A級(jí)曲面光順原則及其他

1、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(xiàn)（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(xiàn)或縫線(xiàn)或特征連接，特征的連續(xù)保證相切連續(xù)（角度誤差小于0.1度）。11

2、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(guān)特征筋線(xiàn)倒角R2R5  儀表板邊界相交倒角 R5R1013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(xiàn)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 ±5mm。16零件邊界線(xiàn)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(kāi)特征，然后與主曲面拼接，拼接精度偏差小于0.0001，角度偏差小于0.01度）。18不可以用多個(gè)特征斷面，用掃面（sweep）的方法，但可用單特

3、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2、A級(jí)曲面用高光等高線(xiàn)檢測(cè)時(shí)顯亮的曲線(xiàn)-這些曲線(xiàn)應(yīng)該有一個(gè)共同的曲率特征，等高線(xiàn)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(huà)高質(zhì)量的曲線(xiàn)所必需的4、A級(jí)曲面模型的曲面的邊界線(xiàn)又該可以被編輯、移動(dòng)以生成另外一個(gè)曲線(xiàn)，同時(shí)這個(gè)新生成的曲線(xiàn)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(chēng)性

4、、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)的工程問(wèn)題也要予以足夠的重視。8、這是專(zhuān)門(mén)就曲率的變化來(lái)說(shuō)的，光是曲率連續(xù)是不足以做出class a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(yíng)-class surfaces，涉及曲面的類(lèi)型的二個(gè)基本觀(guān)點(diǎn)是位置和質(zhì)量。位置所有消費(fèi)者可見(jiàn)的表面按A-Surface考慮。汽車(chē)的console（副儀表臺(tái)）屬于A(yíng)-surf，內(nèi)部結(jié)構(gòu)件則是B-surf。質(zhì)量涉及曲面拓?fù)潢P(guān)系、位置、切線(xiàn)、曲面邊界處的曲率和曲面內(nèi)部的patch結(jié)

5、構(gòu)。有一些意見(jiàn)認(rèn)為“位置續(xù)”是C類(lèi)，切線(xiàn)連續(xù)是B類(lèi)，曲率連續(xù)是A類(lèi)。而我想更加適當(dāng)?shù)囟x為G0、G1和G2，對(duì)應(yīng)于B樣條曲線(xiàn)方程和它的1階導(dǎo)數(shù)（相切=G1）和它2階導(dǎo)數(shù)（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(xiàn)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(xiàn)連續(xù)(G1)的）。第二種思想以汽車(chē)公司和白車(chē)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(lèi)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)&qu

6、ot;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(méi)有半徑連續(xù)，比如說(shuō)倒角。點(diǎn)連續(xù)僅僅保證沒(méi)有縫隙，完全接觸。事實(shí)上，切連續(xù)的點(diǎn)連續(xù)能滿(mǎn)足大部分基礎(chǔ)工業(yè)（航空和航天、造船業(yè)、BIW等）。基于這些應(yīng)用，通常并無(wú)曲率連續(xù)的需要。A-surf首先用于汽車(chē)，并在消費(fèi)類(lèi)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(chēng)為G0連續(xù)）在每個(gè)表面上生產(chǎn)一次反射，反射線(xiàn)成間斷分布。*切線(xiàn)連續(xù)（也稱(chēng)為G1連續(xù)）將生產(chǎn)一次完整的表面反射，反射線(xiàn)連續(xù)但呈扭曲狀。*曲率連續(xù)（也稱(chēng)為G2連續(xù)的，Alias可以做到G3?。⑸a(chǎn)橫過(guò)所有邊界的完整的和光滑的

7、反射線(xiàn)。在老的汽車(chē)業(yè)有這樣一種分類(lèi)法：A面，車(chē)身外表面，白車(chē)身；B面，不重要表面，比如內(nèi)飾表面；C面，不可見(jiàn)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(chē)內(nèi)飾件也提到了A-Class的要求。因而分類(lèi)隨之簡(jiǎn)化，A面，可見(jiàn)（甚至是可觸摸）表面；B面，不可見(jiàn)表面。曲面相接，視邊界連接將會(huì)有以下G0、G1、G2三種情況：1G0：曲線(xiàn)（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(xiàn)（曲面）只是共同相接于同一邊界；2G1：曲線(xiàn)（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。這種曲線(xiàn)（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，

