1、 电动汽车构件逆向工程设计及快速成型 专业班级： 机制 学生学号： 学生姓名： 指导老师： 二 XX 年 X 月 摘要 电动汽车构件逆向工程设计及快速成型 摘要 电动汽车车身外观结构件多采用流线型设计，车身外壳由诸多块复杂的空间曲面拼接而成。空间曲面通常难以用传统制图方法表示清楚，在传统车身设计的方法中，车身的结构信息和设计参数传递是借助二维图纸和三维模型 来进行的，这就使得汽车车身设计开发技术难度大，周期过长，成本高昂，无法响应竞争日趋剧烈的市场需求。 本文采用逆向设计的方法对电动汽车车身构件进行研究，采用 ATOS II 三维光学扫描仪扫描得到车身构件的点云数据，在逆向工程软件 Goema
2、gic studio 12 上对电动汽车车身的点云数据进行处理，并完成车身曲面的重构工作，获得参数化曲面 CAD 模型后， 然后在 Pro/E 中进行实体化及后续的细节处理，最后过通过 FDM 快速成型技术制作电动汽车车身构件的模型件，用于评价电动汽车产品外观和结构， 为后续车身研发设计及改进创新奠定了基础。 关键词 ： 电动汽车车身结构件、逆向工程、点云数据、曲面重构、快速成型 I ABSTRACT REVERSE ENGINGEERING AND RAPID PROTOTYPING OF ELECTRIC VEHICLE BODY COMPONENTS ABSTRACT The exter
3、ior structure of the electric vehicle body is designed with streamline design, and the body shell is made up of a plurality of complex space curved surfaces. Usually curved surface hard to express clearly by use conventional cartography, in traditional body design method, body structure and design p
4、arameter transfer is carried out with the help of 2D drawing and 3D model, which makes automotive body design and development technical With a great difficulties, long cycle, high cost and unable to respond to the needs of the increasingly fierce market competition. This article uses the method that
5、 reverse design to study electric vehicle components. Body of the electric automobile point cloud data were collected by ATOS II 3D optical scanner, and processed by Goemagic studio 12. After the reconstruction of the body surface, the CAD model of the parametric surface can be obtained. And then in
6、 the Pro/E to carry out the physical and follow-up of the details of processing, and finally the model by FDM rapid prototyping manufacture of electric vehicle components, for the evaluation of the appearance and structure of electric vehicle products, which lays a foundation for subsequent body dev
7、elopment, design and innovation. Key words: electric vehicle body structure, reverse engineering, point cloud data, surface reconstruction, rapid prototyping II 目录 目录 第一章 绪论 . 1 1.1 逆向工程简 介 . 1 1.1.1 逆向工程定义 . 1 1.1.2 逆向工程应用的领域 . 1 1.1.3 逆向工程的步骤划分 . 1 1.1.4 逆向工程的发展现状 . 2 1.2 汽车车身构件产品开发 . 3 1.3 论文的研究内
8、容及组织结构 . 5 第二章 电动汽车车身结构件的三维测量 . 5 2.1 电动汽车车身结构简介 . 5 2.2 点云数据 . 6 2.2.1 点云数据的基本概念 . 6 2.2.2 点云数据的存储格式 . . 6 2.3 点云数据测量方法简介 . 7 2.3.1 接触式测量法 . 8 2.3.2 非接触式测量法 . 9 2.4 ATOS II 三维光学扫描仪简介 . 10 2.5 电动汽车车身构件的三维测量 . 11 2.5.1 测量过程 . 12 2.5.2 数据测量的误差分析 . 15 2.6 本章小结 . 17 第三章 电 动汽车车身构件模型的重构 . 17 3.1 曲面重构概述 .
