第六章--車身-CAD-軟件與應(yīng)用

1、一、CATIA 介紹 CATIA 是英語Computer Aided Tri-Dimensional Interface Application System 的縮寫, CATIA軟件是法國Dassault System 公司開發(fā)的CAD/ CAE/ CAM 一體化軟件。圖6-1 是CATIA標(biāo)識。 20 世紀(jì)70 年代開始,CATIA 廣泛應(yīng)用于航空航天企業(yè)。從1982 年到1988 年,CATIA 相繼發(fā)布了版本1、版本2、版本3,于1993 年發(fā)布了功能更強的版本4,現(xiàn)在的CATIA 軟件分為V4 版本、V5 版本和V6 版本共三個系列。V4 版本應(yīng)用于UNIX 平臺,V5 和V6 版本

2、應(yīng)用于UNIX 和Windows 兩種平臺。CATIA V5 和V6 版本界面友好,易學(xué)易用,功能也更加強大,開創(chuàng)了CAD/ CAE/ CAM 軟件的一種全新風(fēng)格。 CATIA V6 版本,可以對產(chǎn)品開發(fā)過程的各個方面進行仿真,并能夠?qū)崿F(xiàn)工程人員和非工程人員之間的電子通信。包括產(chǎn)品整個開發(fā)過程的概念設(shè)計、詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計、工程分析、成品定義和制造,乃至成品在整個生命周期中的使用和維護。CATIA V6 為數(shù)字化企業(yè)建立一個針對產(chǎn)品整個開發(fā)過程的工作環(huán)境。圖6-2 是CATIA V6 的標(biāo)識。 CATIA 廣泛應(yīng)用于航空航天、船舶、汽車制造、機械制造、電子/ 電器、消費品等行業(yè)。為迎合所有工業(yè)領(lǐng)域的

3、大、中、小型企業(yè)的需要,CATIA 集成解決方案幾乎覆蓋了所有的產(chǎn)品設(shè)計與制造領(lǐng)域,從大型的波音777 飛機、火箭發(fā)動機到化妝品的包裝盒。CATIA 源于航空航天業(yè),但其強大的功能已得到各個行業(yè)的認(rèn)可,在歐洲的汽車行業(yè),已成為事實上的標(biāo)準(zhǔn)級的軟件工具。CATIA 的著名用戶包括波音、戴姆勒、克萊斯勒、寶馬、大眾等一大批知名企業(yè)。其用戶群體在世界制造業(yè)中具有舉足輕重的地位。 CATIA V5 的功能模塊有:1)CATIA 機械設(shè)計 該軟件模塊包括從概念設(shè)計到詳細(xì)設(shè)計與分析,直至工程圖生成,涵蓋機械產(chǎn)品設(shè)計的全部內(nèi)容。2)CATIA 外形設(shè)計和風(fēng)格造型 該軟件模塊可用于構(gòu)建、控制和修改工程曲面和自

4、由造型曲面。3)CATIA 產(chǎn)品綜合應(yīng)用 該軟件模塊提供數(shù)字化樣機的驗證和仿真功能,以及系列化的知識工程產(chǎn)品。4)CATIA 設(shè)備與系統(tǒng)工程 該軟件模塊模擬復(fù)雜電器、液壓傳動和機械系統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計和集成等。5)CATIA 工程分析 該軟件模塊可對任何類型的零件或裝配件進行工程分析。6)CATIA NC 加工 該模塊產(chǎn)品系列化完整,是簡單易用的NC 加工解決方案。7)CATIA 基礎(chǔ)架構(gòu) CATIA V5 基礎(chǔ)架構(gòu)是為協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)提供的產(chǎn)品平臺,是以打包方式提供的簡便配置方法,可以針對企業(yè)不同級別和不同功能需求提供靈活的解決方案。8)CAA RADE 該軟件可以將用戶的專用知識集成到CATIA 和

