CATIAa級(jí)曲面光順原則介紹

1、有最好的catia教程A級(jí)曲面光順原則1所有特征都必須具有可擴(kuò)展性和可編輯性。2.所有特征都必須分解成單凸或單凹 特征。3.所有特征面的光順保證2階導(dǎo)數(shù)以上連續(xù)。4.所有特征 線< 面）函數(shù)必須小于6階。5 .所有特征間的連接要2階導(dǎo)數(shù)以上 連續(xù)< 曲率連續(xù)）6.所有特征間的連接偏差小于 0.0001。7. 一塊 大面上多特征拼接的，建模默認(rèn)誤差小于0.0001，角度誤差小于0.01度。8.單一特征面的建模默認(rèn)誤差小于 0.00001，角度誤差小 于0.001度9.造型決定的不同特征形狀可不要求曲率連續(xù)或相切 連續(xù)。10 .在不能保證大特征面如上質(zhì)量情況下，寧可犧牲邊界線 或縫線或

2、特征連接，特征的連續(xù)保證相切連續(xù)< 角度誤差小于0.1度）。11 .不明顯的局部特征過(guò)渡區(qū) < 如A柱下端與翼子板過(guò)渡 區(qū)），允許曲率不連續(xù)，但要保證相切連續(xù)。12 .外觀特征筋線倒角 R2R5 儀表板邊界相交倒角 R5R10 13 .頂蓋、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、行李箱蓋，與側(cè)圍做大面相交，然后以交線 為中心，依據(jù)點(diǎn)云特征，進(jìn)行曲率或相切連續(xù)。14.大于R10的倒角，要考慮搭橋，保證曲率連續(xù)。15 .為獲得A級(jí)曲面、允許與點(diǎn) 云誤差士 5mm。16 .零件邊界線必須光順。17 .一塊大面如果在兩 頭曲率變化太大 < 相差2倍以上）必須分開特征，然后與主曲面拼 接，拼接精度偏差小于 0.0

3、001，角度偏差小于 0.01度）。18 .不 可以用多個(gè)特征斷面，用掃面 vsweep ）的方法，但可用單特征面< 曲率變化不超過(guò)2倍）多個(gè)斷面掃面。19 .不可用多個(gè)邊界約束的小面拼接零件A 級(jí)面介紹： 我們對(duì) A 級(jí)曲面是這樣理解的 1. 輪廓曲面 - 通常都是 A 級(jí)曲面，這樣的曲面通常都要求 曲率連續(xù) ， 沿著曲面和相鄰的曲面有幾乎相同的曲率半徑 < 相差 0.05 或更小， 位置偏差0.001mm或角度相差0.016度。）2、A級(jí)曲面用高光等 高線檢測(cè)時(shí)顯亮的曲線 - 這些曲線應(yīng)該有一個(gè)共同的曲率特征，等 高線連續(xù)且過(guò)度均勻、逐漸的發(fā)散或收縮，而不是一下子匯集消失 到一

4、點(diǎn) 3、 A 級(jí)曲面上的控制點(diǎn)也應(yīng)該按一定的規(guī)律分布，一行控制 點(diǎn)與另一行相鄰的控制點(diǎn)的角度變化應(yīng)該有一定的規(guī)律可循，這是 畫高質(zhì)量的曲線所必需的4、A級(jí)曲面模型的曲面的邊界線又該可以 被編輯、移動(dòng)以生成另外一個(gè)曲線，同時(shí)這個(gè)新生成的曲線可以重 新加入曲面來(lái)控制區(qū)面。 6、貝塞爾曲面的階次和控制點(diǎn)數(shù)目一般應(yīng) 該是六，有時(shí)候可能會(huì)更高 7、是說(shuō)關(guān)于拔模角度、對(duì)稱性、間歇 以及同相關(guān)曲面德關(guān)系等都要考慮。這個(gè)要求我們?cè)谠煨褪菍?duì)相關(guān) 的項(xiàng)目問(wèn)題也要予以足夠的重視。8、這是專門就曲率的變化來(lái)說(shuō)的，光是曲率連續(xù)是不足以做出 classa 的曲面的。還要求曲率的變 化本身也是光順的，實(shí)際上就是引出了 G3

5、 的概念。當(dāng)然并不是說(shuō) class a要求G3，但是比較接近G3的品質(zhì)對(duì)曲面的品質(zhì)肯定是有好 處的關(guān)于A-classsurfaces，涉及曲面的類型的二個(gè)基本觀點(diǎn)是位置和質(zhì) 量。位置所有消費(fèi)者可見的表面按 A-Surface 考慮。汽車的console<副儀表臺(tái)）屬于 A-surf，內(nèi)部結(jié)構(gòu)件則是 B-surf。質(zhì)量一涉及曲面拓?fù)潢P(guān)系、位置、切線、曲面邊界處的曲率和曲面內(nèi)部 的 patch 結(jié)構(gòu)。有一些意見認(rèn)為“位置續(xù)”是 C 類，切線連續(xù)是 B 類，曲率連續(xù)是A類。而我想更加適當(dāng)?shù)囟x為 GO、G1和G2,對(duì) 應(yīng)于B樣條曲線方程和它的1階導(dǎo)數(shù) < 相切二G1 ）和它2階導(dǎo)數(shù) &l

