1、逆向工程中的数据采集技术收稿日期:2008-05-09基金项目:重庆市科委攻关项目(CSTC,2005AC3033.作者简介:崔秀梅(1981,女(满族,辽宁人,硕士,主要从事逆向工程、CADCAECAM技术研究.逆向工程中的数据采集技术崔秀梅,冯文杰(重庆工学院重庆汽车学院,重庆400050摘要:阐述了数据采集技术及测量机在逆向工程中的作用,对汽车逆向工程中应用测量机的类型、特点和关键技术进行了分析和研究.以汽车行业广泛应用的测量机及测量方法为例,探讨逆向工程中的数据采集技术,实现汽车的低成本、短周期、高质量逆向设计.关键词:逆向工程;数据采集;测量机;汽车中图分类号:TP391文献标识码:
2、A文章编号:1671-0924(200808-0014-03StudyonDataAcquisitionTechnologyUsedinReverseEngineeringCUIXiu 2mei,FENGWen 2jie(ChongqingAutomobileCollege,ChongqingInstituteofTechnology,Chongqing400050,China Abstract:Thepaperexpatiatesuponthesignificantuseofdataacquisitiontechnologyandmeasuringma 2chineinreverseengi
3、neering,analyzesandresearchestypesandcharacteristicsofmeasuringmachinesused inautomationreverseengineering.Takingthemeasuringmachineandmeasuringmethodswidelyusedin automobileindustryasexamples,thispaperdiscussesthetechnologyofdataacquisitionusedinautore 2verseengineeringsoastorealizecost2efficient,s
4、hort 2cycledandhighqualityreversedesign.Keywords:reverseengineering;dataacquisition;measuringmachine;automation随着计算机和CAD 技术的迅速发展,以测量技术为基础、曲面重构技术为支撑的逆向工程在汽车工业的产品开发中得到了广泛的应用.逆向工程又称反求工程,主要包含2项内容:一是实物模型的数据采集;二是数字模型的建立1.数据采集是逆向工程的首要环节,是反求建模的理论依据.采集数据的精度和速度直接影响产品的质量和开发效率等.准确、快速、完备地获得产品的三维几何数据,是逆向工程的一项关键技术
5、.数据采集技术随着逆向工程的广泛应用不断发展,从最初的接触式测量,发展到光学、磁学等非接触式测量,直到新近开发的组合测量等2.如今用于数据采集的测量机种类繁多、测量精度、测量速度各不相同.因此,对于不同类型的实体及数据采集的不同阶段选用测量机都应做到有的放矢,合理利用资源,以利用最低成本实现最优目标点采集.1测量机测量机按测量方式主要分为接触测量、非接第22卷第8期Vol.22No.8重庆工学院学报(自然科学JournalofChongqingInstituteofTechnology (NaturalScience 2008年8月Aug.2008触测量2种方式.随着数据采集技术的发展,接触式
6、测量与非接触式扫描组合的数字化设备也在工程实际中开始应用.1.1接触式测量机传统的三坐标测量机(coordinatemeasuringma2 chine,CMM是接触式测量的典型三维数据采集仪器.在逆向工程应用的初期,CMM是实物三维数据采集的主要手段.按结构主要分为龙门式、水平臂式、桥式、关节臂式测量机等3.CMM工作过程由事先编号的程序或手动控制各坐标轴的运动,由数控装置发出移动脉冲,经位置伺服进给系统驱动移动部件运动,再由位置检测装置(旋转变压器、感应同步器、角度编码器、光栅尺、磁栅尺等检测运动部件实际位置.当检测头接触到被测工件表面时产生信号,读取各坐标轴位置寄存器值,经数据处理后得出