5、ENOVIA 應(yīng)用程序中,也可以將現(xiàn)有的系統(tǒng)集成到ENOVIA 中。9)CATIA 基于Web 的在線學(xué)習(xí)解決方案 CATIA 基于Web 的在線學(xué)習(xí)解決方案是一個簡易好用的電子支持系統(tǒng)(Electronic PerformanceSupport System,簡稱EPSS),為學(xué)習(xí)使用CATIA 和ENOVIA 提供了豐富的訪問信息和使用培訓(xùn)。 它包含的產(chǎn)品有:機械設(shè)計用戶輔助自學(xué)工具、CATIA 用戶輔助自學(xué)工具等。 ICEM Surf 原是一個A 級曲面的構(gòu)造工具,現(xiàn)已被整合為CATIAICEM Shape Design(ISD),可以用于處理測量點云數(shù)據(jù)和進行逆向工程曲面設(shè)計及汽車A

6、級曲面設(shè)計。圖6-3 是ICEM Surf 標(biāo)識。 ICEM Surf 最主要的特點是直接構(gòu)造曲面(無需先構(gòu)造曲線)和曲面質(zhì)量的動態(tài)評價(曲面調(diào)整中的曲面診斷結(jié)果動態(tài)更新),是汽車、摩托車外覆蓋件、內(nèi)飾件等自由曲面構(gòu)造的有力工具,但要求測量數(shù)據(jù)比較完整。 ICEM Surf 可用于復(fù)雜曲面建模和分析,是A 級曲面構(gòu)建的理想工具。 ICEM Surf 為設(shè)計師和工程師提供了分析和修改數(shù)字化模型,根據(jù)點云構(gòu)建曲線和曲面,以及實時動態(tài)曲面診斷等工具。二、Siemens PLM Softwar 介紹1. NX 軟件介紹 NX 軟件是Siemens PLM Software 公司出品的一個產(chǎn)品工程解決方

7、案,為用戶的產(chǎn)品設(shè)計及加工過程提供了數(shù)字化造型和驗證手段。NX 軟件是UG 軟件和I-deas 軟件的繼承產(chǎn)品。圖6-4 是NX 標(biāo)識。 UG 軟件起源于美國麥道飛機公司,20 世紀(jì)60 年代成為商業(yè)化軟件,被眾多美國公司所采用。UG 軟件是應(yīng)用廣泛的集成CAD/ CAE/CAM 軟件,于1990 年進入中國市場。UG 軟件采用基于約束的特征建模和傳統(tǒng)的幾何建模為一體的復(fù)合建模技術(shù),在曲面造型、數(shù)控加工方面是強項。2001年UGS 并購了SDRC 的I-deas 軟件。2002 年,UGS 公司推出了功能進一步提高的NX 軟件,廣泛應(yīng)用于國內(nèi)的航空航天、汽車、通用機械、模具及家電等領(lǐng)域。200

8、7 年,Siemens 公司完成了對UGS 公司的并購。NX 軟件提供了與分析軟件NASTRAN 和ANSYS、與機構(gòu)動力學(xué)軟件ADAMS、與注塑模分析軟件MOLDFLOW 等的接口。 NX 軟件是Siemens PLM Software 新一代的數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng),可以通過過程變更來驅(qū)動最終產(chǎn)品的更新。NX 軟件實現(xiàn)了包含CAD/ CAE/ CAM 全范圍開發(fā)過程的產(chǎn)品全生命周期管理。NX 軟件的功能模塊有:1)風(fēng)格及造型設(shè)計 該功能模塊提供工業(yè)設(shè)計、風(fēng)格及造型設(shè)計工具包。包含的功能有:自由形狀建模;曲面連續(xù)性分析;顏色、材料、結(jié)構(gòu)、照明和渲染效果等。2)產(chǎn)品設(shè)計 該功能模塊包含的功能有:以

9、參數(shù)化的、清晰的以及直接建模的技巧實施混合建模,裝配設(shè)計和管理,用于鈑金和路線系統(tǒng)的流程特定工具,連續(xù)設(shè)計驗證,三維尺寸標(biāo)注和制作工程圖等。3)數(shù)字化仿真驗證 該功能模塊包含的功能有:運動和結(jié)構(gòu)分析向?qū)?、工程分析等?)工裝及模具 該功能模塊包含的功能有:普通用途工裝和夾具設(shè)計、知識驅(qū)動型注塑模設(shè)計向?qū)?、沖壓模設(shè)計和模具工程向?qū)У取?)加工制造 該功能模塊包含的功能有:數(shù)控編程解決方案、集成的刀具路徑切削和機床運動仿真、后處理程序、車間工藝文檔、制造資源管理等。6)產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境 NX 產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境支持各種工具,可用于管理過程與數(shù)據(jù)共享,可實現(xiàn)CAD/ CAE / CAM環(huán)境下的協(xié)同工作、產(chǎn)品生