6、t; 曲 率=G2 ）。因此一個(gè) A-surf有可能是曲率不連續(xù)的，如果那是設(shè)計(jì) 的意圖，甚至有可能切線不連續(xù) ,如果設(shè)計(jì)意圖是一處折痕或銳邊 ,< 而通常注塑或沖壓不能有銳邊，因此 A-suuf 一定是切線連續(xù) （G1> 的）。第二種思想以汽車公司和白車身制造方面的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，做 出對(duì) A-surf 更深刻的理解。他們按獨(dú)立分類做出了同樣的定義。物 理定義： A-surf 是那些在各自的邊界上保持曲率連續(xù)的曲面。 曲率 連續(xù)意味著在任何曲面上的任一"點(diǎn)"中沿著邊界有同樣的曲率半徑。 曲面是挺難做到這一點(diǎn)的切向連續(xù)僅是方向的連續(xù)而沒有半徑 連續(xù)，比如說(shuō)倒角。點(diǎn)連

7、續(xù)僅僅保證沒有縫隙，完全接觸。事實(shí) 上，切連續(xù)的點(diǎn)連續(xù)能滿足大部分基礎(chǔ)工業(yè) < 航空和航天、造船 業(yè)、 BIW 等）?；谶@些應(yīng)用，通常并無(wú)曲率連續(xù)的需要。 A-surf 首先用于汽車，并在消費(fèi)類產(chǎn)品中漸增< 牙刷，Palm，手機(jī)，洗機(jī)機(jī)、衛(wèi)生設(shè)備等）。它也是美學(xué)的需要。 *點(diǎn)連續(xù) < 也稱為 GO 連 續(xù)）在每個(gè)表面上生產(chǎn)一次反射，反射線成間斷分布。 * 切線連續(xù) < 也稱為 G1 連續(xù)）將生產(chǎn)一次完整的表面反射，反射線連續(xù)但呈扭 曲狀。*曲率連續(xù) < 也稱為G2連續(xù)的，Alias可以做到G3!）將生 產(chǎn)橫過(guò)所有邊界的完整的和光滑的反射線。在老的汽車業(yè)有這樣一

8、種分類法：A面，車身外表面，白車身；B面，不重要表面，比如內(nèi)飾表面； C 面，不可見表面。這其實(shí)就是 A 級(jí)曲面的基礎(chǔ)。但是現(xiàn) 在隨著美學(xué)和舒適性的要求日益提高，對(duì)汽車內(nèi)飾件也提到了 A- Class 的要求。因而分類隨之簡(jiǎn)化， A 面，可見 < 甚至是可觸摸）表 面；B面，不可見表面。曲面 相接， 視 邊界 連 接 將會(huì) 有 以下 G0、 G1、 G2 三 種情況：1. GO:曲線 <面）上存在尖點(diǎn) <折斷點(diǎn)），在它的兩邊的斜率和曲 率都有跳躍，這種曲線 <曲面）只是共同相接于同一邊界； 2G1： 曲線< 面）上存在切點(diǎn)，在它的兩邊的斜率是相同的，但曲率有跳 躍

9、。這種曲線 < 曲面）光滑！也就是一階導(dǎo)數(shù)相同，這種曲面共同 相切于同一邊界，斜率為連續(xù) < 曲率不一定連續(xù)）；3. G2:曲線< 面）上的各個(gè)點(diǎn)的曲率都是連續(xù)變化的，在共同相接的邊界曲率相 同，也就是二階導(dǎo)數(shù)相同； 標(biāo)注尺寸是為了傳遞設(shè)計(jì)意圖，用通行的手段和表現(xiàn)方法< 網(wǎng)格線基準(zhǔn)是方便之一），以簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確，完備，條理來(lái)標(biāo)注.知道設(shè)計(jì) 意圖，知道手段和方法，知道結(jié)果評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，就可以標(biāo)注任何復(fù)雜 的鈑金件無(wú)非尺寸多些而記.表現(xiàn)手段多用幾次吧.用這 個(gè)思路看國(guó)標(biāo)，是否一致？任何高標(biāo)，理不過(guò)如此 < 同理有理可行 天下嘛）.具體則需要設(shè)計(jì)者耐心辛苦點(diǎn)罷.見解相同，手段不

