基于CATIA軟件的汽車零部件逆向設(shè)計方法探討

1、 基于CATIA軟件的汽車零部件逆向設(shè)計方法探討 來源：造車網(wǎng) 分類： 汽車軟件 更新時間：2009-10-14 09:50 CATIA軟件是汽車工業(yè)事實上的標(biāo)準(zhǔn)，是世界上多數(shù)汽車廠商所使用的核心CAD系統(tǒng)。CATIAV5軟件的曲面造型技術(shù)上居有獨特的優(yōu)勢，為汽車的設(shè)計開發(fā)提供了先進(jìn)、方便、快捷的手段，極大地提高了汽車開發(fā)效率。由于汽車產(chǎn)品更新?lián)Q代的加快，在原有車型上進(jìn)行改進(jìn)，以加快新產(chǎn)品的開發(fā)周期，被越來越多的汽車廠商所采用。對于汽車零部件來說，同樣需要快速的開發(fā)過程，以適應(yīng)整車的開發(fā)周期。而汽車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

2、連接既要滿足零件功能、結(jié)構(gòu)的要求，又要光滑過渡，達(dá)到平順、和諧的效果。逆向工程作為一種重要的開發(fā)手段，廣泛的應(yīng)用于汽車改型設(shè)計中，以加快產(chǎn)品的開發(fā)周期。CATIA V5的逆向工程模塊主要有數(shù)字曲面編輯模塊DSE(Digitized Shape Editor)和快速曲面重構(gòu)模塊QSR (Quick Surface Reconstruction)，它涵蓋逆向軟件的點云輸入及點云數(shù)據(jù)處理功能。這兩個逆向工程模塊結(jié)合并綜合應(yīng)用創(chuàng)成式曲面設(shè)計模塊GSD(Generative Shape Design)和自由曲面造型模塊FSS ( Freestyle Shape)，實現(xiàn)了逆向工程與正向設(shè)計曲面功能的交互應(yīng)

3、用，其使用變得更為簡便、靈活。在外表面曲面完成之后，使用實體設(shè)計PDG（Part Design）模塊使曲面縫合成實體，并在PDG模塊中（有時需借助GSD模塊）進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計及脫模分析等工作。對于有配合裝配關(guān)系的零部件，借助ASM模塊進(jìn)行電子裝配并使用DMU（電子樣機）模組中的空間分析SPA（Space Analysis）模塊，對部品進(jìn)行較核、檢測。這些模塊之間交互應(yīng)用北京漢陽，從而使汽車零部件產(chǎn)品的開發(fā)更為方便、快捷。以下以一款車的后視鏡的逆向開發(fā)為例探討CATIA環(huán)境下的產(chǎn)品逆向開發(fā)過程。一、點云數(shù)據(jù)的導(dǎo)入與處理使用CATIAV5的DSE模塊直接讀取ATOS等掃描設(shè)備測量的點云數(shù)據(jù)，而不需要借

4、處第三方軟件進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換。在實物測量掃描過程中可能會有一些錯誤的點錄入，所以要對點云數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察，對一些數(shù)誤的點云數(shù)據(jù)進(jìn)行手工刪除。由于所測量的點云云數(shù)據(jù)的量非常大，但并不是都用，過多的點云數(shù)量會加重電腦系統(tǒng)的運算速度。所以我們使用DSE模塊中的過濾（Filter）功能對點云數(shù)量進(jìn)行過濾，以減小點云數(shù)量。通常使用弦高偏差法(Adaptative)選項對點云進(jìn)行過濾，使結(jié)構(gòu)特征更加明顯。圖2為過濾后的點云數(shù)據(jù)。 圖1 圖2二、確定設(shè)計基準(zhǔn)逆向工程是對原設(shè)計的一個設(shè)計還原過程，在進(jìn)行逆向的過程中，不能簡單的進(jìn)行曲面的包裹，而應(yīng)充分考慮原設(shè)計的設(shè)計意圖，盡可能的與正向設(shè)計的理念向吻合，這樣才能使逆向