10、命周期管理(Product Lifecycle Management,簡稱PLM)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字化實體模型和可視化2. Imageware 軟件介紹 Imageware 是著名的逆向工程軟件,廣泛應(yīng)用于汽車、航空、航天、家電、模具、計算機零部件等領(lǐng)域?，F(xiàn)為Siemens PLM Software 旗下NX 的產(chǎn)品線。圖6-5 是Imageware 標(biāo)識。 起初,Imageware 主要應(yīng)用于汽車和航空航天工業(yè),因為這兩個領(lǐng)域?qū)諝鈩恿W(xué)性能要求很高,在產(chǎn)品開發(fā)的開始階段就要認(rèn)真考慮空氣動力性。 Imageware 軟件是對產(chǎn)品開發(fā)過程前后階段的補充。 Imageware 軟件特別適合用于以下

11、情況: (1)只有實物零件而沒有圖紙,又要求對此零件進行 分析、復(fù)制及改型。(2)在汽車、家電等行業(yè)要制作、分析油泥模型,對油泥模型進行修改,得到滿意結(jié)果后,要將此模型的外形在計算機中建立數(shù)字樣機。(3)對現(xiàn)有的零件工裝等建立數(shù)字化圖庫。(4)在模具行業(yè),往往需要用手工修模,修改后的模具型腔數(shù)據(jù),需要及時地反映到相應(yīng)的CAD 設(shè)計之中,這樣才能最終制造出符合要求的模具。 Imageware 產(chǎn)品提供獨特、綜合的自由曲面構(gòu)造及檢測工具,其應(yīng)用范圍包括了從早期的概念開發(fā)直到產(chǎn)品制造及檢測的各個階段。Imageware 產(chǎn)品將向模塊化發(fā)展并專注四項關(guān)鍵的核心競爭力:三維檢測、高級曲面、多邊形造型及逆

12、向工程。 Imageware 包括以下幾個模塊。1)基礎(chǔ)模塊 該模塊包含諸如文件存取、顯示控制及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。2)點處理模塊 點處理模塊包含處理點云數(shù)據(jù)的工具。3)曲線、曲面模塊 曲線、曲面模塊提供完整的曲線、曲面建立和修改的工具,包括掃掠(Sweep)、層疊(Loft)及局部操作用到的圓角(Fillet)、偏置(Offset)等曲面構(gòu)建命令。4)多邊形造型模塊 該模塊提供點云數(shù)據(jù)三角形化的處理工具,能夠處理任意大小多邊形模型。5)檢驗?zāi)K 該模塊可檢測復(fù)雜數(shù)字形面以及物理樣機的三維模型。6)評估模塊 該模塊包含定性和定量的評定模型總體質(zhì)量的工具。三、Autodesk AliasStudio 介

13、紹 AliasStudio 是世界一流的工業(yè)設(shè)計軟件,廣泛應(yīng)用于交通運輸工具設(shè)計和一般產(chǎn)品設(shè)計,包括汽車車身、筆記本電腦、運動器械、移動電話、醫(yī)療設(shè)備、兒童玩具、時尚用品等。圖6-6 是AliasStudio 標(biāo)識。 AliasStudio 提供的主要功能有:1)集成色彩描繪 該軟件提供應(yīng)用工具,使得設(shè)計師能夠發(fā)揮他們的使用技巧,比如帶有三維設(shè)計工具包的草繪等。2)建模 該軟件提供了豐富的特征建模工具集,使設(shè)計師和工程師的空間設(shè)計想象能夠在三維模型得到最有效的實現(xiàn)。3)動畫 動畫演示是有效的交流設(shè)計思想的途徑,也在一定程度上減少了設(shè)計評價階段對物理原型的依賴,節(jié)約資金,節(jié)省時間。4)渲染 該軟

