角曲面F如图9所示。

2.7 构造圆角曲面G

曲面G与曲面F的构造方法相同。曲面G是由平面B与曲面D进行倒圆角构造而成。1）测量构造曲面G的圆角半径为20mm左右；2）构造圆角曲面G。在圆角曲面对话框中选B-样条选项；3）检查曲面G的精度，最大偏差为0.342mm，符合要求。构造圆角曲面G如图10所示。

2.8 去除B、D、E面多余部分

平面B及曲面D、E有多余部分，必须修剪掉。1）修剪平面B的多余部分；2）修剪曲面D、E的多余部分。去除面多余部分如图11所示。

图10 构造圆角曲面G

图11 去除面多余部分

图12 构造圆角曲面H

2.9 构造圆角曲面H

曲面G与曲面F的构造方法相似。曲面H是由曲面D、G与曲面E、F进行倒圆角构造而成。1）测量构造曲面H的圆角半径为10mm左右；2）G、F圆角曲面反转曲面法向；3）构造圆角曲面H，在圆角曲面对话框中选B-样条选项；4）检查曲面H的精度，最大偏差为0.333mm，符合要求。构造圆角曲面H如图12所示。

3 修剪平面A、B及曲面C、D、E、F、G、H的边界

平面A、B及曲面C、D、E、F、G、H超 出原始点云数据最外轮廓边界的部分须修剪。1）选择点云的边界点构造5条3D B-样条；2）对每条边界曲线进行延伸；3）将每条边界线投影曲线到曲面；4）对8个面进行修剪操作（修剪曲面区域），去除多余的曲面。设计完成后的产品如图2所示。

4 结束语

通常所讲的逆向设计是指将实物样件转变为CAD模型，点云数据可通过一些设备由实物获取。Imageware是一门专业的逆向设计软件，该软件逆向设计功能强大、用途专一、效率高，但用途单一，对于产品结构逆向设计等方面不够灵活。利用专业逆向设计软件（如Imageware）和基于正向的高端CAD/CAM软件（如UG）来进行产品的逆向设计，会带来前所未有的方便和快捷。

[1]徐勤雁, 周超明, 单岩.UG NX逆向造型技术及应用实例[M].北京∶ 清华大学出版社, 2008.