10、 一.故設(shè)計(jì)風(fēng)格各異，花樣百出.經(jīng)驗(yàn)可借鑒，主要靠自己耶 逆向項(xiàng)目在汽車覆蓋件產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用迅利科技有限公司劉文 龍、盧金火摘要:本文介紹了汽車覆蓋件產(chǎn)品逆向建模的開發(fā)流 程，并對(duì)汽車覆蓋件產(chǎn)品逆向建模的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了討論，最后以某車型的發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板為實(shí)例介紹逆向項(xiàng)目的應(yīng)用方法。關(guān)鍵詞 ： 覆 蓋 件 逆 向 項(xiàng) 目 曲 面 重 構(gòu) 曲 面 品 質(zhì) 評(píng) 價(jià)1 前言目前，我國(guó)的汽車工業(yè)正以前所未有的速度發(fā)展，各汽車公 司為了迅速占領(lǐng)汽車市場(chǎng)，不斷地推出性能良好、價(jià)格適中、乘座 舒適的汽車產(chǎn)品，以滿足汽車用戶的要求。車身是汽車產(chǎn)品的外 衣，它不僅影響著汽車的外觀質(zhì)量，而且也影響到汽車的乘座舒適

11、性能。因此，它是汽車產(chǎn)品的換型重點(diǎn)總成之一。逆向建模是指利 用測(cè)量設(shè)備測(cè)取實(shí)物模型的表面數(shù)據(jù)，在汽車車身產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程 中，許多時(shí)候汽車覆蓋件并非由 CAD 模型描述，設(shè)計(jì)者面對(duì)的是實(shí) 物樣件。為了適應(yīng)先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，需要通過(guò)一定的途徑，將這些 實(shí)物轉(zhuǎn)化為 CAD 模型，使得能利用 CAD/CAM、 PDM 等先進(jìn)技術(shù)對(duì) 其進(jìn)行處理或管理。這種從實(shí)物樣件獲取產(chǎn)品 CAD 模型的技術(shù)就是 逆向項(xiàng)目 (ReverseEngineering> 。廣義的產(chǎn)品逆向項(xiàng)目包括形狀 (幾 何 > 反求、工藝反求和材料反求等諸多方面，是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)項(xiàng) 目 汽車覆蓋件逆向建模開發(fā)流程當(dāng)前，我國(guó)汽車覆蓋

12、件常用開發(fā)流程 如下圖所示 本貼包含圖片附件 : 首先，利用測(cè)量設(shè)備采集汽車覆蓋 件物理模型外表面的數(shù)據(jù)，生成三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；然后對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行處 理，例如過(guò)濾處理，特征提取，三角化等；最后根據(jù)獲得的點(diǎn)云， 通過(guò)分析原模型的設(shè)計(jì)思想和曲面組成，利用 CAD 軟件進(jìn)行曲面重 構(gòu)，生成汽車覆蓋件的 CAD 模型。在生成 CAD 模型之后，就可以 用現(xiàn)代先進(jìn)的技術(shù)和管理方法對(duì)其進(jìn)行各種處理和管理，例如，利 用 CAE 技術(shù)對(duì)其進(jìn)行各種分析；利用 CAE 技術(shù)對(duì)其進(jìn)行虛擬制造或 生成加工代碼等，利用 PDM 技術(shù)對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)管理及配置管理等。 汽車覆蓋件，尤其是外覆蓋件要求曲面質(zhì)量高，建模誤差小。這就 對(duì)測(cè)

13、量點(diǎn)云的質(zhì)量和重構(gòu)曲面的品質(zhì)和誤差提出了很高的要求。測(cè) 量點(diǎn)云的質(zhì)量主要取決于測(cè)量設(shè)備的精度，而重構(gòu)曲面的品質(zhì)客觀 上取決于所選用的造型軟件的功能。針對(duì)汽車覆蓋件逆向開發(fā)的需 求，我們提出了一種解決方法，并在我們進(jìn)行項(xiàng)目服務(wù)過(guò)程中得到 了應(yīng)用和檢驗(yàn)。該解決方案選用德國(guó) Steinbichler 公司的 COMET 光 學(xué)測(cè)量系統(tǒng)作為測(cè)量設(shè)備，選用 CATIA中的Digital Shape Editor和 Freestyle模塊作為CAD軟件。下面將詳細(xì)介紹在該解決方案中所采 用的關(guān)鍵技術(shù)，并以發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板為例說(shuō)明了利用該解決方案進(jìn)行 汽車覆蓋件逆向開發(fā)的方法和流程二 關(guān)鍵技術(shù)在汽車覆蓋件的逆向

