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基于工程合理性的车身零部件逆向方法

作　者: 李鹏冲
导　师: 靳春宁
学　校: 吉林大学
专　业: 机械工程
关键词: 逆向设计优化 CATIA 二次开发
分类号: U463.82
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 33次
引　用: 1次
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内容摘要

逆向工程是汽车车身及零部件开发中的重要手段,同时,车身零部件及曲面的逆向也是一个耗时的手工过程,它需要工程师以人机交互的方式进行反复的评估、修改。本文介绍了车身零部件曲线、曲面逆向的一般方法,并指出现有方法的不足。现有的曲面、曲线的逆向工具都是针对具体的线、面进行,而这些线、面仅是复杂的车身模型的一部分,它们和其它线、面之间存在着复杂的内在联系,而且自身也必须满足各种功能要求。现有功能局限于单个的曲线、曲面,忽略其外在要求与约束,评价指标单一,一定程度上影响了逆向结果的合理性,工程师在后期综合考虑各种因素对曲线、曲面进行反复调整,就是为了恢复这种合理性。本文将优化技术应用于车身及零部件的逆向过程中,将各种内在、外在关联与要求,变为设计约束,并通过优化过程,使曲线、曲面与云点数据相匹配。更多设计约束的引入,将有助于保持设计结果的合理性与可用性；同时,作为参数优化的结果,曲线、曲面将是参数化的模型,这对于后期的编辑、修改是非常有利的。针对上述构想,本文进行了以下方面的研究,并在CATIA软件平台上使用二次开发的方法完成了其基本流程。1.基于概率统计原理的孔位优化；车身测量中,曲面的表达不需要很高的扫描密度；孔位边界的精确表达则需要尽可能高的扫描密度,以便轮廓的精确表达。这是一个矛盾。过密的云点导致效率问题,过稀的云点影响边界、孔位的逆向精度。针对这个问题,本文基于统计原理对孔位边界附近的满足既定精度的云点进行统计、分析,发现在较低的扫描密度下,对于一定尺寸的孔位,总会有足够多的云点落在边界附近。因此,在较低扫描密度下,获得较高的孔位精度是有可能的。针对上述结果,本文使用优化方法在CATIA软件平台上完成了孔位逆向模块。2.基于轮廓的优化；线是轮廓的一部分,构成轮廓的各个线段之间存在着各种几何约束,如垂直、平行、对称等。当前的逆向功能往往针对具体的线进行讨论,重局部,忽略整体。本文从轮廓角度出发,以包含内在约束的参数化的轮廓模型作为被优化的对象,以轮廓逆向代替曲线逆向,维持其内在合理性。3.基于模版技术的曲面优化；CATIA、Imageware等软件都提供了曲面重构功能,但仅从精度与光顺两个简单指标进行优化,无法适应车身模型的复杂性。逆向工程师通常放弃这些自动功能,而使用接近正向设计的方法完成逆向设计,这能够适应车身设计的复杂要求,但是手工交互耗时多。针对上述两种情况,本文提出了基于模版技术的曲面优化方法,针对正向设计中的各种基本功能,构建相应的参数化模型作为模版,针对特定的云点数据,由工程师定义使用何种模版(即曲面构建方式),通过对模版的优化,使之和云点数据精确匹配。一方面提高了工程师对曲面的控制能力,另一方面减少了手工编辑的时间。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-22
  1.1 研究背景  10-17
    1.1.1 CAD软件的发展  11-12
    1.1.2 逆向工程方法  12-14
    1.1.3 逆向工程现状  14-17
  1.2 问题的提出  17-19
    1.2.1 逆向结果的合理性  17-19
    1.2.2 车身或车身零部件逆向必须考虑的问题  19
    1.2.3 拟解决问题  19
  1.3 本文研究内容  19-21
  1.4 本章小结  21-22
第2章孔位逆向的统计原理  22-32
  2.1 本章引言  22-23
  2.2 光学扫描设备的不足  23-25
  2.3 孔位边界云点的统计规律  25-30
    2.3.1 获得精确解的可能性  25-27
    2.3.2 程序的理论基础  27-28
    2.3.3 程序运行结果  28-29
    2.3.4 程序的流程  29-30
  2.4 本章小结  30-32
第3章基于优化方法的孔位与边界逆向  32-58
  3.1 基于优化的孔位问题  32-54
    3.1.1 圆孔问题  32-36
    3.1.2 其他规则孔的处理  36-40
    3.1.3 其他异形孔的边界  40-41
    3.1.4 开发机理及相关模块  41-44
    3.1.5 应用实例  44-52
    3.1.6 引入优化算法的好处  52-54
  3.2 曲面的开放边界  54-55
  3.3 本章小结  55-58
第4章基于模版技术的曲面优化  58-74
  4.1 引言  58
  4.2 现有软件的曲面自动生成工具  58-61
  4.3 问题的提出  61-62
  4.4 基于模版的曲面优化  62-72
    4.4.1 基本流程  63-66
    4.4.2 应用实例  66-70
    4.4.3 扩展应用  70-72
  4.5 本章小结  72-74
第5章总结和展望  74-76
  5.1 论文总结  74-75
  5.2 展望  75-76
参考文献  76-80
致谢  80

基于工程合理性的车身零部件逆向方法

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