（鄭州日產(chǎn)汽車有限公司 450000)

現(xiàn)代的產(chǎn)品更替迅速，市場(chǎng)的需求也在不斷變化。因此在汽車生產(chǎn)制造中，采用逆向工程技術(shù)既能使汽車的車身更加美觀，又能保證汽車的整體性能更加完善。汽車車身的正向設(shè)計(jì)已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代制造的需求，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)是先將車身設(shè)計(jì)成型，然后再制作汽車模型。這樣的設(shè)計(jì)方案在實(shí)際的制造過(guò)程中容易出現(xiàn)差錯(cuò)，在查找錯(cuò)誤時(shí)也缺少準(zhǔn)確的依據(jù)。因此就需要運(yùn)用新型的車身設(shè)計(jì)技術(shù)，逆向工程技術(shù)的應(yīng)用能夠有效避免在制造過(guò)程中出現(xiàn)的差錯(cuò)。

1 逆向工程的概念與汽車車身設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

1.1 逆向工程的概念

在汽車、航空等常見(jiàn)的工業(yè)生產(chǎn)中，工程設(shè)計(jì)師的目標(biāo)是能夠運(yùn)用高端技術(shù)生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品。這些產(chǎn)品的外表要美觀，小部件的精細(xì)度較高，內(nèi)部構(gòu)造也很復(fù)雜，一般的CAD軟件是很難實(shí)現(xiàn)這些要求的。所以設(shè)計(jì)師要采用特定的方法才能將其表達(dá)出來(lái)。在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，設(shè)計(jì)師將已經(jīng)制作完成的設(shè)計(jì)模型或者修改完善后的樣品作為最初設(shè)計(jì)的原型，然后采用特定的方式將原型轉(zhuǎn)換成CAD模型，這樣能夠?yàn)橛?jì)算機(jī)后續(xù)工作帶來(lái)很多便利[1]。使用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，能夠快速的將原型模具制作出來(lái)，還能夠有效管理原型模具的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，將模具的管理簡(jiǎn)單化。這種在模具實(shí)物中制成數(shù)據(jù)模型的方式，在現(xiàn)代的發(fā)展中已經(jīng)逐漸形成CAD系統(tǒng)中較為特殊的存在，在表現(xiàn)形式上具有一定的獨(dú)立性。

1.2 汽車車身逆向工程設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

逆向工程是新型的汽車車身設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)理念是采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，將汽車車身的模型轉(zhuǎn)變成數(shù)據(jù)幾何的表現(xiàn)形式，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是將實(shí)物轉(zhuǎn)換成三維數(shù)據(jù)模型。設(shè)計(jì)師通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的修改，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車車身的改造，最終完成汽車車身的整體設(shè)計(jì)。在汽車車身的重組設(shè)計(jì)中，逆向工程應(yīng)用的效果十分明顯，與傳統(tǒng)的正向設(shè)計(jì)相比其特點(diǎn)尤為突出，其中實(shí)物反向與軟件反向及影響反向這3種特點(diǎn)效果最佳[2]。

實(shí)物反向能夠?qū)ζ囓嚿淼恼w與小部件進(jìn)行檢測(cè)，由此得到車身設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，以至于能夠達(dá)到功能反向與結(jié)構(gòu)反向，從而使車身的設(shè)計(jì)更加流暢。而軟件反向指的并不是電腦軟件，而是指車身的設(shè)計(jì)圖紙與質(zhì)量保證書(shū)等軟件。車身設(shè)計(jì)中的影響反向是根據(jù)視頻與圖片進(jìn)行設(shè)計(jì)，不采用軟件技術(shù)[3]。

2 汽車車身逆向工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

2.1 數(shù)據(jù)采集技術(shù)