14、開發(fā)過(guò)程中，采用了以下關(guān)鍵技 術(shù)。1. 測(cè)量利用測(cè)量方法從汽車覆蓋件的外表面上提取數(shù)據(jù)是逆向 項(xiàng)目的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其提取點(diǎn)云數(shù)據(jù)的精度和噪聲直接影響后續(xù) 的曲面重構(gòu)。當(dāng)前有兩種測(cè)量方法，一種是接觸式測(cè)量，即用三坐 標(biāo)測(cè)量機(jī)在物理模型上打點(diǎn)，從而提取所打點(diǎn)的三維坐標(biāo)信息。利 用這種方法提取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)精度高，但效率低，所提取的點(diǎn)云點(diǎn)數(shù) 少，不能反應(yīng)自由曲面的特征，還有傷害物理模型外表面的危險(xiǎn)， 所以在汽車覆蓋件逆向開發(fā)過(guò)程中很少取用。第二種方法是非接觸式測(cè)量，即用光學(xué)測(cè)量機(jī)或激光測(cè)量機(jī)從物理模型上提取表面數(shù) 據(jù)。利用這種方法提取的點(diǎn)數(shù)多，密度大，效率高，而且精度可以 得到保證，所以在汽車覆蓋件逆向

15、開發(fā)過(guò)程中得到了越來(lái)越廣泛地 應(yīng)用。我們選用的是德國(guó) Steinbichler公司的COMET光學(xué)測(cè)量機(jī)。 它的測(cè)量原理是基于局部三角形測(cè)量法。通過(guò)白光源將一束光柵投 影到被測(cè)物體表面上，由一 CCD鏡頭從所拍照片中獲取投影光柵的 信息，通過(guò)機(jī)械地連續(xù)改變光柵的形狀，從而將被測(cè)物體表面劃分 成一個(gè)個(gè)很小的像素點(diǎn)，進(jìn)而可以從目標(biāo)鏡頭 K1與K2之間的距離 b及角a和B通過(guò)三角形法求得每個(gè)像素點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。如圖2所示）。本貼包含圖片附件：我們之所以選擇COMET作為該解決方 案的測(cè)量設(shè)備，是因?yàn)樗哂幸韵聝?yōu)點(diǎn)： 它采用一個(gè)鏡頭，消除了因?yàn)橐话愎鈱W(xué)測(cè)量機(jī)采用兩個(gè)鏡頭 所造成的陰影效應(yīng)，從而提高了測(cè)

16、量質(zhì)量。標(biāo)定簡(jiǎn)單。該測(cè)量系統(tǒng)一次標(biāo)定，可長(zhǎng)期使用，只有在更換 鏡頭或長(zhǎng)途運(yùn)輸之后，才需要重新標(biāo)定。它提供了特征拼合功能。對(duì)于特征多的小尺寸對(duì)象，可以利 用該功能提高測(cè)量效率，另外對(duì)于小尺寸對(duì)象，如果特征少，可以 通過(guò)人為制造一些特征來(lái)利用該功能，從而減少測(cè)量過(guò)程中獲取整 體測(cè)量坐標(biāo)這一環(huán)節(jié)，提高了測(cè)量效率。測(cè)量精度高。因?yàn)樵摐y(cè)量機(jī)采用了光柵轉(zhuǎn)換的專利技術(shù)，使 像素點(diǎn)的分布即不同于平行網(wǎng)格，也不同于旋轉(zhuǎn)網(wǎng)格，而是兩者優(yōu) 點(diǎn)的綜合，所以提高了測(cè)量精度。采用 C50 /C100 VZ,測(cè)量精度可以 達(dá) 至U+/-20納M 。具有變焦功能。COMET測(cè)量系統(tǒng)提供了三種測(cè)量模式：高分 辨模式、標(biāo)準(zhǔn)分辨模

17、式和 Zoom模式。所謂Zoom模式就是指在焦 點(diǎn)附近區(qū)域采用高分辨模式同，焦點(diǎn)區(qū)域之外的區(qū)域采用標(biāo)準(zhǔn)分辨 模式。對(duì)于被測(cè)量表面上重要的局部細(xì)節(jié)用高分辨模式進(jìn)行測(cè)量，對(duì)于被測(cè)表面上大部分同類曲面可以采用標(biāo)準(zhǔn)分辨模式進(jìn)行測(cè)量。用 戶可以方便地在這三種測(cè)量模式間進(jìn)行切換。點(diǎn)云密度大。在高分辨率模式下，一次可以測(cè)量130萬(wàn)個(gè)點(diǎn)。測(cè)量方便。利用該公司提供的專業(yè)支架可以自由地改變鏡頭 的角度和位置。從而保證測(cè)量的最佳位置。在用 COMET測(cè)量機(jī)進(jìn) 行測(cè)量之前，要先根據(jù)被測(cè)對(duì)象表面特征，確定整體測(cè)量方案，包 括以下內(nèi)容：確定拼合方法。COMET測(cè)量系統(tǒng)提供了三種拼合方法：參 考點(diǎn)拼合、聯(lián)系點(diǎn)拼合和特征點(diǎn)拼

