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东莞产品逆向设计的意义及应用技术

2022-03-25 22:30:01行业资讯人已围观

简介什么是东莞产品逆向设计?产品逆向设计是指从实物上采集大量的三维坐标点，并由此建立该物体的几何模型，进而开发出同类产品的进技术。东莞产品逆向设计与一般的设计制造过程相

什么是东莞产品逆向设计?产品逆向设计是指从实物上采集大量的三维坐标点，并由此建立该物体的几何模型，进而开发出同类产品的进技术。东莞产品逆向设计与一般的设计制造过程相反，是先有实物后有模型。仿形加工就是一种典型的逆向工程应用。下面，我们来详细的看看东莞产品逆向设计的意义及应用技术。
东莞产品逆向设计
目前，逆向设计的应用已从单纯的技巧性手工操作，发展到采用先进的计算机及测量设备，进行设计、分析、制造等活动，如获取修模后的模具形状、分析实物模型、基于现有产品的创新设计、快速仿形制造等。
目的：采集待测物体点云数据并以STL文件格式快速输出其CAD数据。
应用范围：玩具、模具制品、艺术品、汽车部件、电子元器件及其他行业。
测试步骤：确认样品类型→放置测量装置中→快速扫描→点云数据再现三维模型→以STL文件格式输出数据。
东莞产品逆向设计的流程：产品样件 →数据采集→ 数据处理CAD/CAE/CAM系统 → 模型重构 →制造系统→ 新产品。
综上所述，我们可以知道，逆向设计工程一种产品设计技术再现过程，即对一项目标产品进行逆向分析及研究，从而演绎并得出该产品的处理流程、组织结构、功能特性及技术规格等设计要素，以制作出功能相近，但又不完全一样的产品。值得注意的是，在产品设计行业里并没有照抄的产品，因此，逆向设计往往只能做为产品开发的一种辅助形式。
逆向设计是 20 世纪 90 年代兴起的一种汽车产品开发新技术。
东莞产品逆向设计
广义上讲, 逆向设计主要是依靠高度集成化、可视化及开放型的计算机和网络技术, 构筑汽车产品, 从概念构思、产品设计、工程分析到工艺制造、应用工程、市场服务, 全过程实行无纸化、系统化的高精度操作平台。这种思维先于实体, 再用实体反证思维的逆向工作形式, 被称之为逆向设计。
狭义上讲, 逆向设计是指从已有的物理模型或实物样件获取产品数学模型, 并且在此基础上对已有产品进行解剖、深化和再创造的过程。逆向设计已广泛应用于产品开发、模具制造及产品质量控制等众多领域。特别是在汽车产品开发中, 逆向设计已经成为必不可少的重要技术手段。
1 汽车车身产品开发流程
汽车车身产品开发一般先由工业设计师进行概念设计、绘制效果图、制作油泥模型, 再测量油泥模型数据并进行曲面重构, 然后才进入其它相关工程设计与仿真分析等开发流程(图 1 )。
东莞产品逆向设计是工业设计和工程开发的接口, 是汽车车身产品快速开发的关键技术, 汽车车身产品逆向设计的工作流程见图 2 。
汽车车身的逆向设计对点云测量和曲面重构提出了很高的要求。点云测量的质量主要取决于测量设备的精度, 而曲面重构的品质还与所选用数据处理软件的功能与数据处理的策略有关。
2 汽车车身产品逆向设计关键技术
东莞产品逆向设计在汽车车身产品开发中, 有两项关键技术: 准确、高效的从手工油泥模型上采集三维点云数据; 快速、高质量的创建曲面数学模型。
2.1 点云数据采集技术
点云数据采集是将油泥模型曲面以空间点三维坐标的形式离散化, 所采集的点云数据是曲面拟合或曲面检测的基础。油泥模型数据的采集工作一般耗时较长, 能否高效获取精确的点云数据是逆向设计的关键技术。目前常用的点云数据采集方法有 3 种。
(1) 接触式三坐标测量机测量测量精度较高,测量效率较低, 由于测量时接触被测物体, 易划伤其表面, 适于测量点、特征线、孔等几何特征。
(2)线状激光束测量( 相位测量) 将周期性的光栅投影到被测曲面上, 通过光栅图像的调制解调, 求出被测曲面形状的三维信息。其测量范围大,速度快, 但只能测量起伏不大的较平坦曲面, 曲面变化大时测量精度较低。