14、件可以生成概念設(shè)計的光照顯示模型,并能在建模的同時實時應(yīng)用演示渲染工具評價模型效果。5)集成 在設(shè)計過程中,工業(yè)設(shè)計師需要能夠靈活地使用各種工具。AliasStudio 提供了很好的模型制作和演示工具的集成。6)高效的用戶界面 高效的用戶界面可以加速熟練使用者的工作流程,也能使一個新學(xué)者迅速完成學(xué)習(xí)進程。 圖6-7 是應(yīng)用AliasStudio 完成的汽車造型三維數(shù)字模型圖。四、PTC 公司軟件介紹 1985 年,美國PTC 公司(Parametric Technology Corporation)成立于美國東海岸文化名城波士頓,是全球CAID/ CAD/ CAE/ PDM 領(lǐng)域具代表性的軟件

15、公司。以Pro/ ENGINEER 為代表的軟件產(chǎn)品的總體設(shè)計思想體現(xiàn)了MDA(Mechanical Design Automation)軟件的新發(fā)展,具有一定的優(yōu)勢。圖6-8 是PTC 標(biāo)識。Pro/ ENGINEER 功能模塊有:1)工業(yè)設(shè)計(CAID)模塊 工業(yè)設(shè)計模塊主要用于對產(chǎn)品進行幾何設(shè)計。2)機械設(shè)計(CAD)模塊 機械設(shè)計模塊是一個高效的三維機械設(shè)計工具,它可以繪制任意復(fù)雜形狀的零件。3)功能仿真(CAE)模塊 功能仿真(CAE)模塊主要進行有限元分析。4)制造(CAM)模塊 NC Machining(數(shù)控加工)是CAM 模塊中的主要功能。5)數(shù)據(jù)管理(PDM)模塊 Pro/

16、ENGINEER 的數(shù)據(jù)管理模塊能夠在計算機上對產(chǎn)品性能進行測試仿真,找出造成產(chǎn)品各種故障的原因,對改進產(chǎn)品設(shè)計很有幫助。6)數(shù)據(jù)交換(Geometry Translator)模塊 在實際工作中,往往需要與其他的CAD 系統(tǒng),如CATIA、NX、CIMATRTON、MDT 等,進行數(shù)據(jù)交換。一、汽車造型設(shè)計(AliasStudio 軟件應(yīng)用實例) AliasStudio 是一種高端的三維工業(yè)設(shè)計軟件,既可以根據(jù)測量數(shù)據(jù)生成曲線曲面,又可以直接在二維效果圖的基礎(chǔ)上進行三維建模及生成渲染圖。 AliasStudio 可以在效果圖的基礎(chǔ)上直接進行三維建模,所花費的時間比制作油泥模型要少或相差不多,但

17、是成本低,工作量小。由AliasStudio 直接做出的三維造型,可以深入到細(xì)小的局部細(xì)節(jié),也可以通過不同的視角去仔細(xì)觀察造型效果,還可以搭配內(nèi)飾進行整體造型方案的評審。 通過快速原型技術(shù)和數(shù)控加工方法,可以由AliasStudio 的三維造型得到任意比例的實物模型。 應(yīng)用AliasStudio 進行汽車造型設(shè)計的一般流程:(1)用手工方法繪制創(chuàng)意草圖,從多個方案中確定造型風(fēng)格。圖6-9 是汽車造型的方案草圖。(2)將選定方案的草圖或效果圖導(dǎo)入AliasStudio,將繪圖比例調(diào)整至1 1,利用NURBS 曲線工具描繪特征線。 圖6-10 是選定的效果圖方案,用于進一步的造型設(shè)計。圖6-11

18、是以側(cè)視圖為例,將選定方案草圖或效果圖輸入到AliasStudio。 在構(gòu)建更多細(xì)節(jié)框架的同時,可以適當(dāng)?shù)慕⒁恍┐笄孀鳛榛緟⒖济?比如前風(fēng)窗曲面、側(cè)圍整體曲面、頂蓋曲面、發(fā)動機罩曲面等。圖6-12 是將選定方案輸入到AliasStudio,建立三維特征線圖。 圖6-13 是由AliasStudio 完成的三維模型線框圖。(3)根據(jù)三維模型線框圖的特征線構(gòu)造車身光順曲面,并注意實時檢驗曲面質(zhì)量。圖6-14 是應(yīng)用AliasStudio 構(gòu)建的曲面模型并檢驗曲面質(zhì)量圖。 圖6-15 是應(yīng)用AliasStudio 完成的車身曲面模型圖。(4)渲染。 數(shù)字模型構(gòu)建完成后的效果和實車還有很大的差距