18、合。如果被測(cè)量對(duì)象表面特征 多，可以直接采用特征拼合以提高測(cè)量效率，如果表面光滑，可以 在表面貼標(biāo)記點(diǎn)，采用參考點(diǎn)拼合或聯(lián)系點(diǎn)拼合。如果被測(cè)量對(duì)象 尺寸很大，可以在整體采用參考點(diǎn)或聯(lián)系點(diǎn)拼合，局部采用特征點(diǎn) 拼合。確定測(cè)量步聚。因?yàn)楣鈱W(xué)測(cè)量機(jī)在提取點(diǎn)云數(shù)據(jù)時(shí)，最佳測(cè) 量角度和位置是確保測(cè)量點(diǎn)云品質(zhì)的關(guān)鍵，所以在測(cè)量前確定測(cè)量 的步聚是減少測(cè)量重復(fù)區(qū)域，提高測(cè)量效率的保證。點(diǎn)云處理技術(shù)直接由COMET測(cè)量的點(diǎn)云是個(gè)海量數(shù)據(jù)v幾十甚至上百兆個(gè)點(diǎn)），而且還存在重復(fù)測(cè)量數(shù)據(jù)，系統(tǒng)測(cè)量誤差和隨機(jī)誤差 等，必須對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行處理。點(diǎn)云處理技術(shù)包括以下內(nèi)容： 點(diǎn)云過(guò)濾點(diǎn)云過(guò)濾在點(diǎn)云處理中有兩方面的作用，一是降低

19、點(diǎn) 云密度，一是過(guò)濾點(diǎn)云中的噪聲點(diǎn)。常用的點(diǎn)云過(guò)濾方法有以下幾 種：曲率過(guò)濾法。也叫自適應(yīng)過(guò)濾法，即根據(jù)曲面曲率變化確定 點(diǎn)的取舍，在曲率變化平緩區(qū)域保留較少的點(diǎn)來(lái)描述曲面形狀，在 曲率變化急劇的區(qū)域保留較多的點(diǎn)。常用的算法是根據(jù)弦偏差 vChordalDeviation ）過(guò)濾點(diǎn)云。用這種方法過(guò)濾點(diǎn)云能很好地保持 曲面的形狀。高斯過(guò)濾法。即按照高斯算法進(jìn)行點(diǎn)云過(guò)濾，這種方法的過(guò) 濾功能很強(qiáng)，但其缺點(diǎn)是較難保持曲面特征。球過(guò)濾法，是指過(guò)點(diǎn)云上一點(diǎn)生成一個(gè)指定半徑的球，過(guò)濾 掉球內(nèi)的所有點(diǎn)，再通過(guò)下一個(gè)保留點(diǎn)生成指定半徑球，過(guò)濾掉球 內(nèi)所有點(diǎn)，如此循環(huán)至到最后。點(diǎn)云三角化點(diǎn)云三角化就是指將雜亂無(wú)

20、序的點(diǎn)云轉(zhuǎn)化成一組 有序的三角化面片。在生成三角化面片的過(guò)程中，COMETPIus軟件提供了三角化面片的過(guò)濾功能，即過(guò)濾掉形狀不合理的三角化面 片，例如夾角過(guò)小的三角化面片，從而保證了所生成三角化面片的 質(zhì)量。三角化后的點(diǎn)云可直接用于生成加工代碼或快速成型。特征提取即從點(diǎn)云中提取規(guī)則曲面，如平面、球面、柱面、錐面等，以及提取曲面之間的理論交線等。這樣就可以提高后續(xù)曲面 重構(gòu)的速度。點(diǎn)云分塊在后續(xù)的曲面重構(gòu)中，經(jīng)常要用到曲面擬合功能， 而一個(gè)點(diǎn)云一般情況下不可能只由一個(gè)曲面來(lái)擬合，這就需要根據(jù) 曲面的構(gòu)成，將點(diǎn)云進(jìn)行分塊。利用CATIA的DSEvDigitalShapeEditor）模塊可以方便

21、地將點(diǎn)云進(jìn)行分塊曲面重構(gòu)技術(shù)曲面重構(gòu)是逆向項(xiàng)目中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。它不僅 是要再現(xiàn)造型人員或原有產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思想，還要修復(fù)或克服原有模 型上存在的缺陷。因此在進(jìn)行曲面重構(gòu)之前，應(yīng)該對(duì)零件進(jìn)行仔細(xì) 分析，主?？紤]以下耍點(diǎn)：確定設(shè)計(jì)的整體思路。面對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，首先要周全地考慮好 先做什么，后做什么，用什么方法做，主要是將模型劃分為幾個(gè)特 征區(qū)，得出設(shè)計(jì)的整休思路。確定模型的基本構(gòu)成形狀的曲面類型，這關(guān)系到在曲面重構(gòu) 中所采用曲面重構(gòu)方法和工具的選用。我們?cè)谄嚫采w件逆向設(shè)計(jì) 的曲面重構(gòu)中，選用的是 CATIA軟件中的Freestyle模塊。之所以 選擇該模塊，是因?yàn)樗哂幸韵路矫娴膬?yōu)勢(shì)： 采用了 NUR

