一、天人车身制造有限公司有限责任公司重型汽车车头逆向工程项目情况
天人车身制造有限公司有限责任公司重型汽车车头逆向工程是天人集团2004年新品开发的一个重要项目，其主要内容以现有的车头模型和产品，完成整个车头的数据电子化，为产品的模具、检具、工艺过程等方面提供准确的设计和生产依据，以保证生产和装配质量，同时并通过此项目，使其公司的在新产品开发过程中逐步熟悉、了解、掌握逆向工程的设计思路和开发手段，为公司今后新产品开发提供更强、更高的设计能力和设计手段。 二、逆向工程基本原理和方案介绍 逆向工程基本原理 在计算机技术飞速发展的今天，三维的几何造型技术已被制造业广泛应用于产品及工模具的设计、方案评审、自动化加工制造及管理维护各个方面。我们从上游厂商接收的技术资料可能是各种数据类型的三维模型，但是，由于各种原因，我们所面对的可能并非CAD的模型，而是实实在在的实物样件，有时，甚至可能连一张可以参考的图纸也不存在，这就为我们在后续的工作中采用先进的设计手段和先进的制造技术带来了很大的障碍，我们必须通过各种测量手段及三维几何建模方法，将原有实物（产品原型或油泥模型）转化为计算机上的三维数字模型，在CAID与CAD领域，这就是所谓的逆向工程 (Reverse Engineering)。 在逆向工程项目中，一般都采用EDS公司Imageware和Unigraphics 软件系统进行总体和细节的全面设计。
图1 逆向工程的主要流程
上图为从数据输入至逆向工程及CAD/CAM软件，通过逆向工程及CAD/CAM软件进行造型设计的系统流程图。主要就包括大过程：逆向反求和模型设计。 （1） 逆向反求 输入三坐标测量机或光学扫描系统对车头样件或油泥模型测量所得的数据，进入Imageware功能模块，使之转换为polymesh。所输入的数据格式可以是CMM点位文件，也可以是IGES文件等各种格式。 进入Imageware的PolyEdit，对polymesh进行定位、细化，包括对空洞的修复，对polymesh的光 顺，去除多余的不必要的数据，使polymesh能适用于后续的工作。 进入Imageware的PolySurface，创建出曲线，NURBS曲面，并将最终的NURBS曲面与原始测量 数据进行对比评估，生成误差云图。 通过Imageware逆向反求，得到的数据主要分两类：样件或油泥模型的网格曲线，样件零件或油泥模型的NURBS曲面模型数据。以上这些数据，需输入后续功能模块进行处理。
图2 逆向反求过程
（2） 样件的详细设计 通过逆向工程软件获得的数据主要是线框、曲面模型，为了得到车头的电子样机，还需对这些数据进行处理，最后生成车头的相关的零件。在这部分，主要包括车头的外观设计，零部件的详细设计，以及虚拟装配，得到车头的电子样机。 在外观设计阶段，主要工作是输入由逆向工程软件生成的几何数据，进入UG软件的曲面功能模块，利用UG软件丰富的曲面创建、评估、编辑功能，生成符合外观设计要求的A级曲面模型，并利用UG/Design for Studio的功能，对模型赋予合适的材质、光源等特性，在计算机上完成车头的 外观评估。 在产品详细设计阶段，充分利用UG软件的复合建模功能，以外观曲面模型为基础，生成车头各零件的三维模型，并可利用UG软件提供的工程分析功能，对这些实体零件进行工程分析，以保证设计出符合工程需求的产品。 在虚拟装配阶段，将UG软件设计完成的车头零部件，在计算机上进行虚拟装配，并利用UG软件装配中的干涉检查等各种功能，完成车头的电子样机。 以上这些工作都是在UG这一CAD/CAE/CAM集成环境下，采用并行工程的方法完成的，其输出结果是车头的整车电子样机。
图3 样件的详细设计过程
下面就一个具体事例说明逆向工程的工作过程。
图4 原始点云数据
图5 反求曲面的特征点和线
图6 A级曲面主模型
图7 点云与曲面的贴合精度分析