8、斜率為連續(xù)（曲率不一定連續(xù)）；3G2：曲線(xiàn)（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(xiàn)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(jiàn)解相同，手段不一故設(shè)計(jì)風(fēng)格各異，花樣百出經(jīng)驗(yàn)可借鑒，主要靠自己耶逆向工程在汽車(chē)覆蓋件產(chǎn)品開(kāi)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(chē)覆蓋件產(chǎn)品

9、逆向建模的開(kāi)發(fā)流程，并對(duì)汽車(chē)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(chē)型的發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板為實(shí)例介紹逆向工程的應(yīng)用方法。 關(guān)鍵詞：  覆蓋件    逆向工程   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(chē)工業(yè)正以前所未有的速度發(fā)展，各汽車(chē)公司為了迅速占領(lǐng)汽車(chē)市場(chǎng)，不斷地推出性能良好、價(jià)格適中、乘座舒適的汽車(chē)產(chǎn)品，以滿(mǎn)足汽車(chē)用戶(hù)的要求。車(chē)身是汽車(chē)產(chǎn)品的外衣，它不僅影響著汽車(chē)的外觀(guān)質(zhì)量，而且也影響到汽車(chē)的乘座舒適性能。因此，它是汽車(chē)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)

10、取實(shí)物模型的表面數(shù)據(jù)，在汽車(chē)車(chē)身產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，許多時(shí)候汽車(chē)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)就是逆向工程(Reverse Engineering)。廣義的產(chǎn)品逆向工程包括形狀 (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)工程汽車(chē)覆蓋件逆向建模開(kāi)發(fā)流程當(dāng)前，我國(guó)汽車(chē)覆蓋件常用開(kāi)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(chē)覆蓋件物理模型外表面的數(shù)據(jù)，生成三維點(diǎn)云

11、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(chē)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(chē)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)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(guān)上取決于所選用的造型軟件的功能。針對(duì)汽車(chē)覆蓋件

12、逆向開(kāi)發(fā)的需求，我們提出了一種解決方法，并在我們進(jìn)行工程服務(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(chē)覆蓋件逆向開(kāi)發(fā)的方法和流程二關(guān)鍵技術(shù)在汽車(chē)覆蓋件的逆向開(kāi)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(chē)覆蓋件的外表面上提取數(shù)據(jù)是逆向工程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其提取點(diǎn)云數(shù)據(jù)的精度和

13、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(chē)覆蓋件逆向開(kāi)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(chē)覆蓋件逆向開(kāi)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

14、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及角和通過(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)：       l 它采用一個(gè)鏡頭，消除了由于一般光學(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)量質(zhì)量。       l 標(biāo)定簡(jiǎn)單。該測(cè)量系統(tǒng)一次標(biāo)定，可長(zhǎng)期使

15、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。       l 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。 l       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(zhuān)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)到/-20納米。   

16、   l 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(lèi)曲面可以采用標(biāo)準(zhǔn)分辨模式進(jìn)行測(cè)量。用戶(hù)可以方便地在這三種測(cè)量模式間進(jìn)行切換。 l       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)。       l 測(cè)量方便。利用該公司提供的專(zhuān)業(yè)支架可以自由地改變鏡頭的角度和位置

17、。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： l       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。 l       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)

18、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)（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： l       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：   Ø     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，

19、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（Chordal Deviation）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。       Ø 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。       Ø 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。     l   點(diǎn)云三角化點(diǎn)云三角化就是指將雜

20、亂無(wú)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，COMET Plus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。 l       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(xiàn)等。這樣就可以提高后續(xù)曲面重構(gòu)的速度。   l     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

21、需要根據(jù)曲面的構(gòu)成，將點(diǎn)云進(jìn)行分塊。利用CATIA的DSE（Digital Shape Editor）模塊可以方便地將點(diǎn)云進(jìn)行分塊        曲面重構(gòu)技術(shù)曲面重構(gòu)是逆向工程中的一個(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，主要考慮以下要點(diǎn)： l       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)的整體思路。   

22、  l   確定模型的基本構(gòu)成形狀的曲面類(lèi)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?chē)覆蓋件逆向設(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)：   l     采用了NURBS方法描述曲面。從而解決了自由曲線(xiàn)曲面與初等解析曲線(xiàn)曲面描述的不相容問(wèn)題。另外，由于采用了NURBS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。 l    

23、  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。 l       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。 l       提供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。     

24、  l 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(chē)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(mǎn)足要求。常用的曲面品質(zhì)評(píng)價(jià)方法有以下幾種： l       反射線(xiàn)法（Reflection Lines） 本貼包含圖片附件: 反射線(xiàn)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(xiàn)由曲面上的一組點(diǎn)P組成，

