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原文传递汽车造型设计中曲面重建方法的应用研究

论文题名：	汽车造型设计中曲面重建方法的应用研究
关键词：	逆向工程;造型设计;曲线曲面;正逆向混合设计;汽车造型
摘要：	逆向工程系统主要由三部分组成：产品实物几何外形的数字化、CAD模型重建、产品或模具制造。虽然经过近20年的研究，计算机辅助逆向工程的技术方法和流程已经在产品的开发中取得了广泛应用，但是逆向工程技术仍处在发展之中，仍然存在着许多问题有待解决。机械设备正在向高效化、精密化、智能化、集成化、数字化方向发展，对机械设备的设计质量提出了愈来愈高的要求，现代机械产品设计在新产品开发中起着头等重要的作用。逆向设计是现代设计方法中的一种。现代设计方法的种类有很多，涉及实际设计时，往往采用多种方法合用的综合设计方法。闻邦椿院士曾提出一种“1+3”的综合设计方法，即动态优化设计、智能化设计和可视化设计相结合的方法，汽车造型曲面的设计可以看成是可视化设计中的一部分，对产品综合广义质量(包括结构性能、工作性能与制造性能)有着非常重要的影响。汽车造型设计具体应用了综合设计方法，应用逆向设计方法或与正向设计方法相结合得到汽车的外部造型、造型为计算机流体动力学设计的网格划分提供依据、为快速原型方法提供CAD模型、为基于质量功能的设计提供造型参考等。文中针对逆向工程设计的复杂曲面重建过程中，单一系统和软件的数据处理技术、造型技术的不完善，试图寻求一种能够充分发挥不同逆向造型设计系统和软件的特长与优势，将多种系统和软件进行联合应用的方法，力求得到一条新的曲面造型途径。尽管现在已经有多种专用的逆向软件进入市场，但目前软件的数据处理技术、造型技术仍然不完善，仍然没有一种令操作者得心应手的软件，模型质量的高低仍然受操作者的经验、水平的影响。本文应用点云数据就是经GOM公司开发的Tritop系统和ATOS系统处理得到，再经法国达索系统公司开发的CATIA软件的处理，通过几个系统和软件的联合应用，力求取得比较满意的结果。文中详细地阐述和分析了曲线曲面拟合的理论基础，通过分析零件表面三维测量的标定、特征重建、点云拼接、异常点的处理、数据插补以及数据平滑处理等步骤，以某型汽车的挡泥板为例，说明了本文应用的点云数据的预处理过程。随后又应用了CATIA软件对某型汽车的车轮挡泥板点云数据进行了分网与曲面拟合处理，最终通过拟合曲面与原始点云的误差比较分析，得到了较为满意的结果，从而证明了这种方法在汽车逆向设计中的可行性与准确性，在测量和处理点云数据的过程中，得出了几点结论。文中针对少量测量数据情况下的汽车造型曲面的设计方法作了研究，利用正逆向结合的设计方法重建了曲面，其中通过自编程序完成了数据的自动输入和曲线的自动生成，提高了设计速度；同时还对对称性曲面结构的正向处理方法提出了新的解决办法，应用曲面过渡连接的方法，很好地解决了对称位置的曲面光顺和垂直于对称平面的问题。文中以某型汽车的挡泥板模型为例，分析了其光顺性的检验方法。对于曲线曲面模型的精度评价方法和指标进行了论述，分析了误差产生的原因和种类，并应用于汽车后弯角、车门以及汽车侧面曲面模型的检验。文中通过对曲面的曲率分析，获取有关曲面总体或局部的曲率信息、识别出导致曲面出现波动或凹凸的区域、找到曲面曲率的极大或极小值的分布、曲面与相邻曲面的连续性等信息，为在数控加工中，刀具半径、切削速度等的确定提供依据。本文还根据车身基于质量功能(QFD)展开的设计的要求，从产品所要求实现的功能的角度，建立起表征产品质量的多个质量评价指标，然后对产品进行设计规划与优化，由对某一类车身覆盖件美学特征的认识和评估，应用多目标多级模糊理论建立的一种曲面品质分析的综合评价方法，为产品设计和制造提供有效的评价方法。
作者：	赵宇明
专业：	车辆工程
导师：	张国忠
授予学位：	博士
授予学位单位：	东北大学
学位年度：	2005
正文语种：	中文