數(shù)據(jù)采集又被稱為模型數(shù)字化，主要是采用激光掃描儀進(jìn)行三維測(cè)量，進(jìn)而得到坐標(biāo)數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)采集是逆向工程設(shè)計(jì)的前提，只有將數(shù)據(jù)收集工作做好，才能為后續(xù)工作打下基礎(chǔ)。汽車車身在測(cè)量時(shí)，根據(jù)測(cè)量的車頭模型與車身的接觸程度分為2種：一種是接觸式測(cè)量，在測(cè)量時(shí)主要采用的技術(shù)為三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，使用這種設(shè)備對(duì)車身模型進(jìn)行測(cè)量，其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量的精確度高，不足之處是測(cè)量數(shù)據(jù)的效率比較低[4]；另一種是非接觸式測(cè)量，其中包含激光測(cè)量與結(jié)構(gòu)光測(cè)量，其優(yōu)缺點(diǎn)與接觸式測(cè)量正好相反，測(cè)量的效率高但精確度較低。在進(jìn)行車身測(cè)量時(shí)，第一步是要將汽車車身的坐標(biāo)系確定下來(lái)，一般情況下是將汽車的前軸中心為原點(diǎn)，并以原點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)，向右作為縱軸，向上作為豎軸，向后為橫軸。建立坐標(biāo)系的目的是為了使車身測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確，加快測(cè)量的速度，并為信息數(shù)據(jù)分析提供便利。

2.2 車身測(cè)量數(shù)據(jù)的處理技術(shù)

由于測(cè)量數(shù)據(jù)量大，在數(shù)據(jù)處理時(shí)可分為以下5個(gè)方面進(jìn)行。

（1）對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的重新定位。逆向工程的設(shè)計(jì)需要使用大量的數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，需要工程設(shè)計(jì)師對(duì)車身數(shù)據(jù)進(jìn)行反復(fù)的測(cè)量，建立一個(gè)車身坐標(biāo)系并不能準(zhǔn)確的將車身情況表達(dá)出來(lái)，需要以不同的原點(diǎn)建立多個(gè)坐標(biāo)系。通過(guò)不同的坐標(biāo)系進(jìn)行測(cè)量，從而保證數(shù)據(jù)信息具有一定的準(zhǔn)確性。最后設(shè)計(jì)師將測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，總結(jié)出一套準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

（2）噪聲去除。噪聲點(diǎn)是指在測(cè)量車身數(shù)據(jù)時(shí)，能夠?qū)?shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性造成影響的因素。噪聲點(diǎn)的存在會(huì)直接影響車身曲面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而造成設(shè)計(jì)的模型與實(shí)物不相符的現(xiàn)象，所以要重視噪聲點(diǎn)的去除工作。現(xiàn)如今有許多先進(jìn)的去噪聲點(diǎn)技術(shù)，比如人工刪除噪聲點(diǎn)、均值濾波及高斯濾波等都是較為常見(jiàn)的方法。

（3）將測(cè)量數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)化。由于逆向工程的設(shè)計(jì)需要以大量的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，因此需要對(duì)車身的數(shù)據(jù)進(jìn)行不斷的測(cè)量，但反復(fù)的測(cè)量數(shù)據(jù)會(huì)造成信息重復(fù)，從而導(dǎo)致車身的曲面設(shè)計(jì)質(zhì)量降低。這時(shí)就需要工程設(shè)計(jì)師對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，將沒(méi)有實(shí)際意義的數(shù)據(jù)舍棄，保留有用的信息數(shù)據(jù)?？梢圆捎秒S機(jī)抽樣、等量縮減等方法。

（4）數(shù)據(jù)插補(bǔ)。能夠充分將周圍的信息插補(bǔ)到坐標(biāo)位置的方式就是數(shù)據(jù)插補(bǔ)。這種方法能夠使汽車模型在測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)獲得最多的信息，逆向工程最常用的插補(bǔ)方法就是實(shí)物填充法。

（5）對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分割。在數(shù)據(jù)分割時(shí)，需要進(jìn)行實(shí)踐論證與仔細(xì)推算，將同種類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，為接下來(lái)的曲面構(gòu)建提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。對(duì)構(gòu)建曲面模型的數(shù)據(jù)進(jìn)行分割時(shí)，可以使用多種方法將各部分?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)合到一起。

2.3 車身模型的測(cè)量技術(shù)

