基－－于Ｇｅｏｍａｇｉｃ的摩托车零件海量点数据快速构建曲面的方法研究吴栋华应柏庆杨青肖建国李晏（金城集团有限公司）摘要：通过使用Ｇｅｏｍａｇｉｃ软件的点云直接构造曲面技术，为摩托车新品开发、特别是整车外型零件的三维设计提供了新的设计思路和方法，对于一些不需要产品开模，只要产品简单外形三维数据、用于出二维检验图纸，或进行摩托车各部件虚拟装配、检查零件之间干涉等情况，可以快捷地构造出复杂的曲面外形，既简化了工作流程，又提高了处理摩托车各个零部件之间干涉问题的反映速度，有效保证了新品开发周期，提高了工作效率。关键词：逆向工程数据处理快速曲面重构ＧｅｏｍａｇｉｃＡＴＯＳＡＳｔｕｄｙｏｆｔｈｅＭｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈｅＲａｐｉｄＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆＣｕｒｖｅｄＳｕｒｆａｃｅＢａｓｅｄＷｕｏｎＭａｓｓＤｏｔＤａｔａｏｆＭｏｔｏｒｃｙｃｌｅＰａｎｓｏｆｔｈｅＧｅｏｍａｇｉｃ．ＹｉｎｇＢａｉｑｉｎｇＹａｎｇＤｏｎｇｈｕａＱｉｎｇＸｉａｏＪｉａｎｇｕｏＬｉＹａｎ（ＪｉｎｃｈｅｎｇＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｈａｔｃｏｎｓｔｒｕｃｔｓｄｉｒｅｃｔｌｙｔｈｅｃｕｒｖｅｄｓｕｒｆａｃｅａｐｐｌｙｉｎｇｔｈｅｄｏｔｃｌｏｕｄｏｆｔｈｅＧｅｏｍａｇｉｃｓｏｆｔｗａｒｅｐｒｏｖｉｄｅｓａｎｅｗｄｅｓｉｇｎｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎａｎｄａｍｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｎｅｗｐｒｏｄｕｃｔｓ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｆｏｒｔｈｅｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｐａｒｔｓｏｆｃｏｍｐｌｅｔｅｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅａｐｐｅａｒａｎｃｅ．Ｆｏｒｔｈｏｓｅｐａｒｔｓｎｅｅｄｉｎｇｎｏｔｎｅｗｄｉｅｓ，ｏｎｌｙｔｈｅｓｉｍｐｌｅｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｄａｔａｏｆｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｓｗｈｉｃｈｉｓｆｏｒｇｅｔｔｉｎｇｔｈｅｔｗｏ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｃｈｅｃｋｉｎｇｄｒａｗｉｎｇｓ，ｏｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇｔｈｅｖｉｒｔｕａｌａｓｓｅｍｂｌｙｏｆｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅｐａｒｔｓｔｏｃｈｅｃｋｔｈｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｐａｒｔｓｗｉｌｌｂｅｅｎｏｕｇｈｔｏｑｕｉｃｋｌｙｃｏｎｓｔｒｕｃｔｔｈｅｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｃｕｒｖｅｄａｐｐｅａｒａｎｃｅ，ｗｈｉｃｈｓｉｍｐｌｉｆｉｅｓｔｈｅｗｏｒｋｆｌｏｗａｎｄｒａｉｓｅｓｔｈｅｒｅｓｐｏｎｓｉｂｌｅｓｐｅｅｄｏｆｄｉｓｐｏｓｉｎｇｔｈｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅｐａｒｔｓ，ｔｈｕｓｅｎｓｕｒｉｎｇｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｃｙｃｌｅｏｆｎｅｗｐｒｏｄｕｃｔｓａｎｄｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｗｏｒｋｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＲｅｖｅｒｓａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｍａｇｉｃＡＴＯＳＤａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇＲａｐｉｄｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｃｕｒｖｅｄｓｕｒｆａｃｅ目前，逆向工程技术在金城集团摩托车、航空产品等开发设计中愈来愈发挥着重要的作用，而逆向工程中最重要的环节仍是构造复杂的曲面，该环节需要花费大量的时间【ｌＪ，特别是对一些并不需要产品开模，只需要产品简利用Ｇｅｏｍａｇｉｃ强大的海量点数据能创造出较准确的曲面这一功能，结合三维测量设备及逆向技术，能很好的将Ｇｅｏｍａｇｉｃ的快速构建曲面功能应用到摩托车外覆盖件的反求设计中。在许多车型的开发过程中均或多或少使用了Ｇｅｏｍａｇｉｃ的点到面功能，通过总结Ｇｅｏｍａｇｉｃ的使用方法和单外形三维数据、用于出二维检验图纸，或进行摩托车各部件虚拟装配、检查零件之间干涉等情况，更快，更好地构造出工件三维曲面就显得非常重要。笔者选择ＧｅｏｍａｇｉｃＳｔｕｄｉｏ使用技巧，不断地简化工作流程，可大大提高工作效率。１９．０软件的快速构建曲面功能能很好解决这一复杂Ｇｅｏｍａｇｉｃ软件的功能及特点Ｇｅｏｍａｇｉｃ软件是美国Ｒａｉｎｄｒｏｐ公司出品的逆向工程问题。∞摩托车技术２０１００２万方数据和三维检钡４软件，可根据扫描得到的实物点云数据创建出完美的多边形模型和网格，并自动转换为ＮＵＲＢＳ曲面，可节省近８０％的时间。该软件是除ｌｍａｇｅｗａｒｅ软件外应用最广泛的逆向工程软件之一，可根据任何零部件实物自动生成准确的数字模型，使用非常方便。２Ｇｅｏｍａｇｉｃ点云直接构造曲面技术工作流程２．１采集数据需要快速构建曲面的零部件多数是带有复杂外形和结构的零件，如摩托车空滤器、油箱和发动机外形等，针对这类零件如用ＡＴＯＳ系统测量，可在ｌｓ之内采集上万个点数据，整个点云数据之间分布紧密，一般点数据相连距离为０．１～Ｏ．４ｍｍ【２】。点云的点距越小，点云与实物表面越逼近，数据也越大，后期处理的工作量也越大。２．２数据处理对于海量点数据采用Ｉｍａｇｅｗａｒｅ、Ｇｅｏｍａｇｉｃ、ＭａｇｉｃＲＰ等软件进行处理，本文主要介绍用Ｇｅｏｍａｇｉｃ软件处理点云数据的方法。将经过ＡＴ０ｓ测量仪测量完的数据转换成ＳＴＬ格式或ＡＳＣ格式，Ｉ妇Ｇｅｏｍａｇｉｃ直接读入。先将一些较大的噪音点数据通过圈选的方法将它们选中，用Ｅｒａｓｅ直接删除掉，再利用软件自动探测体外点功能，由Ｅｄｉｔ—Ｓｅｌｅｃｔ－－＇ＤｉｓｃｏｎｎｅｃｔｅｄＣｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，将Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ从Ｍｅｄｉｕｍ调整至ＩＪＬｏｗ，系统自动选择在拐角处离主点云较近但不相连的点云数据，直接按Ｄｅｌｅｔｅ键删除；对于仍然存在的游离点，采用Ｅｄｉｔ－－，Ｓｅｌｅｃｔ－－－＇Ｏｕｔｌｉｅｒｓ，改变Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ值到恰当数值，选中游离点删除它们。对于点云中表面的噪音点，可以利用Ｐｏｉｎｔｓ—ＲｅｄｕｃｅＮｏｉｓｅ功能，选择ＦｒｅｅｆｏｒｍＳｈａｐｅｓ选项，调整滑杆，观察点云中是否存在要册０除的噪音点，如果存在贝Ⅱ将其删除掉。对于海量点云数据，有时采用采样（Ｓａｍｐｌｅ）功能，将点云数据按照一定比例删减或按总点数法、两点距法和玄高法等方法删减数据，目的是便于后期三角化的操作和数据的精简ｆ３】。２．３海量点数据三角化对点云数据进行三角化处理的主要流程：将当前的点模式（Ｐｏｉｎｔｓ）转化到三角化网格封装模式（Ｗｒａｐ）下，点击ＷｒａｐＴｙｐｅ为Ｓｕｒｆａｃｅ选项，设定一些相关参数后就可生成三角化网格模型。对于三角化网格模型补洞（ＦｉｌｌＨｏｌｅｓ）、去处特征（Ｓａｎｄｐａｐｅｒ）、简化多边形（Ｄｅｃｉｍａｔｅ）等，将三角化网格模型处理成需要的模型数据，以此数据构建曲面模型【４Ｊ。万方数据２．４创建ＮＵＲＢＳ曲面针对不同的零件判断是否为封闭的数据模型，一般以曲面为主的覆盖件是敞开的模型，首先Ｐｏｌｙｇｏｎｓ－－－＇ＭａｋｅＭａＩｌｉｆｏｌｄ—Ｏｖｅｎ让其变成敞开的数据模型。