5、出來的曲面合理、正確。該產(chǎn)品有后視鏡和蓋板兩部分構(gòu)成，且它們有共同的回轉(zhuǎn)軸線，以便實現(xiàn)在車體上的轉(zhuǎn)動。分析三角面數(shù)據(jù)，找出與蓋板配合處的交線，及回轉(zhuǎn)軸線，作為建模的基準(zhǔn)。對于塑料件來說，確定產(chǎn)品的分模線很重要，我們使用QSR模塊的斜率分割命令（Segmentation By Slope Criterion找出分模線位置。如圖3 圖3三、曲面分塊對于逆向設(shè)計來說，曲面分塊非常重要，決定著建模的效率和曲面的質(zhì)量。面的分塊應(yīng)該將主模型作為一個整體來考慮，整體的思想可保證整個面的和諧統(tǒng)一,對曲面的構(gòu)建過程做到心中有數(shù)，才能保證建模的效率。點云分塊是曲面建模的第一步，分塊方式直接影響后續(xù)的曲面構(gòu)造方式、

6、曲面拼接和過渡效果。分塊時，首先要按照點云各部分的重要程度等級，找出基礎(chǔ)面和過渡面?；A(chǔ)面是產(chǎn)品外形的面積較大且具有較大曲率半徑和一致凸凹曲率趨勢的曲面。過渡面是連接兩個或多個基礎(chǔ)面的曲面，一般都是形狀狹長、曲率較大、曲率變化劇烈的區(qū)域。就由面質(zhì)量而言，基礎(chǔ)面既要保證曲面精度，又要保證光順性，而過渡面則要求保證光順，不出現(xiàn)褶皺。在建模之前要先對擬合成三角面的點云數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，目的是要重建曲面之前，在所劃分的網(wǎng)格上繪制3D曲線，再使用這些曲面擬合曲面。利用DSE模塊的平面曲線功能(Curve On Plane)和交線曲線功能（Curve from Scan）命令，在所設(shè)定的方向上繪制曲線。在

7、曲面劃分過程中，注意一些特征線與特征點，主特征線表達(dá)了原產(chǎn)品的設(shè)計意圖，在某種程度上比曲面光順更為重要。該后視鏡的曲面的大至劃分及特征錢如圖4。 圖4四、基礎(chǔ)曲面的構(gòu)建對于基礎(chǔ)曲面，主要使用自由曲面模塊（FreeStyle）模塊對曲面進(jìn)行構(gòu)建，F(xiàn)SS模塊有創(chuàng)建曲線及曲面的功能IIA，而且可以對所創(chuàng)建的曲線和曲面通過控制點及控制網(wǎng)格的調(diào)節(jié)，對曲面或曲線進(jìn)行修正，并有強大的外形分析能力，可以保證所繪制的曲面質(zhì)量。在該后視鏡的逆向過程中主要使用曲控制點（Control Point）命令，對曲面進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使用曲線或曲面逼近點云，當(dāng)然有時候也要借助所繪制的曲線，使用網(wǎng)格曲面(Net Surface)命

8、令，進(jìn)行鋪面。在擬合過程中盡可能的采用盡可能少的面片，面片采用貝齊爾（BEZIER）曲面，曲面使用單段面，為保證曲線或曲面的光順度及易于調(diào)節(jié)，線或面的階線一般不超過6節(jié)。在曲面的調(diào)節(jié)過程中注意使用距離分析(Distance Analysis)命令，檢查點云與曲面的距離，以滿足逆向要求，并使用高率曲率分析(Surface Curvature Analysis)命令對曲面進(jìn)行分析，以保證面的質(zhì)量。逆向設(shè)計其實就是在曲面光順度與點云之間精確度取一個最佳值，在保證曲面光順的前提下，盡可能的與點云貼合。曲面擬合的順序要遵循先基礎(chǔ)面，后過渡面再到最后導(dǎo)角這一順序，為保證后續(xù)操作的正確，對于基礎(chǔ)大面一般都要

