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ATOS逆向抄数技术在汽车设计中的应用1

ATOS逆向抄数技术——“逆向工程”又称反求工程,它与传统的设计开发过程存在质的不同。

ATOS逆向抄数技术是指在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有 CAD 模型的情况下,

利用 3 维数字化测量仪(3D Digital Scanner 俗称抄数机),

测量出 Sample(即零件原形或者塑造出的模型)表面的点云数据,

传至 CAD/ CAM 系统,进行数据处理,生成所需要的 CAD 模型和设计图纸,

ATOS逆向抄数技术是并由CAD/CAM 系统计算出加工路径,

最后通过 CNC(Computer Numerical Control 计算机数字控制)机械加工设备制作模具生产成品。

其另一种批量生产方式则是先用快速原形制造技术(Rapid Prototyping 快速原形,简称 RP)将样品模型制作出来,

然后再以快速模具(Rapid Tooling)进行产品量产。


ATOS逆向抄数技术及其原理

工业产品的传统开发方式均是遵循严谨的研发流程,从产品的需求、构思、功能与预期规格指标的确定,进而到各个组件的设计、制造、组装、性能测试等。每个组件都保留有原始的设计图,此类设计图目前通常以 CAD 文件来保存。这种开发模式被称为“规范模式”(Prescriptive Model),此类开发工程亦被称为“顺向工程”(Sequential Engineering)。


数据测量是逆向工程的基础,测得数据的质量事关最终模型质量,测量仪器的选择将直接影响到整个工程的效率和质量。测量仪器主要分为:接触式测量仪和非接触式测量仪两类。为了高效率高精度的采集汽车车身表面的数据,多使用非接触式测量仪,它是利用某种与物体表面发生相互作用的物理现象,如声、光、电磁波等,来获取物体表面的三维坐标信息。其中利用光学原理发展起来的测量方法应用最为广泛,如激光三角行法、结构光法、工业CT 法等。.


ATOS逆向抄数技术应用实例                       

1.测试设备和数据处理软件

针对车身覆盖件体积大,需求精度高的特点,我们采用了非接触式 3 维数字化测量仪系统来进行扫描,

采集大量的数据点用以描述完整的车身外形。

该系统由德国 GOM 公司生产的 ATOS 模块(光学测量系统)、TRITOP 模块(照相测量定位系统)组成。

CATIA V5 软件系统可用于数字化轿车设计的各个环节, 包括数字化轿车造型设计、数字化轿车车身设计、数字化轿

车发动机和底盘零部件设计、数字化轿车管路和电子线路设计以及数字化轿车电子样机设计。由于 CATIA V5 的全面性, 可以充当起轿车总体设计的支撑平台,故选用了 CATIA 进行逆向工程阶段的建模工作。

任意空间曲面可以看作是无数点的集合,在 V 方向通过选择特征点,用逼近的方法生成 B 样条曲线。

ATOS逆向抄数技术采用同样的方法在U 方向的不同截面也生成一组 B 样条曲线。

由 U、V 两两组曲线可求得 B 样条曲面。任意复杂空间曲面的数学表达式为:

N (u, v) = å å  Pi, j Ni,k (u) N j,l (v)


ATOS逆向抄数技术在汽车零部件复杂曲面设计中,一般采用的 B 样条曲面为双三次B 样条曲面,

CATIA 的曲面造型的原理就是基于上述曲面数学模型来描述任意空间曲面。

另外,CATIA 应用在轿车车身逆向工程方面的应用模块主要有如下 3 种,

ATOS逆向抄数技术各有其自身特点:

① CATIA V5 数字化外形编辑器(DSE),用于导入多种格式的点云文件,如:Ascii free、Atos、Cgo 等十余种,并对点云进行处理,根据处理后的点云直接生成车身覆盖件的曲面。

② CATIA V5 创成式曲面设计模块(GSD),基于特征的设计方法提供了高效直观的设计环境。

智能化工具和定律(law)功能允许用户对设计方法和技术规范进行捕捉并再用。(未完待续)

ATOS逆向抄数技术


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