19、,需要對數(shù)字模型進行渲染,給各個部位賦予相應(yīng)的材質(zhì)、色彩、透明度、反光率和紋理等。 圖6-16 是應(yīng)用AliasStudio 對車身曲面模型渲染過程圖,圖6-17 是應(yīng)用AliasStudio 完成的車身曲面模型渲染圖。二、車身曲面逆向建模(ICEM Surf 軟件應(yīng)用實例) 應(yīng)用ICEM Surf 建立曲面模型的過程介紹如下。(1)將處理好的點云數(shù)據(jù)導(dǎo)入ICEM Surf 軟件,如圖6-18 所示。(2)將數(shù)據(jù)生成點云斷面(Section),斷面的間距根據(jù)個人經(jīng)驗設(shè)定,以能充分體現(xiàn)點云數(shù)據(jù)特征為依據(jù),如圖6-19 所示。(3)在已生成的點云斷面上繪制曲線,曲線應(yīng)盡量接近點云斷面,并盡量光順,

20、如圖6-20所示。( 4)光順曲線繪制完成后,采用掃掠的方法制作曲面,如圖6-21 和6-22 所示。(5)再生成曲面的斷面,位置和間距與點云的斷面相一致,用于比較生成的曲面與點云的逼近程度。(6)調(diào)整生成曲面控制點,使曲面更加逼近點云斷面,并保持曲面的光順性,如圖6-23所示。(7)曲面調(diào)整完成后,還要檢測其光順質(zhì)量。 如圖6-24 所示,由面的曲率梳可以看到,面的總體質(zhì)量是好的,但在Y0 處未滿足連續(xù)性要求(例如,G3 連續(xù)或者G2 連續(xù)),所以還要對曲面進行連續(xù)性光順優(yōu)化。(8)曲面光順優(yōu)化后的曲率梳如圖6-25 所示。(9)用高光線檢查曲面的光順質(zhì)量,直到調(diào)整至曲面的光順程度較好,達到

21、光順要求為止,如圖6-26 所示。(10)光順曲面工作完成后,還要做各大曲面之間的光順連接,并制作完成最終的曲面數(shù)模,如圖6-27 和6-28 所示。三、車門內(nèi)飾板的測量點云數(shù)據(jù)處理(Imageware 軟件應(yīng)用實例)1. 點云數(shù)據(jù)處理流程 在車身CAD 應(yīng)用過程中,利用坐標(biāo)測量機能夠得到車身零部件詳細(xì)的三維點云數(shù)據(jù),這種測量方法測得的點云數(shù)據(jù)非常龐大,而且?guī)в性S多的噪聲點和雜點,對后續(xù)的曲面建模帶來一定的影響。因此,在曲面建模之前,需要對點云數(shù)據(jù)進行一些必要的處理,從而得到建模所需要的充分而完整的點云數(shù)據(jù)。點云的數(shù)據(jù)處理主要包括點云的對齊與定位、點云過濾、數(shù)據(jù)精簡、點云分塊等,其主要流程如圖

22、6-29 所示。2. 點云的對齊與定位 為了得到完整的被測件的點云數(shù)據(jù),測量過程中需要從被測件的不同角度多方位獲取表面信息。由于不同的測量位置對應(yīng)的默認(rèn)測量坐標(biāo)系不同,因此多次測量得到的測量點云是分散在各自的坐標(biāo)系當(dāng)中的。 一般測量機軟件能夠通過專用的軟件工具實現(xiàn)點云數(shù)據(jù)的自動對齊,并且能夠盡量減小誤差。 車身及車身零部件的點云數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系就是車身坐標(biāo)系或汽車坐標(biāo)系。 車身點云數(shù)據(jù)的對齊和定位,一般都是采用點云數(shù)據(jù)的點、線、面等幾何特征作為對齊和定位的依據(jù)。 應(yīng)用Imageware 軟件提供的相應(yīng)算法,在一定的誤差范圍內(nèi),將點云對齊到準(zhǔn)確的位置,以及定位于準(zhǔn)確的車身坐標(biāo)系位置。 有時,測量點云

