汽车车身曲面重构技术应用

摘 要：为了对现有车身进行修改，并在此基础上进行改进 ，利用CATIA 为工具，以实， 际汽车车身为对象，以 B 样条及 NURBS 曲面为曲面构造方法进行汽车车身曲面的重构，从而达到了汽车车身曲面光顺性要求。

逆向工程在汽车新产品的模型设计、现有产品的修改、破碎零件的重构和工业检测方面具有广泛的应用，继而出现了多种曲面重构的方法 ，具体方法如 ：第一种，基于递归分割理论的曲面重构方案；第二种，以 B 样条或 NU R B S 曲面 勺基础的曲面构造方案；第三种，以三角 Bezier 曲面为基础的曲面构造方案 ；第四种，以多面体方式来描述曲面物体方法。

由于 3D 的 B 样条曲线构成的 NU R B S 曲面，这类曲面可进行边界切矢及 曲率的修改 ，以保证曲面的光顺。同时N U RB S 是 ISO 在 STEP 标准中制定的自由曲线和曲面的唯一表示标准，并且为 C A G D 提供了统一的数学描述方法 ，是曲面造型技术发展趋势中最重要的基础。

在此本文采基于以 B 样条或 N U R B S 曲面为基础的曲面构造方案为主 ，其它方案为辅的方法为本次实验对象进行局部修 改及严重变形部分的曲面重构。

1、汽车车身曲面的特点和重构 的难点

在汽车整车产品中，汽车的覆盖件 ，特别是构成整车车身的外部覆盖件，产品变化频繁 ，市场生命周期较短。而且一般都有产品结构尺寸较大、形状构成比较复杂 、所采用材料厚度相对较小 、成 型质量 高等特点 ，所以它的设计和生产就成 了整车产品开发 中的一个关键环节 。

当今的车身外部造型设计，在国外被专业人员中称作“流线型设计”。按照造型师的理念汽车外形的连续完整性应有各种曲面光滑的连接以及微妙的光学效果显示出来，其显著的特点是可获得 0．20 甚至更低的风阻系数。这在油价飞涨的今天具有相当重要的现实意义。

从上述车身的特点可以看出，它要求汽车覆盖件曲面造型设计中产品的外表面的曲线和曲面要非常光顺 ，这也就成了汽车车身产品生产中的难点。

2、C A T lA 为 曲面重构提供功能模块

CA T IA V 5 提供了两个逆向工程模块，即数字曲面编辑模块 DSE 和快速曲面重构模块 Q SR 。它涵盖逆向软件的基本点云输入和数据输出功能及点云数据处理功能，并综合应用创成式曲面设计模块 G SD 和自由曲面造型模块 FSS 及汽车A 级曲面模块发挥其强大的曲面、曲线拟合功能。并且，由于它将逆向工程模块融于一体，实现逆向工程与正向的曲面功能的交互应用，其使用变得更为简便、灵活。文章综合地使用了 C AT IA 软件的 D SE 、QSR 、G SD 、FSS 和 A CA 五个模块 ，从而有效地满足汽车车身曲面重构要求。

3、汽车车身重构过程

（1）数据采集和数据预处理。汽车车身是由很多复杂曲面拼合而成的，如果用接触式测量，则有可能在点云拟合时数据量不够，而且测量效率低，不能满足曲面构建所需的高速建模。所以对于汽车外表面曲面的重构，最好使用非接触测量的方 法，从而保证重 构 的 C A D 模 型能 比较 准确地 与实物模型吻合，而且缩短开发周期。本次实验采用的是由天远三维科技有限公司生产的 OK IO —II一400 光栅测量仪。本次扫描的对象是一辆吉普车，从测试中可以看出，本次数据量非常大(78 万点 )，由于车体变形严重，车身体积大不能采集完整的车身，由测试中可以看出，我们只采集了车身左半部分的点云，在车顶部分只采集了边缘的一些特征点，为本次曲面重构增加了难度 。

在 CATIA 软件环境中，切换到数字化外形编辑器(Digi—tized Shape Editor ，简称 DSE) 模块下，对坏点进行数据处理，精简云点，减少数据处理量，以便实物的模型更容易分辨，为曲面重构做好准备。