22、BS方法描述曲面。從而解決了自由曲線曲面與 初等解讀曲線曲面描述的不相容問(wèn)題。另外，因?yàn)椴捎昧薔URBS方法，在該模塊中，曲面由一組控制點(diǎn)來(lái)控制形狀，這樣就可以通過(guò) 編輯控制點(diǎn)靈活地改變曲面形狀，實(shí)現(xiàn)任意復(fù)雜形狀的曲面，提高 了造型能力。提供了曲面到點(diǎn)云的擬合功能。這樣就可以先利用此功能根據(jù)點(diǎn)云擬合出一個(gè)基礎(chǔ)曲面，再利用曲面編輯功能對(duì)該基礎(chǔ)曲面進(jìn) 行局部編輯和光順，從而提高了曲面重構(gòu)的效率。提供了曲面間的匹配功能。在 Freestyle中，不僅可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)曲面到另一曲面之間的匹配，還能實(shí)現(xiàn)一個(gè)曲面到多個(gè)曲面之間的匹配。并能達(dá)到匹配后的曲面之間實(shí)現(xiàn)曲率連續(xù)，從而保證了A級(jí)曲 面 的 要 求。提供

23、了多曲面的整體編輯功能，即一次編輯多個(gè)曲面，在編輯過(guò)程中保持曲面之間的連續(xù)條件。它提供了網(wǎng)格面及風(fēng)格掃描面的構(gòu)造方法。這樣就可以按曲面形狀或原有產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思想快速實(shí)現(xiàn)曲面重構(gòu)。4.曲面評(píng)價(jià)方法曲面評(píng)價(jià)在車身覆蓋件逆向設(shè)計(jì)中包括兩方面的含義，一是評(píng)價(jià)曲面的品質(zhì)，即曲面是否達(dá)到A級(jí)曲面的要求，另一個(gè)含義是所重構(gòu)的曲面與點(diǎn)云之間的誤差是否滿足要求。常用 的曲面品質(zhì)評(píng)價(jià)方法有以下幾種：反射線法vReflection Lines）本貼包含圖片附件：反射線的構(gòu)成原理如上圖3所示，在光源Lc和視點(diǎn)Ep確定的條件 下，反射線由曲面上的一組點(diǎn) P組成，點(diǎn)P在曲面上的法線方向N 分別與點(diǎn)P到光源的矢量a和與視點(diǎn)E

24、p所成角度相等。反射線的連 續(xù)次數(shù)比曲面連續(xù)次數(shù)小 1次。如果兩相鄰曲面上的反射線斷開， 則該兩曲面最多點(diǎn)連續(xù)；如反射線有尖點(diǎn)，則曲面切矢連續(xù)；如反 射線光滑過(guò)渡，則兩曲面曲率連續(xù)。等照度線法vlsophote ）等照度 線的構(gòu)成原理如上圖 4 所示，在光照方向一定的條件下，等照度線 由這樣一組點(diǎn)構(gòu)成，這些點(diǎn)在曲面上的法向 N 與光照方向 L 所成角 度一致，即L?N= c, c為常量。常量c的取值從-1過(guò)渡到1，就生 成一組等照度線。等照度線的連續(xù)次數(shù)比曲面連續(xù)次數(shù)小 1 次，即 如果相鄰曲面上的等照度線是光滑過(guò)渡的，則這些曲面之間滿足曲 率連續(xù)。另外，等照度線的形狀也反映了曲面形狀的變化，

25、如在球 面上，等照度線為圓形。 本貼包含圖片附件 : 高光線法 <HighlightLines ）高光線法是在反射線法的基礎(chǔ)上發(fā)展出 來(lái)的。它的構(gòu)建原理與反射線基本相同，不同之處是在高光線構(gòu)建 過(guò)程中光源與視點(diǎn)重合。在數(shù)學(xué)描述中，高光線由這樣一組點(diǎn) Xi 組 成，光線 L0 與點(diǎn) Xi 在曲面上的法線 N 相交< 如圖 5 所示）。在 CATIA 的 FreeStyle 模塊中，除提供了以上三種曲面品質(zhì)評(píng)價(jià)方法 外，還提供了截面線法來(lái)分析曲面品質(zhì)。所謂截面線法，就是生成 一組平面與被分析曲面的截面線，通過(guò)分析這些截面線的曲率變化 和截面線之間的形狀變化來(lái)分析曲面品質(zhì)。作為 A 級(jí)曲