23、沒有明確的對齊依據(jù),也可以根據(jù)兩塊點云之間的相對位置關(guān)系,由工程師平移和轉(zhuǎn)動點云數(shù)據(jù),逐漸對齊點云到正確的位置。 圖6-30 和圖6-31 分別是對齊前后的門內(nèi)飾板及其扶手的點云圖。3. 去除雜點與數(shù)據(jù)精簡 去除點云中的雜點和異常點也是很必要的,有時也可能影響對齊點云的正確與否,所以,去除雜點和異常點也可以在對齊點云之前進行。 由ATOS 得到的測量數(shù)據(jù)點十分密集,內(nèi)飾板及其扶手點云共有2091652 點。在CAD 逆向建模之前,需要對點云數(shù)據(jù)進行一定程度的精簡。 對于由手工制作得到的油泥模型的數(shù)據(jù)點云,一般點云本身的光順情況不是很好,特征也不明顯。通常采用等距離法稀化精簡點云,間距值大小要使

24、得數(shù)據(jù)精簡后既保留油泥模型本身所具有的輪廓特征,又使留下來的點云方便后續(xù)的模型重構(gòu)。 對于幾何特征比較明顯的車身零部件的測量點云,由于曲面光順性較好,可以采用弦偏差法來精簡數(shù)據(jù),使得精簡后得到點云幾何特征明顯,在曲率變化大的地方點云精簡得少,在曲率變化小的地方點云精簡得多。 如圖6-32 和圖6-33 所示,扶手點云的點的總數(shù)為112170,經(jīng)等距法精簡后得到的點總數(shù)為26257,經(jīng)弦偏差法精簡后得到的點總數(shù)為25297。由這兩圖可知,弦偏差法得到的精簡點云的特征更加明顯,更適合于比較復(fù)雜的被測物體的點云。 經(jīng)過處理后得到的門內(nèi)飾板及其扶手的點云,點總數(shù)約為原始點總數(shù)的5%在曲面建模時,點云數(shù)

25、據(jù)都要分塊處理。四、車門內(nèi)飾板的曲面建模(CATIA V5 軟件應(yīng)用實例)1. 曲面建模的總體思路 對門內(nèi)飾板及其扶手點云數(shù)據(jù)處理的目的是為了曲面建模并重新設(shè)計。 在構(gòu)建模型之前的準(zhǔn)備工作很重要,要對產(chǎn)品進行詳細(xì)的分析,理清產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特征。 從基本特征入手,保證平面、垂直、平行等重點特征,再完成次要細(xì)節(jié)部分的設(shè)計,包括過渡面和細(xì)微的局部形狀等。 具體到每一個步驟的時候,可以隨時調(diào)整生成方法,必要時也要調(diào)整整體思路,不鉆牛角尖。 在設(shè)計時,也同時需要考慮相關(guān)裝配零部件的配合關(guān)系,這在造型和設(shè)計階段是重點問題。 構(gòu)建模型應(yīng)遵循的原則是:整體戰(zhàn)略清晰,具體戰(zhàn)術(shù)靈活;外部表面保證質(zhì)量,內(nèi)部結(jié)構(gòu)保證功能

26、。2. 曲面建模的方法 構(gòu)建曲面的方法主要有兩種:一是點生成線、線生成面;二是由點云直接生成曲面。 點生成線、線生成面的方法,是根據(jù)點云特征截取點云截面,生成光順特征線和形面曲線,然后用掃掠(Sweep),層疊(Loft)或填充(Fill)等方法創(chuàng)建光順曲面片。 由點云直接生成曲面的方法,是先將點云數(shù)據(jù)合理規(guī)劃分塊,根據(jù)不同的分塊點云數(shù)據(jù)應(yīng)用強力匹配(PowerFit) 直接生成曲面片,或用曲面與點云配合(Fit a surface to a cloud ofpoints)等方法得到光順曲面片。3. 點云數(shù)據(jù)分塊 由點云構(gòu)建曲面時,點云數(shù)據(jù)分塊對曲面建模是很重要的。一般根據(jù)對曲面質(zhì)量和曲面與點