(2)CAD 模型重建。

①点云数据的分割。由于汽车车身是左右对称的，所以在我们只采集车身的左半部分作为重构的对象。曲面分割的合理于否直接影响到曲面重构的难宜和精度。在点云分割的时候不要分割的太细，因为有些细节并不重要 ，反而会影响整体车身的结构和精度 ，尽量用最少的 B 样条线来表示。因为曲线的好坏直接影响曲面的生成，所以我们采用投影的方法成生交线 ，由交线生成样条线，以保证所生成的曲面的光顺性。

②曲面重构。在这个过程 中我们用的是D SE 、Q SR 、G SD 、FSS 和 A C A 五个模块，由于车顶部分没有点云 ，而且不能用修改 M esh 命令中的 Neighborhood 的值来修补。所以在车顶部分的重构，我们需要通过草图画出车顶曲面 ，实现车顶部分曲线制作。由此曲线生成 3D 样条曲线 ，并分析 、调整曲线使其光顺，分析结果如图2 所示。

完成所有 曲面重构后 ，通过镜像得到完整 的汽车车身 的曲面模型 ，如图 2 所示 。

(3 )维护方便。智能仪表可以对信息数据接入中央监控室控制和管理，对于故障和异常能够快速的识别并处理。传统的开关柜需要配有多种模拟指针仪表及继电器 ，给生产 、储存 、维修带来极大不便 ，并且以人工直接操作为主，无法实现计算机智 能管理 ，对于较为复杂 的控制逻辑实现起来 比较 困难 。采用智能电量监控仪表，所有测控单元直接下放到开关柜内。数据上传至各子站的主控单元进行处理存储 、调配以及通信协议的转换，并通过光纤收发器接入星型结构光纤以太网，以实现中央监控室对各子站的集中监视 、测量、控制和管理功能 ，提高了系统的可靠性以及方便 Et后的升级维护 ，并使系统安装接线工作减至最低 ，符合国际流行的分散分布式现场网络结构 。

3、智能仪表技术及其应用的发展探讨

（1）智能化程度有待提高。智能仪表的智能化程度表征着其应用的广度和深度，目前的智能仪表还只是处于一个较低水平的初级智能化阶段，但某些特殊工艺及应用场合则对仪表的智能化提出了较高的要求。而当前的智能化理论，如：神经网络、遗传算法、小波理论、混沌理论等已经具备潜在的应用基础 ，这就意味着我们有必要也有能力结合具体的应用需要下大气力开发高级智能化的仪表技术。

（2）可靠性有待增强。仪表运行的稳定性、可靠性是用户首要关心的问题 ，智能仪表也不例外。随着智能仪表技术的不断拓展、新型的智能仪表也将陆续投放市场，准确性、稳定性、可靠性是工业现场仪表的三项重要指标 ，三者是紧密联系的，其中可靠性最为重要。没有可靠性，准确性、稳定性就无从谈起。因此，可靠性是智能仪表整体设计的关键，从用户的角度看 ，它是产品质量的体现；从设计者的角度看，它是产品软 、硬件设计水平 的综合表现 。所 以，可靠性一直是设计者追求的目标。由于以单片机为核心的智能仪表步人工业现场 ，仪表行业发生了巨大变革 ，仪表的测量精度提高，功能加强 ，特别是智能仪表的通信能力，为现代工业控制系统提供了坚实的基础 。

（3）功能有待强化。目前工业自动化领域的实际应用尚未将智能仪表的功能发挥最大化，而更多的只是应用了其总体功能的半数左右。而这一应用现状的主要原因是，控制系统的总体架构忽略了诸如现场总线的技术优势 ，这需要仪表厂商与用户建立 良好的合作伙伴关系，加强长期合作，以短期投资促长期效益，通过建立“智能仪表 + 现场总线”的控制系统架构，确立优化的投资观念，达成和谐共赢的目标 。

4、结语

由于我国的制造型企业(特别是汽车方面)在创新 、设计能力等方面与国外的先进企业还存在着很大的差距。因此通过逆向工程的方式快速的学习、消化和吸收国外先进的技术和经验有着重要的意义和价值。

本文在原有数据的基础上进行了局部修改，从而使车身更具有流线感 ，增加 了其美观性，能有效降低风阻系数。