基于逆向工程的汽车三维数据采集、处理方法及应用

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1、基于逆向工程的汽车三维数据采集、处理方法及应用摘要：使用三维扫描技术进行汽车三维数据的采集，利用GeomagicStudio、CATIA等计算机辅助软件对点云进行处理分析，可以获取整车内外型面、总布置尺寸、人机布置参数等数据，能为汽车开发和汽车分析提供数据支持及参考。中国8/vie　　关键词：汽车；三维数据；点云；数据采集；数据处理　　引言　　汽车整车开发过程中，在定义整车内外部造型、总布置尺寸、人机布置参数等数据时，或在分析自身与竞争产品之间的优劣性时，通常需要大量的竞争产品数据来做支撑。经过多年的研究和实践，采用逆向工程技术进行三维数据采集

2、，并通过计算机辅助工具进行处理与分析，是获取这些数据的最佳方法。采用这种方法得到的数据三维可视化程度高，便于做各类定量分析，且分析结果较其他方法准确，通过数据积累与分析反过来也能优化定义。近几年随着逆向工程技术软、硬件的发展，数据采集的速度与质量、数据处理的效率都有了大幅度的提升，逆向技术不仅在曲面重构等设计方面，在结构分析、参数计算等质量改进方面都有应用，进一步满足了汽车开发领域的需求。　　本文结合MAXscan扫描仪和GeomagicStudio、CATIA数据处理软件，在整车非拆解状态下进行汽车三维数据采集、处理分析方法的研究。　　1.采

3、集项目与方法　　1.1车辆状态　　逆向工程，也称反求工程，目的是还原初始状态。汽车由于其特性，有多种状态和使用工况。在数据采集之前，根据需求工况，对车辆状态进行适当调整。一般将车辆停放至平整的水平地面或平台上，调整到整备质量状态，并将轮胎气压按照气压标识调整至规定值，保证车辆状态接近厂家定义，便于做数据对比分析。将位置可调的座椅调整至规定位置：如能获得厂家定义的座椅设计基准点，则将座椅调整至设计R点位置；如不能获得则调整至最后最下位置。座椅靠背角度通过安放三维H点装置调整，其中轿车为25°，SUV和MPV为22°，非连续可调的座椅靠背初始角度为

4、其最后位置。　　1.2采集项目　　通过多年的实践，在汽车开发过程中，对汽车三维数据需求项目主要有车身外表面、内部非运动件、内部运动件、三维H点装置、四门两盖开启件、车辆底部、储物空间、整车姿态、坐标系特征元素等。　　车身外表面数据用于造型A面、造型特征元素分析，也用于整车外部尺寸分析；内部非运动件主要有仪表板、副仪表板、护板、顶棚、地毯等，用于内型面分析，结合三维H点装置用于内部乘坐空间、人机尺寸、部件布置分析；内部运动件包括座椅、方向盘、踏板、换挡操作手柄、驻车制动手柄、空调出风口、遮�板等，结合三维H点装置用于人机布置参数、操作方便性分析；

5、三维H点装置采集躯干、大腿、小腿、踵点、H点位置等数据，是做人机相关分析的依据；四门两盖采集各开启角度的特征元素，用于分析开启角度和确定车门开启的旋转轴心；储物空间采集乘客舱和行李舱储物空间的三维几何曲面，用于做储物容积及存取方便性分析；整车姿态采集三种载荷状态，即整备质量、设计质量、满载质量下轮胎及地面相对车身的数据，用于确定地面线、轮心轮眉高度及接近角、离去角等，做整车尺寸和姿态分析；坐标系特征元素用于确定基准平面、建立整车坐标系，是进行所有数据分析的基础。　　随着汽车开发过程中的分工、指标细化，汽车三维数据采集项目会越来越多，在汽车开发后

6、期，也会利用逆向技术进行实物与数模的对比，便于找出质量问题。未来车辆三维数据采集的项目和方向还将持续扩充。　　1.3采集设备及原理　　Maxscan为手持式三维激光扫描仪，精度最高达到0.050mm。它采用激光三角法，通过激光光源发射光线，以固定角度将光线照射到被测物体上，然后通过高精度的CCD镜头与光源之间的位置以及投影和反射光线之间的夹角。换算出被测点所在的位置，通过配套的Vxelements软件构造三角面片，输出stl格式的数据，称之为点云数据文件。　　1.4预处理　　三维激光扫描仪是基于反射投影原理，在车辆表面易反光或易透光部位进行数据

7、采集时，会出现无法生成面片或出现干扰面片的情况，为了防止这种情况的发生，在玻璃、车灯、组合仪表、镀铬装饰条等部位，采用着色渗透探伤剂一显影剂（DPT-8）做表面均匀着色喷涂处理。　　为了保证整车扫描精度，在车辆采集部位粘贴定位标点，进行坐标系和定位系统的建立。粘贴定位标点有以下原则可遵循：①各定位标点尽量接近等边三角形，且间距不小于20mm；②在曲率变化不大的表面上，定位标点间距以100～150mm为宜；③在曲率变化较大的曲面上，适当缩短定位标点问距；④定位标点距被测表面边缘12ram以上；⑤定位标点应粘贴牢固，若在采集过程人为或偶然因素引起了

8、定位标点发生位置变化，应揭下此定位标点，重新粘贴新的定位标点。　　完成定位标点的粘贴后，再布置编码点、标定杆和磁力坐标参考架，利用VXelements