26、面，截面線 的曲率變化應(yīng)均勻，沒有多余拐點(diǎn)，截面線之間的形狀變化也應(yīng)均 勻。針對(duì)逆向項(xiàng)目中誤差控制的需求， CATIA 提供了距離分析工具 <DistanceAnalysis ），用不同的顏色表示重構(gòu)曲面與點(diǎn)云之間的距 離。利用該工具，在進(jìn)行曲面編輯時(shí)，可以使設(shè)計(jì)人員精確控制建 模誤差。 本貼包含圖片附件 :應(yīng)用實(shí)例下面以某車型的發(fā)動(dòng)機(jī)罩外 板< 如圖 6 所示）為實(shí)例說(shuō)明用該解決方案進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)的步聚和 方法。 本貼包含圖片附件 :用 COMET 系 統(tǒng) 測(cè) 量 1> 確定測(cè)量時(shí)所用的拼合方法和測(cè)量的次序。發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板 表面特征較少，不能采用特征拼合，所以選用參考點(diǎn)拼合方法

27、。采 用先中間后兩邊的測(cè)量順序以減少測(cè)量的累積誤差。 2> 獲得發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板的整體測(cè)量坐標(biāo)。首先在發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板 上放置標(biāo)記點(diǎn)，比例尺和十字尺；再用數(shù)碼相機(jī)按一定的角度依次 拍照；然后將所拍照片導(dǎo)入處理軟件 AICON3D Studio 中進(jìn)行處 理；最后生成位于車身坐標(biāo)系下的參考點(diǎn)列表文件 3> 開始用 COMET 測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量。在每次測(cè)量時(shí)，測(cè)量區(qū) 域內(nèi)應(yīng)包含三個(gè)以上的參考點(diǎn)，這樣系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)完成拼合。按先中 間后兩邊的測(cè)量次序依次測(cè)量，至到測(cè)得所有的表面信息。 2. 進(jìn)行點(diǎn)云處理 1> 整體匹配 <Global Matching ）整體匹配的 目的是進(jìn)一步減少匹配

28、誤差。 2> 后處理 <Post Processing ）在點(diǎn)云的后處理過(guò)程中，可以過(guò) 濾點(diǎn)云，優(yōu)化點(diǎn)云，添補(bǔ)標(biāo)記點(diǎn)區(qū)域，三角化點(diǎn)云等操作。 3>特征提取提取三角化點(diǎn)云的邊界線和中間的倒角曲面之間的理論交線。 4>輸出三角化點(diǎn)云的 STL 文件和所提取特征的 Scan 線的ASCII 文 件 3. 進(jìn) 入 CATIA 軟 件 ， 進(jìn) 行 曲 面 重 構(gòu) 1>進(jìn)入DSE模塊，生成X、Y、Z方向上的截平面 Scan線，如下圖 7 所示。 本貼包含圖片附件 : 進(jìn)入 FreeStyle 模塊，按曲面分 塊進(jìn)行曲面重構(gòu)。先重構(gòu)中間大面，再重構(gòu)側(cè)面，最后重構(gòu)中間過(guò)渡面，按發(fā)

29、動(dòng)機(jī)罩外板在 X方向上曲率的變化程度的不同，在X方向上將其分成兩部分曲面。在曲面重構(gòu)過(guò)程中，利用曲面到點(diǎn)云的 距離分析工具，通過(guò)編輯曲面控制點(diǎn)，使曲面與點(diǎn)云之間的最大距 離 不 超 過(guò) 指 定 的 建 模 誤 差。 3>分析曲面品質(zhì)。利用CATIA的Freestyle模塊提供的分析工具分析所重構(gòu)曲面的品質(zhì)，要求曲面之間曲率連續(xù)，曲率變化均 勻，沒有多余拐點(diǎn)。分析結(jié)果如下圖8所示 本貼包含圖片附件：結(jié)束語(yǔ)逆向項(xiàng)目應(yīng)用于車身產(chǎn)品尤其是車身覆蓋件產(chǎn)品的開發(fā)過(guò)程 中，可以大大縮短開發(fā)周期，保證產(chǎn)品質(zhì)量。逆向項(xiàng)目不僅僅是仿 形設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，而是在原型產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次設(shè)計(jì)和加 工，是更高層次的

30、設(shè)計(jì)技術(shù)。這一技術(shù)使產(chǎn)品模型得到精確的表達(dá) 和再現(xiàn)，為產(chǎn)品的進(jìn)一步分析、優(yōu)化和制造確立了統(tǒng)一的對(duì)象，在 產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)開發(fā)和復(fù)雜型面數(shù)控加工方面都具有重大的意義。本 文希望通過(guò)提出一種逆向項(xiàng)目應(yīng)用于車身覆蓋件產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程中的 解決方案，對(duì)我國(guó)汽車產(chǎn)品開發(fā)提供一些借鑒和幫助。參考文獻(xiàn)：1 閆 華,林巨廣等。汽車覆蓋件逆向項(xiàng)目中的若干關(guān)鍵技術(shù)探討。 模 具 技 術(shù) 2001， No.2 P4-P7。2 .劉 陽(yáng),唐羅生等。快速逆向項(xiàng)目技術(shù)及其在產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用。機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 Feb,1999,No.1 P26-P28。麻簡(jiǎn)要介紹CATIA曲面造型技術(shù)的主要功能以及汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)的特 點(diǎn)，結(jié)合排氣歧管