7、测量结果.三坐标测量机具有精度高、重复性好等优点,但测量速度慢,对微细部分的测量受限制,适用于精密测量.目前,英国雷尼绍(Renishaw公司、意大利DEA公司、美国的sheffield公司、德国Zess公司及Brownandsharpe等公司的三坐标测量机应用范围较广.1.2非接触式测量机随着市场的发展,汽车的更新换代速度日趋加快,其设计、改型速度也随之加快.在逆向工程中,传统三坐标测量机的采集速度显然不能满足要求,非接触式测量机有采集速度快、数据密集等优势,在数据采集中发挥了重要的作用.非接触式测量机主要有光学、声学和磁学测量机,无需与被测样件接触就能获取数据.光学测量机是汽车工业中应用最
8、广泛,技术最成熟的一种非接触式测量机.其采用的光学测量法主要有结构光法、激光三角形法、激光测距法、干涉测量法、图像分析法等.最常用的是激光三角形测量法,激光扫描三角法的原理是:采用激光作为光源,照射到被测物体上,利用CCD接受漫反射光成像点,根据光源、物体表面反射点和成像点之间的三角关系,计算出表面反射点的三维坐标.激光扫描三角法的最大特点是速度快且不与被测工件表面接触,数据点密集,因此特别适合于测量大尺寸且具有复杂外部曲面的零件.德国Steinbichler公司的Comet光学系统和德国COM公司的Atos光学测量系统,采用线结构光相位移动投影获得被测表面的三维数据,是目前使用广泛的光学测量
9、设备.1.3复合型测量机部分测量将接触式测量与非接触式扫描并用,在同一台机器上实现激光扫描和接触扫描相结合,解决了一般激光扫描不能扫描二维轮廓的问题,且保证一定精度 4.如FARO公司的便携式多关节三维测量臂及扫描系统、美国德力的CIM2 CORE激光扫描系统等.2汽车逆向工程的数据采集2.1汽车整车外部数据采集整车的初步控制尺寸,如汽车的总长、总宽、总高、轴距、轮距等,测量时使用水平臂式三坐标测量机.图1为中测CLY-N(电动系列水平臂三维测量机,其测量范围:长度5m以上,宽度、高度2m以上,测量精度在0.02mm以内,足以满足测量需要.目前,有些研究采用机器视觉系统进行车身数据测量,这种方
10、法受系统测量范围的影响,需将多视数据拼合,影响了测量精度,不利于数据采集及整车坐标系的建立.图1水平臂式三坐标测量机2.2汽车静态参数测量汽车静态参数,如前悬、后悬、前、后风窗位置及倾角、前围板位置、发动机高度、地板高度、座椅布置、操纵机构布置,以及内部空间的控制尺寸等.部分静态参数可以在测量汽车车身数据时,利用水平臂式三坐标测量机进行测量.对于难以通51崔秀梅,等:逆向工程中的数据采集技术过水平臂式三坐标测量机测量的数据,可以使用柔性的关节臂式三坐标测量机测量数据,随测量需要移动测量机,最终将数据统一到同一坐标系下,确保数据的一致性.目前应用较广的是美国FARO公司的便携式多关节三维测量臂系
11、统,其测量臂具有重量轻、高硬度、柔性好、抗弯曲性强等特点;测量手柄使用灵活方便,对于边界、拐角处理灵活.2.3白车身数据扫描白车身是指将整车用显像剂等喷白处理后的车身5.对于白车身数据地采集,大多使用非接触式测量方法.非接触式测量法最重要的优点在于测量速度快、效率高、采集数据密集.对于精度要求不高的大型覆盖件,非接触式三坐标测量机是最佳选择,可以大大缩短开发周期、降低开发成本.目前应用最广泛的扫描白车身的非接触式测量机主要有德国的ATOS光学扫描系统、德国Steinbichler公司的COMET三维扫描设备.这2种测量机均采用可见光,将特定的光栅条纹投影到测量工件表面,借助2个高分辨率CCD数
12、码相机对光栅干涉条纹进行拍照,利用光学拍照定位技术和光栅测量原理,可在极短的时间获得工件表面的完整点云6.这2种三坐标测量机都能满足白车身数据采集的基本要求,只是在扫描出的点云效果及软件的拼接功能上有所差异,但2种非接触式测量机价格成本都较高,选择时应综合考虑.由于设备购置昂贵,使用成本较高.2.4汽车零部件扫描对于大型汽车零部件扫描,可以使用ATOS、COMET 等三维扫描设备,数据采集速度快、效率高.对于外形复杂的汽车零部件扫描,建议使用关节臂式的三坐标测量机,这种测量机柔性较好使用更灵活方便,对于边界、拐角处理比ATOS、COMET等三维扫描设备更灵活7.目前应用较多的是美国FARO公司
13、的便携式多关节三维测量臂及扫描系统(如图2、美国德力的CIMCORE激光扫描系统.这种两种测量机都是将接触式测头与激光扫描头结合使用,对于关键特征使用接触式测头测量,对于曲面使用激光扫描头扫描,最终将数据统一到同一坐标系下,对于复杂曲面零件扫描非常有优势.只是FARO的接触式测头和非接触式测头可以自由切换不必重新安装,CIMCORE 的扫描测头和接触测头互换时必须重新安装.图2FARO测量臂系统2.5 汽车零部件精密测量需要精密测量的汽车零部件,不能使用以上的非接触式测量机,必须使用接触式三坐标测量机,以保证测量精度.由于三坐标测量机精度的影响因素很多,硬件方面三坐标测量机的结构、材料、驱动系