三、天人车身制造有限公司有限责任公司重型汽车车头逆向工程主要工作内容 1、项目的主要零件明细 驾驶室焊接总成产品外观尺寸 2450×1930×1830 前围总成 产品外观尺寸 2300×1900×450 左右车门总成 产品外观尺寸 1100×1350×80 左右侧窗内板总成 产品外观尺寸 1410×1400×180 左右侧窗外板总成 产品外观尺寸 1410×1400×180 仪表过渡板产品外观尺寸 2100×220×55 后围总成 产品外观尺寸 2080×1040×55 地板总成 产品外观尺寸 1900×2410×900 电子驾驶室的总体装配 2、样件零部件逆向造型设计 A）数据采集 通过ATOS激光扫描仪扫描样件取得零部件外型及结构特征空间点云数据。 B）点云数据转换、处理、基准校正 C）通过获取的点云去除噪声点，进行一致化处理。 D）点云数据边界处理 E）逆向反求、特征抽取 F）逆向工程曲面建立 通过处理后的点云获得初步的空间曲面。 G）曲面光顺、连接、细节修正 H）零部件整体协调A级曲面光顺协调零件曲面与相关边界条件的关系，并调整出A级光顺曲面。 I）曲面质量、连接精度检查 J）零部件结构特征设计及刚度、强度确认 K）产品图纸制作 3、总成部件装配设计 A）数据采集 通过ATOS激光扫描仪扫描样件取得样件外型及结构特征空间点云数据。确定各零部件的焊接装配位置及关系。 B）点云数据转换、处理、基准校正 通过获取的点云去除噪声点，进行一致化处理。 C）点云数据边界处理 D）逆向反求、特征抽取 E）总成装配设计、干涉分析 F）产品图纸制作 4、整车驾驶室的处理 A）数据采集 通过ATOS激光扫描仪扫描样件取得零部件外型及结构特征空间点云数据。确定各分总成的焊接装配位置及关系。 B）点云数据转换、处理、基准校正 通过获取的点云去除噪声点，进行一致化处理。 C）点云数据边界处理 D）总成装配设计、干涉分析 E）建立整车驾驶室装配电子模型。 F）产品图纸制作 5、产品零件工程图纸 制作主要产品零件工程图纸 6、基于原始效果图的零部件的油泥模型制作和重新设计 A）制作油泥模型 制作完成保险杠、前围、顶盖等基于柳新公司的LXM31驾驶室平台上需要改进、开发的零部件的油泥模型，并通过验收。 B）数据采集 通过ATOS激光扫描仪扫描油泥模型取得零部件外型及结构特征空间点云数据。 C）点云数据转换、处理、基准校正 通过获取的点云去除噪声点，进行一致化处理。 D）点云数据边界处理 E）逆向反求、特征抽取 F）逆向工程曲面建立 通过处理后的点云获得初步的空间曲面。 G）曲面光顺、连接、细节修正 零部件整体协调A级曲面光顺，协调零件曲面与相关边界条件的关系，并调整出A级光顺曲面。 H）曲面质量、连接精度检查 I）零部件结构特征设计及刚度、强度确认 J）总成装配设计、干涉分析 K）产品图纸制作 7、质量控制 A）外覆盖件 三维数模的边界与线框之间的距离误差应该小于0.5mm ； 曲线到关键控制点之间的距离误差应该小于1mm； 通过Deviation、反光条等检查曲面的光顺性，曲面满足C2阶连续。 曲面间检测，相邻边界间的角度<0.5°；相邻边界间Section应无拐点，反光条无弯折发生。 B）内覆盖件 三维数模面片的边界与线框之间的距离误差应该小于0.8mm ； 曲线到关键控制点之间的距离误差应该小于2mm； 通过Deviation、反光条等检查曲面的光顺性，曲面应该满足Ｂ级曲面要求。 曲面间检测，相邻边界间的角度<0.5°，相邻边界间Section应无拐点。 C）装配 零件及分总成的位置准确； 装配件的配合面的间距满足料厚要求； 分总成和总成数模的边界与线框之间的距离误差应该小于0.5mm 。 D）最终数据的提交 设计完成以后，提供完整的包含有线框和面的非参数化数据。 8、设计数据管理 A）文件命名 为了便于数据的组织和零部件的识别，以零件的件号作为提供的三维模型数据文件命名。 B）文件目录的管理 以整车零部件明细表为依据，按照大总成、分总成、零件的层次结构，建立相应的目录，三维模型完成以后，放入相应的目录。
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