反求工程在摩托车车身设计中的关键技术及应用研究

论文摘要

目前我国摩托车产业发展迅猛,在其产品设计中,由于摩托车车身具有复杂自由曲面的特点,用传统的正向设计方法难以进行造型设计,因此,反求工程技术应运而生。这种基于原型或实物的反求设计技术能够提高设计精度,极大地缩短产品的开发周期,因而在设计和制造领域具有广阔的应用前景。因此,进行反求工程在摩托车车身设计中的关键技术及应用研究就有着重要的理论意义和应用价值。论文以摩托车制造业为背景,以实现反求工程理论在产品开发中的实际应用为目标,对反求工程理论中原型对象表面数字化、点云数据预处理和自由曲面重构等关键技术进行了深入的研究,并在反求软件Surfacer10.6和正向三维软件UG NX2.0的设计平台下,完成了摩托车车身相关零部件以及整车虚拟装配的三维数据模型。论文共包含六章,主要内容如下:第一章:介绍了反求工程的概念与应用领域,着重阐述了基于反求工程技术的产品快速开发;分析了反求工程技术的研究现状与发展趋势,提出了基于反求工程的摩托车车身开发技术路线。第二章:研究了原型对象表面数字化的实现方法,重点分析了反求工程中的数据采集规划方案以及点云数据的读取与分层,并采集了摩托车车身覆盖件完整点云数据。第三章:研究了点云数据预处理中的:多视数据的对齐、噪声点的剔除及数据平滑处理、数据精简、数据分割等几个主要环节,并对摩托车挡风罩的原始点云数据进行了多视数据对齐处理。第四章:研究了自由曲面重构的相关技术,包括: NURBS曲线曲面的数学模型,以及曲线曲面的光顺方法,和反求工程中曲面的两种重构方法,最后给出了反求工程中的误差模型并进行了分析。第五章:分析了基于反求设计的摩托车车身开发技术流程,提出了基于装配的数据采集方案以及面向装配的曲面造型技术,并给出了整车车身虚拟装配的最终三维数据模型。第六章:全文总结和展望

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 基于反求工程技术的产品快速开发
• 1.1.1 产品的正向开发流程
• 1.1.2 反求工程的概念及应用领域
• 1.1.3 基于反求工程的产品快速开发
• 1.2 反求工程的研究现状与发展趋势
• 1.2.1 反求工程的研究现状
• 1.2.2 反求工程的发展趋势
• 1.3 本文研究的目的和研究内容
• 1.3.1 本文研究的目的
• 1.3.2 本文研究的主要内容
• 2 原型对象表面数字化研究
• 2.1 数据采集前的准备工作
• 2.2 数据采集设备及工作原理
• 2.2.1 三维数据测量方法分类
• 2.2.2 接触式三坐标测量机工作原理及特点
• 2.2.3 非接触式三坐标测量工作原理及特点
• 2.3 反求工程中数据采集规划
• 2.3.1 规则形状的数据采集规划
• 2.3.2 复杂自由曲面的数据采集规划
• 2.3.3 点云文件的规范化命名
• 2.4 点云数据的读取与分层
• 2.4.1 CAD/CAM 数据转换标准
• 2.4.2 点云数据读取与分层
• 2.5 摩托车车身覆盖件数据采集
• 2.6 本章小结
• 3 点云数据预处理
• 3.1 多视数据对齐
• 3.1.1 多视数据对齐的数学定义
• 3.1.2 基于三点对齐的坐标变换理论
• 3.1.3 三点定位的精度分析
• 3.2 噪声点的剔除与数据平滑
• 3.2.1 噪声点的剔除
• 3.2.2 数据平滑
• 3.3 数据精简
• 3.4 数据分割
• 3.4.1 基于测量的数据分割
• 3.4.2 测量后数据的自动分割
• 3.5 摩托车挡风罩原始点云数据的多视数据对齐处理
• 3.6 本章小节
• 4 自由曲面重构技术研究
• 4.1 曲线曲面的表达
• 4.1.1 概述
• 4.1.2 NURBS 曲面数学模型
• 4.2 曲线曲面的光顺方法
• 4.2.1 曲线段间连续性的定义
• 4.2.2 光顺的准则
• 4.2.3 曲线光顺的方法
• 4.3 反求工程中曲面重构方法
• 4.3.1 基于四边域参数曲面的重构
• 4.3.2 基于三边域曲面的重构
• 4.4 反求工程误差分析
• 4.5 本章小结
• 5 反求工程在摩托车车身设计中的应用研究
• 5.1 摩托车车身反求开发技术流程
• 5.1.1 摩托车车身反求开发技术流程
• 5.1.2 摩托车车身覆盖件的组成
• 5.2 基于装配的数据测量
• 5.2.1 基于装配的车身数据测量总体规划
• 5.2.2 采用ATOS 的摩托车车身整体扫描
• 5.2.3 摩托车车架的手动三坐标测量
• 5.3 面向装配的曲面造型
• 5.3.1 面向装配的曲面造型总体原则
• 5.3.2 对称平面调整
• 5.3.3 定义产品的脱模方向
• 5.4 摩托车整车的虚拟装配
• 5.4.1 摩托车油箱的反求设计
• 5.4.2 摩托车整车的虚拟装配
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录