27、云偏差要求的不同,分塊可能有一定的差別。點云分塊是曲面建模的重要的第一步。 對于采用矩形域參數(shù)曲面擬合技術(shù)構(gòu)建曲面時,應(yīng)該盡量將點云分塊為四邊形子域,對生成曲面的質(zhì)量和曲面與點云偏差都有好處。 合理的分塊,將復(fù)雜的散亂點云化整為零,逐個完成曲面構(gòu)建,最后組合成簡潔完美的模型。 點云分塊時,首先要區(qū)分點云各部分重要程度的不同,找出基本面和過渡面。 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。 就曲面質(zhì)量而言,對基本曲面要求較高,既要求保證曲面與點云的偏差精度,又要求保證曲面光順性,不能出現(xiàn)不協(xié)調(diào)的光反射現(xiàn)象;而對過渡面則要求盡量光順,保證基本曲面之間的幾何

28、連續(xù)性。 分塊時對點云進行三角化(Tesselate)網(wǎng)格顯示,可以清晰地看出被測物體的基本曲面和過渡曲面的構(gòu)成情況。也可以同時應(yīng)用根據(jù)曲率標(biāo)準(zhǔn)分塊工具(Segmentation by Curvature Criterion)對曲面點云進行分塊。 圖6-34 顯示的是門內(nèi)飾板的三角化網(wǎng)格顯示分塊情況,其中基本曲面為A、B、C、D、E、F、G、H,它們基本都是曲率變化較小的輪廓清晰的大曲面,而它們之間的過渡曲面曲率變化都較大,它們共同組合在一起構(gòu)成了門內(nèi)飾板的主要曲面形狀。 圖6-35 顯示的是轎車翼子板拉伸模的測量點云,應(yīng)用三角化網(wǎng)格和根據(jù)曲率標(biāo)準(zhǔn)分塊工具的顯示情況。4. CATIA 軟件曲面

29、建模實例 在CATIA V5 軟件里的數(shù)字外形編輯器(Digitized Shape Editor,簡稱DSE)和快速曲面重建(Quick Surface Reconstruction,簡稱QSR)模塊都提供了對點云的編輯工具;在創(chuàng)成式外形設(shè)計(Generative Shape Design,簡稱GSD)和自由風(fēng)格造型器(FreeStyle Shaper,簡稱FSS)模塊中提供了由點生成線、由線生成面的工具;在快速曲面重建和自由風(fēng)格造型器模塊中提供了由點云直接生成和匹配曲面的工具。CATIA 軟件還有汽車A 級曲面模塊(Automotive Class A,簡稱ACA),提供了方便的生成汽車A

30、 級曲面的工具。這些是CATIA 的曲面重構(gòu)的主要工具。 由點云構(gòu)建曲面時,一般對于被測件剛度和表面光順性較好的零件,要求曲面質(zhì)量較高,要求曲面與點云之間偏差也較小;對于被測件剛性和表面光順性較差的塑料件和模型等,為了達到曲面的光順,可能曲面與點云之間偏差較大,但要有一個經(jīng)過認(rèn)可的偏差范圍。 由于門內(nèi)飾板是塑料件,本身表面質(zhì)量不高,而且扭曲變形較大,所以得到的測量點云需要進一步準(zhǔn)確的分析。 通常用曲率梳、反射線和等照度線等方法,最終得到門內(nèi)飾板的準(zhǔn)確三維模型。圖6-36 和圖6-37 分別是門內(nèi)飾板CAD 模型的渲染圖和線框圖,經(jīng)檢驗曲面與點云的總體偏差在要求的范圍內(nèi),并且曲面光順性達到A 級曲面標(biāo)準(zhǔn)。 CATIA V5 軟件的曲面造型功能強大,也可以用于正向設(shè)計的汽車造型。應(yīng)用創(chuàng)成式外形設(shè)計、自由造型和汽車A 級曲面模塊提供的曲面生成工具,可以很好地構(gòu)建車身表面造型的曲面模型。圖6-38 是應(yīng)用CATIA V5 軟件做的汽車造型的曲面模型。五、車身結(jié)構(gòu)件設(shè)計(NX 軟件應(yīng)用實例) 對于具體結(jié)構(gòu)設(shè)計的每一幾何尺寸的確定,應(yīng)該以結(jié)構(gòu)功能資料為主,以測量點云為輔,在滿足工藝要求條件下,重點保證裝配形位。在這樣的原則基礎(chǔ)上,建模得到的完整的零件模型都能較好地達到設(shè)計要求。 這里以NX 軟件為例介紹車身零件結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般過程。 首先,打開通過驗收的