以CATIA軟件為設(shè)計平臺的車身曲面造型技術(shù)應(yīng)用

1、94以 CATIA 軟件為設(shè)計平臺的車身曲面造型技術(shù)應(yīng)用南京躍進汽車集團公司技術(shù)中心產(chǎn)品設(shè)計所蔣宜群 張芹摘要:本文介紹了 CATIA 軟件曲面造型技術(shù)的主要功能及其在車身產(chǎn)品逆向設(shè)計中的應(yīng)用, 結(jié)合車身前圍設(shè)計實例探討了 CATIA 曲面造型設(shè)計的方法和要點。關(guān)鍵詞 :造型 曲面重構(gòu) 逆向工程1. 前言以實物模型為設(shè)計依據(jù)的逆向工程技術(shù),作為三維設(shè)計制造系統(tǒng)的一個有機補充部分,在汽車改型設(shè)計,特別是車身覆蓋件的改型設(shè)計中,起著重要的作用。車身覆蓋件通常是由一系列復(fù) 雜的空間曲面構(gòu)成,這些曲面又由不同曲率的空 間曲面通過相互光滑過渡、連接而成,這種連接 既要滿足零件功能、結(jié)構(gòu)的要求,又要達到平

2、順、 美觀、和諧的效果。CATIA 軟件的曲面造型技術(shù), 包括逆向設(shè)計工程技術(shù),為汽車覆蓋件的設(shè)計提 供了先進而快捷的手段,使汽車表面與結(jié)構(gòu)的設(shè)計更趨完美,設(shè)計周期越來越短,開發(fā)效率越來越高。 2. 曲面造型設(shè)計流程: 物理模型 數(shù)字化點云 CAD 模型 在一個物理模型沒有設(shè)計圖紙的情況下,利用 數(shù)字式測量儀器, 進而獲得模型的 3D 點數(shù)據(jù), 再 傳送至 CAD 系統(tǒng)進行加工處理, 這就是通常人們 所說的逆向工程。采用逆向工程不是簡單的仿型, 它可以在逼近原件的基礎(chǔ)上,達到較高的質(zhì)量水 平,無論是表面光順性還是棱角的直線度以及零 件之間的搭配關(guān)系都是以往的技術(shù)所達不到的。通過對物理模型的掃描

3、,在計算機中復(fù)現(xiàn)出其三維數(shù)學(xué)模型。 產(chǎn)品數(shù)字化是 CAD 逆向工程的關(guān)鍵 技術(shù)之一。隨著控制技術(shù)、傳感技術(shù)、圖像處理 和計算機視覺等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了各種各 樣的樣件表面幾何數(shù)據(jù)的數(shù)字化獲取方法。我們 選用的是德國 Steinbichler 公司的 COMET T-Scan 激光測量儀。用其采集油泥模型外表面的數(shù)據(jù), 生成三維點云數(shù)據(jù)。 (圖一 圖一 提取點云數(shù)據(jù)是逆向工程的一個重要環(huán) 節(jié),其提取點云數(shù)據(jù)的精度和噪聲直接影響 后續(xù)的曲面重構(gòu)。 CATIA 軟件的數(shù)字曲面編 輯器模塊 (Digital Shape Editor 具有對點云進 行后處理,如過濾點云處理、優(yōu)化點云、三 角化點云等

4、功能,能以不失真的前提將龐大 的點群過濾,利用處理后的點群進行鋪面使 其容易觀察。圖二為三角化后的某點云效果。 根據(jù)三角化后的點云,運用 CATIA 軟件的自 由造型模塊(Free Style , 進行物體表面的重 構(gòu)。 圖二3. 前圍造型實例圖三、圖四為某車型改型后由前圍模型采集 所得點云及渲染效果。 圖三 圖四由于前圍點云的采集是在非車身坐標(biāo)系中 進行的,因此重構(gòu)前圍曲面的首要工作就是根 據(jù)邊界條件來放置點云。圖五是以車身為坐標(biāo) 系創(chuàng)建生成的車身骨架數(shù)模。 圖五通過關(guān)鍵特征,轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系等方法,將點云 正確放置到車身坐標(biāo)系中,是整個逆向過程中 非常重要的步驟。如若此項工作沒有做好,而草率的進

5、入下一流程,即使最終完成曲面重構(gòu), 也很有可能導(dǎo)致所做的一切都為無用功。只有 將點云坐標(biāo)準(zhǔn)確的放置在車身坐標(biāo)系中,才能 運用邊界條件進行曲面重構(gòu)的設(shè)計以保證零件 之間不干涉。 這一過程是在 CATIA 軟件的裝 配設(shè)計模塊(Assembly Design中進行的。圖 六為前圍點云與車身骨架數(shù)模準(zhǔn)確對齊后的情 況。 圖六前圍裝置的重構(gòu)設(shè)計,包括了前圍裝飾、前 圍中板、面罩及格柵、左右側(cè)護板、左右前大燈、 小燈等。由外觀可看出大體上可將這些件分為三 部分進行考慮。即前圍裝飾板部分;前圍中板、 面罩、側(cè)護板部分;格柵、大燈、小燈部分。將 構(gòu)成零件的整體曲面分解為基本曲面和特征曲 面,有利于前圍表面的曲面重構(gòu)。 CATIA 軟件的 FreeStyle 模塊為曲面重構(gòu)提供了強大的曲面生成 和曲面檢查功能。圖七、八、九是前圍裝置曲面 重構(gòu)時的相關(guān)操作步驟。圖十是已完成的前圍裝 置。 圖七95 96圖八 圖九 圖十4. 小結(jié)將 CATIA 軟件的曲面造型技術(shù)應(yīng)用于汽車車 身的改型設(shè)計,能使設(shè)計過程簡化、快捷