25、點(diǎn)P在曲面上的法線(xiàn)方向N分別與點(diǎn)P到光源的矢量a和與視點(diǎn)Ep所成角度相等。反射線(xiàn)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(xiàn)斷開(kāi)，則該兩曲面最多點(diǎn)連續(xù)；如反射線(xiàn)有尖點(diǎn)，則曲面切矢連續(xù)；如反射線(xiàn)光滑過(guò)渡，則兩曲面曲率連續(xù)。等照度線(xiàn)法（Isophote）等照度線(xiàn)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(xiàn)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LNc，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(xiàn)。等照度線(xiàn)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(xiàn)是光滑過(guò)渡的，則這些曲面之間滿(mǎn)足曲率連續(xù)。另外，等照度線(xiàn)的形狀也反映了曲面

26、形狀的變化，如在球面上，等照度線(xiàn)為圓形。 本貼包含圖片附件: 高光線(xiàn)法（Highlight Lines）高光線(xiàn)法是在反射線(xiàn)法的基礎(chǔ)上發(fā)展出來(lái)的。它的構(gòu)建原理與反射線(xiàn)基本相同，不同之處是在高光線(xiàn)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(xiàn)由這樣一組點(diǎn)Xi組成，光線(xiàn)L0與點(diǎn)Xi在曲面上的法線(xiàn)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(xiàn)法來(lái)分析曲面品質(zhì)。所謂截面線(xiàn)法，就是生成一組平面與被分析曲面的截面線(xiàn)，通過(guò)分析這些截面線(xiàn)的曲率變化和截面線(xiàn)之間的形狀變化來(lái)分析曲面品質(zhì)。作為A級(jí)曲面，截面線(xiàn)的曲率變化應(yīng)均勻，沒(méi)有多余拐點(diǎn)，

27、截面線(xiàn)之間的形狀變化也應(yīng)均勻。針對(duì)逆向工程中誤差控制的需求，CATIA提供了距離分析工具（Distance Analysis），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(chē)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。采用先中

28、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AICON 3D Studio中進(jìn)行處理；最后生成位于車(chē)身坐標(biāo)系下的參考點(diǎn)列表文件3)        開(kāi)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.      

29、0; 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(xiàn)和中間的倒角曲面之間的理論交線(xiàn)。4)        輸出三角化點(diǎn)云的STL文件和所提取特征的Scan線(xiàn)的ASCII文件3. 

30、       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(xiàn)，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)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

31、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(méi)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)逆向工程應(yīng)用于車(chē)身產(chǎn)品尤其是車(chē)身覆蓋件產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，可以大大縮短開(kāi)發(fā)周期，保證產(chǎn)品質(zhì)量。逆向工程不僅僅是仿形設(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(kāi)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)提出一種逆向工程應(yīng)用于車(chē)身覆蓋件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中的解決方案，對(duì)我國(guó)

32、汽車(chē)產(chǎn)品開(kāi)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(chē)覆蓋件逆向工程中的若干關(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?？焖倌嫦蚬こ碳夹g(shù)及其在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用。機(jī)械設(shè)計(jì)與制造Feb,1999,No.1 P26-P28。簡(jiǎn)要介紹CATIA曲面造型技術(shù)的主要功能以及汽車(chē)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，結(jié)合排氣歧管設(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(chē)設(shè)計(jì) 中圖分類(lèi)號(hào)：TH391.72文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1008-35X(1999)03-0053-03 1概述 CATIA是由法國(guó)Dassault公司開(kāi)發(fā)的大型CAD/CA

33、M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(chē)等行業(yè)的復(fù)雜曲面造型設(shè)計(jì)中。 汽車(chē)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，這種連接既要滿(mǎn)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(lèi)零部件的設(shè)計(jì)提供了先進(jìn)、方便、快捷的手段，使汽車(chē)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(chē)開(kāi)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

34、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(xiàn)，該曲線(xiàn)即為B樣條曲線(xiàn)。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(xiàn)。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(xiàn)。兩組B樣條曲線(xiàn)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1B樣條曲面 P(U,V)=PijNik(u)Nj1(V)1 B樣條曲線(xiàn)特征頂點(diǎn)越多、樣條曲線(xiàn)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(chē)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。 2.2CATIA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、FREE FORM 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(lèi)： 1)掃描曲面：發(fā)生線(xiàn)沿“脊線(xiàn)”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(xiàn)”運(yùn)動(dòng)形成的曲面； 3)連