14、统、光栅尺等各个环节对三坐标测量机精度都有影响;软件方面机器误差补偿及温度、湿度的补偿能力等对三坐标测量机精度的影响较大.因此高精度的三坐标测量机必须使用高精度的部件,价格也相应较高.在选用三坐标测量机时,应按精度、测量范围等需求适当选择,合理利用资源.一般可根据被测工件要求的精度与测量机给定的测量不确定度相对比,选择精度适合的测量机.对于中等尺寸的工件,多采用移动桥式;对于小型工件,多采用活动桥式(如图3、悬臂式等;对于大型工件,则多采用龙门式;对于需回转测量的工件,可选用带分度台的测量机.图3活动桥式三坐标测量机(下转第21页61重庆工学院学报2005第3阶段限值要求,2#Fuel与1#F
15、uel的排放结果相比,THC排放增加,NO x,CO和PM排放降低.柴油中的硫约有98%在燃烧过程中转化为SO2,其余2%转化为硫酸盐,成为PM的一部分.柴油中的硫在燃烧过程中先被氧化为SO2,部分SO2被继续氧化为SO3,SO3与排气中的水结合生成H2SO4,H2SO4与部分金属磨损物反应成为硫酸盐,成为PM中的一部分.硫除了在燃烧过程中生成硫酸盐固体,使PM数量增加外,其中间产物还能够催化未燃碳氢的裂化,生成碳烟,使PM总量增加.试验表明,硫含量越高生成的颗粒物排放也越高.4结束语柴油质量对柴油机排放具有明显的影响.随着柴油十六烷值的增高,CO、NO X排放会降低,但是THC排放会增加.柴
16、油硫含量显著地影响PM 排放,柴油硫含量越低,PM排放越好.因此,为了降低柴油机的排放,满足未来更严格的排放法规,减少环境污染,改善生态环境质量,必须改善和严格控制柴油质量.参考文献:1TadaoOgawa,MasaeInoue.FuelEffectsonParticulateE2missionsfromDIEngines2PreciseAnalysesandEvaluationofDieselFuelJ.SAE,2000(1:2882.2RichardStradling,PerterJZ.FuelEffectsonRegulatedE2missionsfromAdvancedDieselEn
17、ginesandVehiclesJ.SAE,2004(1:1880.3杨健.柴油品质对车辆排放的影响J.交通节能与环保,2006(2:27-28.4陈杰峰.柴油质量对NOx和PM排放的影响及控制措施J.北京汽车,2006(4:21-23.(责任编辑陈松(上接第16页3结束语探讨了逆向工程中的数据采集技术,对测量机在汽车逆向工程设计中的应用进行研究,给出汽车数据采集的选用测量机的建议,阐述的汽车逆向工程中使用的数据采集技术,经理论研究和实践是行之有效的.该技术的应用不仅可以缩短产品开发周期,而且可以提高产品质量,提高生产率,降低产品成本.参考文献:1金涛,童水光.逆向工程技术M.北京:机械工业出
18、版社,2003.2刘祚,倪潇涓.三坐标测量机(CMM的现状和发展趋势J.机械制造,2004,42(8:32-34.3SeokbaeSon,HyunpungPark,KwanH.LeeAutomatedLaserScanningSystemforReverseEngineeringandInspec2 tionJ.InternationalJournalofMachineTools&Manu2 facture,2002,42(8:889-897.4GiovannaSansoni,FrancoDocchio.Three2dimensionalOp2ticalMeasurementsandRever
19、seEngineeringforAutomotiveApplicationsJ.RoboticsandComputer2integratedManu2 facturing,2004,20(5:359-367.5DickinP.ReverseEngineeringRegainsPopularityJ.IEEEReview,1996(9:1-4.6周士侃,娄臻亮,舒世湘.基于Atos&Tritop的点云采集方法J.模具技术,2004(2:51-54.7Varady,MartinRR.ReverseEngineeringJ.HandbookofComputerAidedGeometricDesign,2001,18:651-682.(责任编辑陈松12王志伟,等:柴油质量对柴油机排放的影响
