摘 要：為了對現(xiàn)有車身進行修改，并在此基礎上進行改進 ，利用CATIA 為工具，以實， 際汽車車身為對象，以 B 樣條及 NURBS 曲面為曲面構造方法進行汽車車身曲面的重構，從而達到了汽車車身曲面光順性要求。

逆向工程在汽車新產品的模型設計、現(xiàn)有產品的修改、破碎零件的重構和工業(yè)檢測方面具有廣泛的應用，繼而出現(xiàn)了多種曲面重構的方法 ，具體方法如 ：第一種，基于遞歸分割理論的曲面重構方案；第二種，以 B 樣條或 NU R B S 曲面 勺基礎的曲面構造方案；第三種，以三角 Bezier 曲面為基礎的曲面構造方案 ；第四種，以多面體方式來描述曲面物體方法。

由于 3D 的 B 樣條曲線構成的 NU R B S 曲面，這類曲面可進行邊界切矢及 曲率的修改 ，以保證曲面的光順。同時N U RB S 是 ISO 在 STEP 標準中制定的自由曲線和曲面的唯一表示標準，并且為 C A G D 提供了統(tǒng)一的數(shù)學描述方法 ，是曲面造型技術發(fā)展趨勢中最重要的基礎。

在此本文采基于以 B 樣條或 N U R B S 曲面為基礎的曲面構造方案為主 ，其它方案為輔的方法為本次實驗對象進行局部修 改及嚴重變形部分的曲面重構。

1、汽車車身曲面的特點和重構 的難點

在汽車整車產品中，汽車的覆蓋件 ，特別是構成整車車身的外部覆蓋件，產品變化頻繁 ，市場生命周期較短。而且一般都有產品結構尺寸較大、形狀構成比較復雜 、所采用材料厚度相對較小 、成 型質量 高等特點 ，所以它的設計和生產就成 了整車產品開發(fā) 中的一個關鍵環(huán)節(jié) 。

當今的車身外部造型設計，在國外被專業(yè)人員中稱作“流線型設計”。按照造型師的理念汽車外形的連續(xù)完整性應有各種曲面光滑的連接以及微妙的光學效果顯示出來，其顯著的特點是可獲得 0．20 甚至更低的風阻系數(shù)。這在油價飛漲的今天具有相當重要的現(xiàn)實意義。

從上述車身的特點可以看出，它要求汽車覆蓋件曲面造型設計中產品的外表面的曲線和曲面要非常光順 ，這也就成了汽車車身產品生產中的難點。

2、C A T lA 為 曲面重構提供功能模塊

CA T IA V 5 提供了兩個逆向工程模塊，即數(shù)字曲面編輯模塊 DSE 和快速曲面重構模塊 Q SR 。它涵蓋逆向軟件的基本點云輸入和數(shù)據(jù)輸出功能及點云數(shù)據(jù)處理功能，并綜合應用創(chuàng)成式曲面設計模塊 G SD 和自由曲面造型模塊 FSS 及汽車A 級曲面模塊發(fā)揮其強大的曲面、曲線擬合功能。并且，由于它將逆向工程模塊融于一體，實現(xiàn)逆向工程與正向的曲面功能的交互應用，其使用變得更為簡便、靈活。文章綜合地使用了 C AT IA 軟件的 D SE 、QSR 、G SD 、FSS 和 A CA 五個模塊 ，從而有效地滿足汽車車身曲面重構要求。

3、汽車車身重構過程

（1）數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)預處理。汽車車身是由很多復雜曲面拼合而成的，如果用接觸式測量，則有可能在點云擬合時數(shù)據(jù)量不夠，而且測量效率低，不能滿足曲面構建所需的高速建模。所以對于汽車外表面曲面的重構，最好使用非接觸測量的方 法，從而保證重 構 的 C A D 模 型能 比較 準確地 與實物模型吻合，而且縮短開發(fā)周期。本次實驗采用的是由天遠三維科技有限公司生產的 OK IO —II一400 光柵測量儀。本次掃描的對象是一輛吉普車，從測試中可以看出，本次數(shù)據(jù)量非常大(78 萬點 )，由于車體變形嚴重，車身體積大不能采集完整的車身，由測試中可以看出，我們只采集了車身左半部分的點云，在車頂部分只采集了邊緣的一些特征點，為本次曲面重構增加了難度 。

在 CATIA 軟件環(huán)境中，切換到數(shù)字化外形編輯器(Digi—tized Shape Editor ，簡稱 DSE) 模塊下，對壞點進行數(shù)據(jù)處理，精簡云點，減少數(shù)據(jù)處理量，以便實物的模型更容易分辨，為曲面重構做好準備。