(3) 光栅投影式测量( 照相测量) 将光栅投影到物体表面, 形成一块待测区域, 由光学扫描系统测取实物的表面数据, 用数码像机获取特征标志点的三维坐标位置。光栅投影式测量轻便灵活, 易于携带, 可进行异地测量; 非接触测量, 对被测物表面无划伤; 复杂或大面积表面可分块测量; 测量速度快, 点云密度高; 测量精度高, 在 0.03/100 mm×100 mm 以内, 综合测量精度在 0.1/1000 mm 以内。
上述三种测量技术, 在逆向设计时可根据被测模型的特征灵活选用, 以满足曲面重构精度及快速采集海量点云数据的要求。
2.2 汽车车身设计中对曲面的要求
在车身设计中, 要求车身外表面和内饰表面光顺。“光顺”有“光滑”和“顺眼”之意, 它包括数学和
主观美学两方面描述。
“光顺”的数学描述分为曲线光顺和曲面光顺。一般曲线光顺的条件是: 曲线二阶连续; 曲线没有多余拐点; 曲线曲率变化均匀。空间曲面的光顺, 应满足该曲面上没有多余的凸区和凹区。一般用任意一张平面与曲面的截面曲线的光顺性, 作为曲面光顺的判据。
“光顺”的主观美学描述主要体现在以下 3 项局部和整体的视觉效果上:
(1)单个曲面本身所形成的光反射效果;
(2) 曲面之间拼接和转折处形成的明暗变化;
(3)曲面的边界、过渡面等处形成的高光线和高光轮廓。车身设计要求上述视觉效果应连续、流畅, 局部不出现多余的凹凸、锯齿、褶皱、紊乱条纹和散乱的明暗对比等缺陷。
曲面光顺描述受主观因素影响, 不同汽车制造长制定了不同的分级标准。汽车车身表面曾有 A 、B 、 C 三级之分, 其中 A 面为车身外表面, 即白车身, 要求满足上述曲线、曲面光顺的全部条件; B 面为不重要表面( 含内饰表面), 要求满足曲线、曲面光顺的基本条件; C 面为不可见表面。随着制造技术的进步, 汽车内饰表面也被列入 A 级要求, 因此分类方法也随之简化, A 面为可见(可触摸)表面; B面为不可见表面。
东莞产品逆向设计
2.3 曲面数学模型创建技术
曲面创建是逆向设计的一个关键环节, 不仅要再现原有产品的设计思想, 还应修复(或解决)油泥模型存在的缺陷, 并对车身外表面和内饰表面进行光顺处理。曲面创建前应对模型仔细分析, 将曲面划分为几个特征区, 规划整体思路, 以确定曲面创建方法并选用相关工具。
曲面分块是逆向设计的总体方案, 对后续工作影响较大, 一般由工业设计师、测量工程师及逆向设计工程师共同研究决定。
汽车车身曲线一般为三维空间曲线 (边界线、截面线及特征线), 曲线的法向不在同一平面内, 逆向设计中, 一般将三维空间曲线投影到曲线的两个主投影面上进行光顺。
曲面重构一般有 3 种方法: 1 ) 点到面( 直接由点云数据生成曲面片), 从点云提取行列交叉的点云网格, 利用 U 、 V 线逼近点云网格的方法拟合曲面, 或按用户输入的曲面参数自动拟合曲面; 2 ) 先点到线再线到面, 先提取点, 重构和光顺曲面片的边界线、截面线及特征线, 再重构曲面片; 3 ) 点、线结合重构曲面。
曲面拼接是指将光顺好的主要曲面用过渡曲面连接起来。拼接处一般都是高光轮廓线或形成明暗对比的部位, 曲面拼接质量直接影响产品整体视觉效果。
曲面经重构、光顺后, 需评估其表面质量以判定其是否满足使用要求。曲面评估包括两方面: 一是评价曲面的品质, 即曲面是否达到 A 级曲面的要求; 二是评价重构曲面与点云之间的误差是否满足要求。
东莞产品逆向设计需要相应的软件支撑。逆向设计主要应用软件有 : GeoMagic 、 CopyCAD RapidForm 、
QuickForm 、 UG 及 CATIA 等。不同软件各有所长,应根据不同曲面的结构特点和测量数据的特点, 选用不同软件; 或在逆向设计的不同阶段, 采用不同软件, 以提高设计质量和效率。在众多的应用软件中，CATIA 的逆向设计功能最为强大。
东莞产品逆向设计是现代汽车产品快速开发的重要技术。本文介绍了汽车车身产品开发流程及逆向设计关键技术和应用软件, 分析了点云数据采集、曲面重构、曲面数据质量评估等工作要点。随着逆向设计在高效、准确实现点云数据采集, 快速、高质量创建曲面数字模型等方面的不断完善和发展, 逆向设计作为一种实用性和综合性很强的新技术, 必将在增强设计能力、提高效率、节约成本和缩短产品开发周期等方面发挥巨大的作用。

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