在处理好三角化数据模型的基础上，进入到下一个模式——形状模式（ＳｈａｐｅＰｈａｓｅ），创建模型新的Ｐａｔｃｈ布局，可使用自动拟合曲面（ＡｕｔｏＳｕｒｆａｃｅ）ｌ通常选择手工构建曲面的方法：Ｐａｔｃｈｅｓ－－－，ＣｏｎｓｔｒｕｃｔＰａｔｃｈｅｓ，根据数据模型的特征和大小指定Ｐａｔｃｈｅｓ的数目或系统自动评估（ＡｕｔｏＥｓｔｉｍａｔｅ），再计算一下每个Ｐａｔｃｈ的Ｇｒｉｄ数，使用Ｇｒｉｄｓ－－，ＣｏｎｓｔｒｕｃｔＧｒｉｄｓ完成，最后ＮＵＲＢＳ－－＇ＦｉｔＳｕｒｆａｃｅｓ（拟合曲面），完成海量点云的快速曲面重构设计。Ｇｅｏｍａｇｉｃ在摩托车新品开发中的应用实例虚拟装配的Ａ×１００导流罩点云直接构造曲面ＡＸｌ００摩托车是金城集团最具影响力的一款车型，其销量一直为行业１００系列之首，特别是在非洲市场，每年均有近５０万辆的出口。近年来，许多国外经销商对ＡＸｌ００整体质量比较满意，但对整车的部分状态提出了一些意见，如导流罩与大灯的间隙不均匀、大灯角度调整有困对于ＡＸｌ００导流罩来说，由于开模时间较长，没有三维设计数据，要想尽快改进，必须先对导流罩三维建ｍｍ。再增加设计出安装结构，如图５所示；最后在Ｐｒｏ／Ｅ中将ＡＸｌ００导流图１ＡＸｌ００导流罩测量点云２０１０．０２摩托车技术３７３３．１难，大灯需要重新造型设计等，根据这些情况，技术人员制定了相应的解决方案。模。为满足高精度要求，采用Ｇｅｏｍａｇｉｃ软件对导流罩点云直接构建曲面。以下为ＡＸｌ００导流罩利用Ｇｅｏｍａｇｉｃ软件设计曲面的全过程，图ｌ是输入到Ｇｅｏｍａｇｉｃ软件的点云文件；图２是对ＡＸｌ００导流罩三角化网格的数据，此过程对导流罩的三角化数据进行了处理，补完了表面的空洞；图３ＹｏＡＸｌ００导流罩的Ｐａｔｃｈ布局图；图４为ＡＸｌ００导流罩的拟合曲面图。将曲面文件转换成ＩＧＥＳ或ＮＥＵ文件格式，输入到Ｐｒｏ／Ｅ软件中，对曲面长壁厚２．５罩和其他零件装配，协调安装支架和大灯的边框间隙，完成ＡＸｌ００大灯的三维重构和安装协调工作Ｉ图６所示为ＡＸｌ００大灯及导流罩等零件的总装配模型。３．２出二维检测图的摩托车油箱点云直接构造曲面ＪＣ５０ＱＴ－２Ｉ车型油箱选用的是一个现有配套厂的油箱，没有三维图和二维图，为了协调和检验产品必须绘出二维图，但油箱外形复杂，仅仅利用三坐标测量仪无法将油箱曲面数据测量准确，如果按正常三维设计流程也需要很长周期。笔者选用ＡＴＯＳ光学测量仪测量，再利用Ｇｅｏｍａｇｉｃ软件对油箱模型进行直接建模，通过曲面模型转二维的方法快速根据曲面轮廓设计出二维图。图７为油３８摩托车技术２０１０．０２万方数据箱数据在Ｇｅｏｍａｇｉｃ软件中转化成三角化网格的模型，图８为油箱拟合曲面后转化到Ｐｒｏ／Ｅ软件中数学模型。３．３活塞计算压缩比ＢＡＪＡＪ车型的发动机活塞需要计算压缩比，但活塞顶部的曲面形状较复杂，而且精度要求较高，笔者采用ＡＴＯＳ系统的小型测量头测量，保证精度在０．１ｍｍ范围内，由于只计算压缩比，要求重构数模的精度，并尽可能减少重构数模的时间，为此选择Ｇｅｏｍａｇｉｃ软件来解决这２个问题，迅速完成了任务。计算压缩比需要求出活塞最顶处的体积，把活塞最顶处向下偏移３ｍｍ作个平面，把经过Ｇｅｏｍａｇｉｃ拟合的曲面与平面Ｍｅｒｇｅ对曲面组进行实体化，生成一个实体，再计算出此实体体积，与气缸总体积相比计算出压缩比。图９～图１４为活塞从测量模型到点云数据、三角化网格、Ｐａｔｃｈ分布、拟合曲面、最后到生成实体的全部操作流程。万方数据４总结通过使用Ｇｅｏｍａｇｉｃ软件的点云直接构造曲面技术，为摩托车新品开发、特别是整车外型零件的三维设计提供了新的设计思路和方法，对于一些不需要产品开模，只要产品简单外形三维数据、用于出二维检验图纸，或进行摩托车各部件虚拟装配、检查零件之间干涉情况等，可以快捷地构造出复杂的曲面外形，既简化了工作流程，又提高了处理摩托车各个零部件之间干涉问题的反映速度，有效保证了新品开发周期，提高了工作效率。田参考文献【ｌ】金涛，童水光．逆向工程技术．北京：机械工业出版社，２００３【２】吴栋华．ＡＴＯＳ在摩托车整车开发中的应用研究．摩托车技术，２００６（１）【３】俞芙芳，罗长浩．应用Ｇｅｏｍａｇｉｃ实现鞋楦的ＮＵＲＢＳ重构．福建工程学院学报，２００５（１２）［４】付伟，张海．基于ＧｅｏｍａｇｉｃＳｔｕｄｉｏ软件的逆向工程设计．工具技术，２００７（４１）（收稿日期２００９．１０．１１）２０１０．０２摩托车技术３９