(2)CAD 模型重建。

①點云數(shù)據(jù)的分割。由于汽車車身是左右對稱的，所以在我們只采集車身的左半部分作為重構的對象。曲面分割的合理于否直接影響到曲面重構的難宜和精度。在點云分割的時候不要分割的太細，因為有些細節(jié)并不重要 ，反而會影響整體車身的結構和精度 ，盡量用最少的 B 樣條線來表示。因為曲線的好壞直接影響曲面的生成，所以我們采用投影的方法成生交線 ，由交線生成樣條線，以保證所生成的曲面的光順性。

②曲面重構。在這個過程 中我們用的是D SE 、Q SR 、G SD 、FSS 和 A C A 五個模塊，由于車頂部分沒有點云 ，而且不能用修改 M esh 命令中的 Neighborhood 的值來修補。所以在車頂部分的重構，我們需要通過草圖畫出車頂曲面 ，實現(xiàn)車頂部分曲線制作。由此曲線生成 3D 樣條曲線 ，并分析 、調整曲線使其光順，分析結果如圖2 所示。

完成所有 曲面重構后 ，通過鏡像得到完整 的汽車車身 的曲面模型 ，如圖 2 所示 。

(3 )維護方便。智能儀表可以對信息數(shù)據(jù)接入中央監(jiān)控室控制和管理，對于故障和異常能夠快速的識別并處理。傳統(tǒng)的開關柜需要配有多種模擬指針儀表及繼電器 ，給生產 、儲存 、維修帶來極大不便 ，并且以人工直接操作為主，無法實現(xiàn)計算機智 能管理 ，對于較為復雜 的控制邏輯實現(xiàn)起來 比較 困難 。采用智能電量監(jiān)控儀表，所有測控單元直接下放到開關柜內。數(shù)據(jù)上傳至各子站的主控單元進行處理存儲 、調配以及通信協(xié)議的轉換，并通過光纖收發(fā)器接入星型結構光纖以太網，以實現(xiàn)中央監(jiān)控室對各子站的集中監(jiān)視 、測量、控制和管理功能 ，提高了系統(tǒng)的可靠性以及方便 Et后的升級維護 ，并使系統(tǒng)安裝接線工作減至最低 ，符合國際流行的分散分布式現(xiàn)場網絡結構 。

3、智能儀表技術及其應用的發(fā)展探討

（1）智能化程度有待提高。智能儀表的智能化程度表征著其應用的廣度和深度，目前的智能儀表還只是處于一個較低水平的初級智能化階段，但某些特殊工藝及應用場合則對儀表的智能化提出了較高的要求。而當前的智能化理論，如：神經網絡、遺傳算法、小波理論、混沌理論等已經具備潛在的應用基礎 ，這就意味著我們有必要也有能力結合具體的應用需要下大氣力開發(fā)高級智能化的儀表技術。

（2）可靠性有待增強。儀表運行的穩(wěn)定性、可靠性是用戶首要關心的問題 ，智能儀表也不例外。隨著智能儀表技術的不斷拓展、新型的智能儀表也將陸續(xù)投放市場，準確性、穩(wěn)定性、可靠性是工業(yè)現(xiàn)場儀表的三項重要指標 ，三者是緊密聯(lián)系的，其中可靠性最為重要。沒有可靠性，準確性、穩(wěn)定性就無從談起。因此，可靠性是智能儀表整體設計的關鍵，從用戶的角度看 ，它是產品質量的體現(xiàn)；從設計者的角度看，它是產品軟 、硬件設計水平 的綜合表現(xiàn) 。所 以，可靠性一直是設計者追求的目標。由于以單片機為核心的智能儀表步人工業(yè)現(xiàn)場 ，儀表行業(yè)發(fā)生了巨大變革 ，儀表的測量精度提高，功能加強 ，特別是智能儀表的通信能力，為現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)提供了堅實的基礎 。

（3）功能有待強化。目前工業(yè)自動化領域的實際應用尚未將智能儀表的功能發(fā)揮最大化，而更多的只是應用了其總體功能的半數(shù)左右。而這一應用現(xiàn)狀的主要原因是，控制系統(tǒng)的總體架構忽略了諸如現(xiàn)場總線的技術優(yōu)勢 ，這需要儀表廠商與用戶建立 良好的合作伙伴關系，加強長期合作，以短期投資促長期效益，通過建立“智能儀表 + 現(xiàn)場總線”的控制系統(tǒng)架構，確立優(yōu)化的投資觀念，達成和諧共贏的目標 。

4、結語

由于我國的制造型企業(yè)(特別是汽車方面)在創(chuàng)新 、設計能力等方面與國外的先進企業(yè)還存在著很大的差距。因此通過逆向工程的方式快速的學習、消化和吸收國外先進的技術和經驗有著重要的意義和價值。

本文在原有數(shù)據(jù)的基礎上進行了局部修改，從而使車身更具有流線感 ，增加 了其美觀性，能有效降低風阻系數(shù)。