浅谈逆向工程在汽车零部件设计制造中的应用

浅谈逆向工程在汽车零部件设计制造中的应用

丁道克，郭小卫，郑振杰，刘晓波

浙江长江汽车电子有限公司，浙江温州，325025

摘要：逆向工程可被看作是再现汽车零部件等产品设计技术的过程，针对目标产品展开逆向研究与分析，以此演绎出产品的技术规格、功能特性、组织结构、处理流程等关键设计要求，从而设计制造出功能相近的系列化产品。该设计技术被广泛地运用于汽车工业制造等领域中，可满足开发新产品、设计更新产品、检测产品质量等需求。本文首先对逆向工程的主要特点进行总结，而后探讨了逆向工程在设计制造汽车零部件时的应用要点，以此为探寻缩短汽车零部件产品设计周期的路径提供参考方向。

关键词：逆向工程；汽车零部件；设计制造

随着汽车产业产品更新迭代速度越来越快，客户对于零部件产品的设计制造质量与效率提出了更加严苛的要求。汽车零部件制造企业通过逆向工程，可针对已有零部件展开反向设计，利用较短时间制作准确度极高的三维CAD模型，精准识别设计缺陷，有效修正产品设计方案，提高零部件制造效率。现探讨汽车零部件设计与制造中应用逆向工程的相关情况。

1逆向工程的主要特点

1.1高效快速

逆向工程被应用于汽车零部件产品的设计制造领域中，有利于规避产品设计风险，缩短开发设计周期，促进产品的家族化与系列化发展。

1.2普适性较强

当前汽车零部件设计中所用的高效快捷的产品开发方法使逆向工程能够对多种形式存在差异的产品开发需求进行有效满足。设计者可借助CAD/CAE系统具有的结构与造型设计能力，通过三维扫描仪采集已有产品模型的点云数据，对三维实体的各项参数进行准确生成。依托逆向软件可针对CAD模型图进行编辑、优化、修改，再向数控加工机床传送，即可制造出符合设计要求的模具或者零部件产品。

2逆向工程在汽车零部件设计制造中的应用

2.1采集数据

首先，应先完成标定系统的操作，根据所用软件，调整扫描仪设备的角度，完成标定计算。处理扫描对象表面时，应使其符合漫反射与浅色等基本条件，如果扫描对象表面容易出现反光或者吸光的情况，比如后视镜表面有较强的反光性并且光洁度较高，基于使其表面形成更强的成像性能的目标，可使用适量显影剂。对测量系统进行调试的过程中，可通过标定板对两相机参数实施标定。完善测量规划方案，具体需要考虑到测量对象的结构特点。如后视镜正面与反面结构存在差异，柄部结构相对复杂，可进行多次逆向测量。先测量主体部分，将足够数量的编码点牢固粘贴到被测对象正反面表面，为多视拼合提供参考依据，再借助体外编码块满足正反面之间的过渡需求；通过第二次测量，对柄部测量数据加以补充。

进入实体测量环节后，可通过光栅投射器投射结构光至被测对象表面，借助完成标定的相机设备同步获取图像，并进行相位计算与解码操作，依靠三角测量原理与立体匹配技术，掌握公共区域中被测对象表面对应的三维坐标值，以此满足精准测量被测对象三维轮廓与后续数字化建模需求。

2.2重构模型

处理点数据模型。因为数据采集环节中可能存在自然因素或者人为因素造成的数据噪点、测量误差等问题，因此需要针对点模型展开简化、去噪、清理等处理操作，确保点数据模型符合完整性的要求。可将点数据向逆向工程系统中导入，通过消除编码点、着色等操作进行数据清理。注册点数据后，将因测量误差而使点云间形成的间隙消除，再对齐点云，合并成完整的零部件点云模型。最后对采样操作进行统一，减少噪音影响，消除其他体外弧点。发送封装操作指令，封装点模型，使其转变成多边形模型。

处理多边形模型。经过封装操作后，由于逆向测量过程中可能会出现测量光栅遮挡、扫描设备抖动、遮挡编码点等情况。因此，多边形会有表面质量不佳、数据缺失等问题。因此，需要针对此阶段的模型实施填充孔处理操作，同时进行打磨、消除特征以及松弛等一系列操作，满足光顺处理需求与数据补缺需求，提高多边形模型的质量。逆向设计期间不能只简单地包裹与封装曲面，需要对零部件的原有设计意图进行充分考虑，确保和正向设计所采用的设计理念保持一致，以此使逆向生成的曲面更加正确与合理。因此，应注重对设计基准的选择与确定。

重构模型。重构曲面模型时，可运用逆向工程系统具有的参数化曲面功能来构建零部件的曲面模型。利用轮廓线探测指令，结合曲面曲率方面的变动，生成零部件的轮廓线，再对操作指令内容进行编辑，逐步调整轮廓线呈现效果，确保轮廓线形态能够贴近零部件的实际形态，从而依照轮廓线，分隔曲面模型的各个区域。再借助轮廓线延伸等功能，创建并优化各个区域交界连接部位。针对存在间隔关系的曲面，可通过混成操作来生成能够连接两曲面的新曲面，同时使连接处形成连续的曲率；也可对两曲面进行延长操作，再实施倒圆角处理。最后，利用分类指令，定义各个曲面对应的基本特性，通过拟合连接与拟合曲面的操作，完成重构初级参数下的零部件曲面模型。完成外表曲面生成操作后，需要通过截面曲率、高光检查来确定曲面的光顺度，以此掌握曲面质量信息。

逆向重构CAD模型时，利用逆向软件系统的交换参数功能，导入经过拟合处理的初级零部件曲面模型，并对参数进行修改，对曲面实施缝合与修剪等处理，使曲线表面形成更高的精确度与质量。考虑到扫描、测量期间的误差可能会导致点云中存在表达较为模糊的结构，因此可依托零部件实体，通过测量工具获取相应参数，并对后续模具设计等特定要求进行关注。

3结论

逆向工程对于小批量、单件的汽车零部件设计与制造项目有着较强的适应性，能够满足当下汽车零部件制造企业缩短开发与设计周期，加快产品更新速度，推进系列化产品设计，降低新产品开发风险等需求。企业将逆向工程应用于设计制造汽车各个零部件的过程中，可通过采集测量零部件实物数据，预处理点云数据，制作与加工三维模型等环节，提高零部件产品设计的便捷性，并为产品的快速成型、开发设计与质量控制积累精确、可靠的数据资源。

参考文献

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