9、大于實際區(qū)域，然后再使用裁剪命令進(jìn)行裁剪。完成后的基礎(chǔ)大面，圖5所示。 圖5五過渡曲面的建立過渡曲面是連接基礎(chǔ)曲面的曲面，其構(gòu)造方式有以下幾種方式：1)在間隔的兩曲面間，用混成(Blend)生成新的曲面把兩曲面連接起來，并保持連接處的曲率連續(xù)；2)延長兩曲面使它們相交，然后對其進(jìn)行倒圓角處理；3)使用FSS模塊的曲面匹配(Match Surface)功能，即保持一張面不動，另一張面變形，消除兩曲面間的縫隙，并且可根據(jù)需要選用位置連續(xù)、相切連續(xù)或曲率連續(xù)三種曲面連接約束。針對該產(chǎn)品，在使FreeStyle中的裁剪(Break Surface or Curve)命令對曲面裁剪后，主要使混合命令（B

10、lend）及Class-AFillet命令對過渡曲面進(jìn)行構(gòu)建。完成后的曲面如圖6。同理完成蓋板外觀曲面如圖7。 圖6 圖7六、曲面質(zhì)量分析外表面曲面完成后，要對曲面質(zhì)量進(jìn)行分析，檢查光順度，手段主要是高光檢查（圖8）和截面曲率檢查（圖9），如圖9，曲面間的連接是G2（曲率）連續(xù)。 圖8圖9七、配合部位曲面設(shè)計對于有裝配關(guān)系的產(chǎn)品逆向而言，裝配關(guān)系應(yīng)該是最重要的考慮因素。對于該產(chǎn)品來說，后視鏡與蓋板之間的配合面只于達(dá)到G1連續(xù)即可造車網(wǎng)，所以主要使用GSD（創(chuàng)成式曲面設(shè)計）模塊中的命令來完成。在曲面的設(shè)計過程中，注意兩零件之間的配合間隙。最終完成后的曲面如圖10。圖10八、結(jié)構(gòu)設(shè)計主體曲面及配合

11、部分完成后，使用實體設(shè)計模塊（Part Design）把曲面縫合成實體，以方面后續(xù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，由于實物掃描中的誤差，對于點云中表達(dá)不清楚的結(jié)構(gòu)，可以結(jié)合實體，使用卡尺等測量設(shè)備，配合點云進(jìn)行設(shè)計，在設(shè)計過程中要充分考慮塑料產(chǎn)品的成型特點，保證足夠的拔模斜度，以方便后續(xù)的模具設(shè)計。完成后的結(jié)構(gòu)如圖11。圖11九、脫模分析結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后，要對產(chǎn)品進(jìn)行拔模分析，對有負(fù)角的區(qū)域進(jìn)行修改，以利于模具設(shè)計。如圖12。圖12十、干涉檢查因該產(chǎn)品是有兩個零件所組成，所以對其進(jìn)行一下尺寸檢測，以防之有不必要的干涉還是有必要的。首先對兩個部件分成兩個單獨的零件調(diào)入到裝配環(huán)境中，使用DMU模給中的空間分析模塊（SPA）中的碰撞檢查(Clash)（圖13）及剖截面命令(Sectioning)（圖14）對產(chǎn)品進(jìn)行干涉檢測。 圖13圖14以下是完成后的最終數(shù)模結(jié)束語CATIA可以完成產(chǎn)品從點云導(dǎo)入、曲面重構(gòu)、結(jié)構(gòu)設(shè)計到空間分析等整個產(chǎn)品開發(fā)同期的工作，在部品開發(fā)過程中將逆向模塊與曲面設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計等模塊交互配合使用，使產(chǎn)品的開發(fā)更加方便、快捷，大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。.相關(guān)文檔