31、設(shè)計(jì)實(shí)例探討了CATIA曲面造型設(shè)計(jì)的方法和要點(diǎn)。關(guān)鍵詞：CAD，曲面造型，汽車設(shè)計(jì)中圖分類號(hào)：TH391.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B 文章編號(hào)： 1008-35X(1999>03- 0053-031 概述 CATIA 是由法國(guó) Dassault 公司開發(fā)的大型CAD/CAM應(yīng)用軟件，后被美國(guó)的IBM公司收購(gòu)。該軟件運(yùn)行于IBM 的工作站上，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為 VM/CMS。與UG、EUCLID相比，該軟件 在曲面造型方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，因而廣泛應(yīng)用于航天、汽車等行 業(yè)的復(fù)雜曲面造型設(shè)計(jì)中。汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)中很大部分零部件是由一系列復(fù)雜的空間曲面構(gòu)成的，這些曲面是由不同曲率的空間曲 面相互連接而成，這種

32、連接既要滿足零件功能、結(jié)構(gòu)的要求，又要 光滑過(guò)渡，達(dá)到平順、和諧的效果。 CATIA 軟件的曲面造型技術(shù)為 這類零部件的設(shè)計(jì)提供了先進(jìn)、方便、快捷的手段，使汽車的設(shè)計(jì) 更趨完美，設(shè)計(jì)周期越來(lái)越短，極大地提高了汽車開發(fā)效率。2CATIA曲面造型原理與方法2.1曲面造型原理 任意空間曲面可 以看作是無(wú)數(shù)點(diǎn)的集合。如圖 1 所示，在 V 方向任意截面上選擇 M+1 個(gè)點(diǎn)為特征頂點(diǎn)，用最小二乘積逼近方法可生成一條曲線，該 曲線即為 B 樣條曲線。同樣，在 V 方向的不同截面上可生成一組 (N+1> 條 B 樣條曲線。用同樣的方法在 U 方向的不同截面也生成一 組(M+1>條B樣條曲線。兩組

33、 B樣條曲線的直積可求得 B樣條曲 面。該曲面即為我們要描述的任意復(fù)雜空間曲面。其數(shù)學(xué)表達(dá)式 為：圖 1 B 樣條曲面 P(U,V>=PijNik(u>Nj1(V> : 1 B 樣 條曲線特征頂點(diǎn)越多、樣條曲線數(shù)量越多， B 樣條曲面與實(shí)際曲面 越接近，但同時(shí)計(jì)算量也越大 2。 CATIA 曲面造型的原理就是基 于上述曲面數(shù)學(xué)模型來(lái)描述任意空間曲面。在汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，一般采用B樣條曲面為雙三次B樣條曲面。2.2 CATIA主要曲面造型方法 CATIA 曲面造型技術(shù)主要有規(guī)則曲面造型和復(fù)雜曲面造型 兩種。規(guī)則曲面造型，如柱面、球面、管面由旋轉(zhuǎn)、拉伸等方式生 成，相對(duì)簡(jiǎn)單，此處不

34、作介紹；復(fù)雜曲面的造型設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中 的難點(diǎn)和重點(diǎn)。 CATIA 軟件中復(fù)雜曲面造型即 SURF2、FREEFORM DESIGN、PATCH、NET 等功能提供了十幾種曲面造型方法，根據(jù)其 曲面構(gòu)造的方式，分為以下幾類：1掃描曲面：發(fā)生線沿“脊線”運(yùn)動(dòng)掃過(guò)形成的曲面；2 截面驅(qū)動(dòng)曲面：控制各截面形狀 /面積，按“脊線”運(yùn)動(dòng)形成的曲面；3連接曲面：以確定的控制線對(duì)兩個(gè)曲面倒圓形成的曲面；4填充曲面：在已有的曲面圍成的區(qū)域的空白處填充形成的曲面；5網(wǎng)格曲面：由一系列縱橫交錯(cuò)的曲線逼近形成的曲面；6規(guī)律描述曲面：對(duì)構(gòu)成曲面的某一特征量如角度、半徑、面積等按定義的規(guī)律變化形成的曲 面； 7 布爾運(yùn)算曲面：對(duì)幾個(gè)曲面的布爾運(yùn)算形成的曲面。 復(fù)