9、17 3.2 电动汽车车身构件曲面重构的特点 . 17 3.3 Geom agic Studio 软件简介 . 18 3.4 基于 Geomagic 的电动汽车车身构件的曲面重构 . 20 3.4.1 点处理阶段 . 20 3.4.2 多边形阶段 . 24 3.4.3 形状阶段 . 27 3.5 基于 Pro/E 的车身构件的实体化造型 . 31 3.6 本章小结 . 36 III 目录 第四章 电动汽车车身构件的快速成型 . 36 4.1 快速成型概述 . . 36 4.1.1 快速成型定义 . 36 4.1.2 快速成型的特点及应用领域 . 36 4.1.3 典型的快速成型工艺 . 38
10、4.2 快速成型工艺及方法的选择 . 39 4.3 模型件的工艺制作流程 . 39 4.4 本章小结 . 46 第五章 结束语 . . 46 5.1 总结 . 46 5.2 展望 . 47 参考文献 . 48 致谢 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 附录 A.外文翻译 原文 . 50 附录 B.外文翻译 译文 . 57 IV 第一章 绪论 第一章 绪论 1.1 逆向工程简介 1.1.1 逆向工程定义 逆向工程：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
11、新和改进，从而获得到新的设计，研发出新的产品的技术反向求解过程。逆向工程是基于原有产品或实物样件的基础上，在无原有产品设计信息的技术支持下，获取到结构设计的概念，用以实现对产品进行深入剖析，然后应用于制造生产，开发创新的一种工程技术手段。逆向工程开始来自于广义范畴上的计算机辅助设计和计算机辅助制造系统，但是因为其又与几何测量学、计算机视觉图像处理学、数字化集成制造技术学等学科之间有着相互的联系，所以逆向工程它的交叉领域比较广泛，目前已经形成为相 当独立的技术研究分支。 1.1.2 逆向工程应用的领域 当今发达的科技造就了多种多样的产品设计、制造、创新技术的进步。在产品开发设计中，通过逆向工程已
12、成可以大大降低产品研发成本，快速完成产品投产，迅速占领市场，极具实用商业战略。其应用领域包含：逆向设计、品质评价、物体还原等。 逆向设计：在没有产品原始设计资料及相关参数，而市场对产品又有需要情况下，我们可以通过逆向工程来实现技术垄断，解决产品开发与市场需求之间的矛盾。 品质评价：通常投放在市场上的产品都会有市场反馈这一环节，企业管理者可以根据这些反馈 对原有的产品进行改进创新，通过逆向工程对产品进行改进创新，然后再回馈市场，用于品质评价。 物体还原：文物及艺术品比较通常比较脆弱，如保护不当容易损坏，特别是一些珍贵的古文物、古建筑，在考古挖掘时由于各种原因已经发生损毁的，我们可以通过逆向工程手
13、段对其进行复原，可以将复制品展示给世人。 1.1.3 逆向工程的步骤划分 逆向工程的步骤按照先后关系可依次为：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。每一个步骤的工作内容都不一样，处理和针对的问题也不一样，在逆向工程中，前一个工作一 般会对后续工作产生影响，因此我们尽可能完善当前的工作，然后再进入下一个阶段的处理中去，主要就可以避免回到上一个步骤去 1 第一章 绪论 进行修改，可以省去很多时间和工作量。逆向工程其详细主要步骤流程如下图 1.1 所示。 测量点云数据：测量点云数据，也称点云数据的获取，是产品逆向工程的第一个步骤，前 提基础之一，它也是重构数字化模型
14、的不可缺少的重要条件。测量点云数据即通过专用测量仪器对物体表面进行空间（ X,Y,Z）点坐标值（三维点数据）进行提取，得到的是物体表面大量点云数据点。想要 测得理想的数据，那么就要有符合精度要求的测量设备并选择合理的测量方法。 处理点云数据：一般情况下我们测量出来的点云数据店的数量多，有些比较混乱，拓扑关系不清晰，同时受到测量方法本身的缺点影响会造成噪点及烂点，因此需要对获取的三维坐标数据进行后续的精细处理。这一过程为下一步的重构数字化模型打下了坚实的基础，这一过程处理得好，我们才更容易在后续的数字化模型重构中获得较好的模型质量。 重构数字化 CAD 模型：获取工业产品数字化 CAD 模型主要
15、是为了用于评价，对模型的评 价主要解决以下问题 ： 通过逆向工程得到的模型是否具有实际的利用价值； 所建立的 CAD 模型的精确度能不能符合要求； 根据模型制造出来的零件是否出现大范围变形，与 原来的产品能不能保持一致。 检验并修改模型：工程技术上通常采用数控加工或快速成型加工出样品，然后进行重新检 测，对重构的数字化 CAD 模型进行误差分析，以检验重构的数字 CAD 化模型的精度合格 或者其他指标是否达到要求。 图 1.1 逆向工程步骤流程图 1.1.4 逆向工程的发展现状 （ 1）国外现状 20 世纪 90 年代逆向工程技 术得到了极大的推进，这归功于三维测量技术的发展，而三维测量技术的发展，又归功于激光技术的发展。人们将激光学应用在测量学上，因其在速度、精度、操作性等方面表现出了绝对的优势。随着激光技术、计算机辅助设计技术等在国外的飞快发展和突破，逆向工程的研究开发和推广应用得到国外的政府部门、企业、科技研究所的大量资金的支持。在国外，目前逆向工程技术发展得十分成熟，理 2