首先是確定車身Mark點(diǎn)，車身Mark點(diǎn)的實(shí)質(zhì)是對(duì)點(diǎn)云片拼接測(cè)量時(shí)所用的定位點(diǎn)。一般在貼車身Mark點(diǎn)時(shí)，常用的方法就是結(jié)構(gòu)光照相法。采用照相法的關(guān)鍵就是拼接技術(shù)，使用特定的顯像劑。在實(shí)際操作中，將顯像劑均勻的噴在汽車的表面，然后在車身上貼Mark點(diǎn)。貼點(diǎn)范圍是根據(jù)三維掃描結(jié)果而定的，應(yīng)在車身標(biāo)有4個(gè)點(diǎn)，這4個(gè)點(diǎn)不能過(guò)于集中，其目的是為了確保在點(diǎn)云片拼接時(shí)將拼接的誤差減小。由于貼點(diǎn)直接影響到車身的測(cè)量結(jié)果，所以盡量保證在貼Mark點(diǎn)時(shí)要準(zhǔn)確無(wú)誤，從而為后續(xù)的測(cè)量工作減少時(shí)間，提高工作效率。

然后是對(duì)車身Mark點(diǎn)的測(cè)量。貼點(diǎn)的測(cè)量直接影響車身測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，因此在測(cè)量方法上，要采用精確度高的相對(duì)貼點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。在實(shí)際測(cè)量時(shí)，還需要在車身安放一些測(cè)量的桿件，為三維掃描圖像提供準(zhǔn)確性。最后對(duì)車身的曲面片進(jìn)行測(cè)量，主要使用三維掃描儀器，對(duì)車身Mark點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。在進(jìn)行曲面片測(cè)量時(shí)，對(duì)測(cè)量的順序沒(méi)有太嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際的測(cè)量時(shí)，要保證測(cè)量的每個(gè)點(diǎn)云片上都包含至少3個(gè)點(diǎn)，標(biāo)記的點(diǎn)數(shù)與拼接的精確度成正比。因此在進(jìn)行拼接的時(shí)候，要將標(biāo)記點(diǎn)與測(cè)量完畢的點(diǎn)進(jìn)行校對(duì)，如果2次測(cè)量在同一點(diǎn)上就會(huì)發(fā)生誤差。

3 逆向工程技術(shù)的未來(lái)與可持續(xù)發(fā)展

汽車車身逆向工程的設(shè)計(jì)技術(shù)在不斷的發(fā)展，平面設(shè)計(jì)技術(shù)也在進(jìn)步。為了使車身的美觀程度能夠在視覺(jué)上給人們美好的體驗(yàn)，就需要將車身的設(shè)計(jì)進(jìn)行立體的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)向三維立體空間的變化。結(jié)合現(xiàn)代的先進(jìn)技術(shù)，將逆向工程技術(shù)進(jìn)一步提升，使汽車制造業(yè)向著可持續(xù)發(fā)展的方向前進(jìn)。

逆向工程應(yīng)用在汽車車身的制造中，能夠節(jié)約設(shè)計(jì)的成本，采用CAD技術(shù)使車身的測(cè)量速度加快，有效提高測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度。同時(shí)采用逆向工程技術(shù)能夠使車身的設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單化，減少測(cè)量過(guò)程中的誤差，能夠提高汽車制造的生產(chǎn)效率，保證汽車產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，只有不斷的加強(qiáng)對(duì)逆向工程技術(shù)的研究，才能使我國(guó)的汽車制造業(yè)具有一定的市場(chǎng)地位。

4 結(jié)束語(yǔ)

在追尋完美的汽車車身設(shè)計(jì)的同時(shí)，要想保證汽車制造的質(zhì)量，就需要相關(guān)設(shè)計(jì)人員熟練掌握逆向工程技術(shù)。汽車車身設(shè)計(jì)只有不斷的進(jìn)行創(chuàng)新，才能使汽車制造業(yè)的發(fā)展加快步伐，最終為汽車制造帶來(lái)最大的經(jīng)濟(jì)效益。逆向工程是一項(xiàng)綜合性的技術(shù)，能夠有效縮短汽車制造的生產(chǎn)周期，提高汽車制造的生產(chǎn)效率。因此只有不斷強(qiáng)化逆向工程技術(shù)，才能使汽車制造業(yè)的發(fā)展更加長(zhǎng)遠(yuǎn)。

【參考文獻(xiàn)】

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