基于CATIA的拖拉機(jī)造型曲面光順性分析

李　紅，蘭帥領(lǐng)

基于CATIA的拖拉機(jī)造型曲面光順性分析

李紅，蘭帥領(lǐng)

（開(kāi)封大學(xué) 機(jī)械與汽車工程學(xué)院，河南 開(kāi)封475004）

曲面光順?lè)治龇椒ㄊ墙⒃谇婀忭槣?zhǔn)則的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)曲面光順?lè)治龇椒ǎㄇ媲史?、光照模型法）原理及特點(diǎn)進(jìn)行了研究，以某型拖拉機(jī)輪罩為例，借助曲面的光順?lè)治龇椒ǎ肅ATIA的自由曲面模塊（Freesty1e）外形分析功能，分析拖拉機(jī)造型的曲面光順性并進(jìn)行評(píng)價(jià)。最終驗(yàn)證，曲面的光順?lè)治龇椒軌蛴行?duì)產(chǎn)品曲面光順性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

CATIA；拖拉機(jī)；造型曲面；光順性分析

1　曲面光順準(zhǔn)則

光順性，在計(jì)算機(jī)輔助圖形設(shè)計(jì)中受到普遍應(yīng)用的重要概念。光順源于實(shí)踐，指曲面的光滑性和無(wú)波動(dòng)性。曲面光順準(zhǔn)則是曲面光順性分析的重要依據(jù)。夏衛(wèi)群等提出了曲面光順性的判斷準(zhǔn)則：通常根據(jù)曲面上的關(guān)鍵曲線（如矢量方向u、v的參數(shù)線，或曲面與平行于坐標(biāo)平面的一系列等間距的平行平面的相交截面線等）是否光順以及曲面的曲率（主曲率、高斯曲率、平均曲率等）的變化是否均勻等來(lái)判斷。

2　曲面光順?lè)治龇椒?/h2>

在逆向工程中，重構(gòu)曲面模型通常是借助圖形終端屏幕顯示，僅靠顯示的曲面模型往往難以準(zhǔn)確判斷形狀是否滿足設(shè)計(jì)要求。為了能在計(jì)算機(jī)上直觀地分析曲面光順性，建立了一系列的理論和方法，通過(guò)觀察曲面模型的曲率圖、矢量圖和反射圖等，判斷曲面是否光順。常用的分析方法有基于曲率和基于光照模型的兩類。

（1）基于曲率的方法。目前，商業(yè)化的CAD/CAM集成系統(tǒng)都具有曲面光順性分析功能，提供多種分析方法。利用這些分析方法，通過(guò)著色渲染，可以得到有關(guān)曲面總體或局部的曲率信息、識(shí)別出導(dǎo)致曲面出現(xiàn)波動(dòng)或凹凸的區(qū)域、找到曲面曲率的極大值或極小值的分布以及曲面與相鄰曲面的連續(xù)性等信息，以此來(lái)評(píng)估曲面的質(zhì)量。

（2）基于光照模型的方法?；诠庹漳Ｐ偷姆椒ㄊ菍?duì)車輛工業(yè)中采用平行光照射到車身來(lái)檢查車身曲面是否光順這一過(guò)程的模仿，比較直觀，主要反映曲面法矢的變化情況，可以從總體上把握曲面的光順美感、造型風(fēng)格等信息，其中，基于光照模型的反射線法、高光線法和等照度線都已廣泛應(yīng)用于汽車車身曲面質(zhì)量檢測(cè)。

反射線、高光線、等照度線等曲線的線條的均勻度和連續(xù)性反映了曲面的光順性。因此，基于光照模型的曲面光順性分析方法，能夠?qū)⑶婕?xì)微的缺陷放大，直觀地判斷曲面的連續(xù)性和凹凸性。

3　實(shí)例分析

以東方紅T70系列某款拖拉機(jī)輪罩為實(shí)例，借助CATIA軟件，綜合運(yùn)用相關(guān)方法，對(duì)拖拉機(jī)造型曲面的光順性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

（1）曲面的截面線檢查。在曲面創(chuàng)建過(guò)程中及完成后，需要檢查曲面的光順度和拼接質(zhì)量，可用截面曲率分析工具檢查，找出曲面的波動(dòng)和凹凸區(qū)域，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。如圖1所示，在輪罩上弧形面截取某一截面線，利用截面曲率分析工具給出其曲率梳。

圖1　弧形面截面線圖

（2）高光線檢查。輪罩曲面在構(gòu)建過(guò)程中和完成后，需要多次對(duì)曲面進(jìn)行光順性分析。在檢驗(yàn)曲面質(zhì)量和形狀控制方面，高光線是目前最有效、操作最直觀的方法。用高光線工具分析輪罩整體曲面的質(zhì)量，如圖2所示，高光線在A、B兩處發(fā)生了扭曲，表明曲面在這兩處光順性較差。

通過(guò)調(diào)整曲面，再次使用高光線工具檢查，效果如圖3所示，高光線在A、B處的扭曲得到改善，輪罩曲面達(dá)到光順要求。

圖2　局部發(fā)生扭曲的高亮線分析圖

圖3　曲面修整后的高亮線分析圖

（3）等照度線檢查。等照度線由于顯示比較直觀，常用于曲面光順性分析。通過(guò)平行線光源的移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)，在曲面上生成具有一定寬度的黑白相間的條紋線，整個(gè)曲面的光順性和曲面間的連續(xù)性就直觀的顯示出來(lái)。如圖4所示，均勻、合理的等照度線分布，表明曲面整體光順性好。

另外，環(huán)境映射作為輔助工具，也可以用于曲面光順性分析。把曲面置于設(shè)定的環(huán)境中，參照周圍環(huán)境圖像映射在曲面上的成像效果來(lái)分析曲面。如圖5所示，選擇CATIA自帶圖像中海灘圖像，把圖像映射在輪罩曲面上，清晰無(wú)扭曲，表明曲面光順性較好。

圖4　等照度線分析圖

圖5　環(huán)境映射分析圖

4　結(jié)語(yǔ)

曲面光順性分析效果直接影響到曲面的構(gòu)建質(zhì)量，為了獲取曲面光順性的全面信息，需要綜合各種方法來(lái)對(duì)曲面進(jìn)行分析。利用CATIA的自由曲面模塊（Freestyle）外形分析功能，分析拖拉機(jī)造型的曲面光順性并進(jìn)行評(píng)價(jià)，最終驗(yàn)證，曲面的光順?lè)治龇椒軌蛴行?duì)產(chǎn)品曲面光順性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

［1］樂(lè)斌旺，王磊，刑淵.曲面重構(gòu)中曲面品質(zhì)評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用［J］.機(jī)床與液壓，2006，（11）：59-61.

［2］張衛(wèi)莉，袁清華，黃重國(guó)，等.車身曲面造型光順性評(píng)價(jià)方法的研究與應(yīng)用［J］.汽車技術(shù)，2007，（5）：10-14.

Surface Smoothness Analysis of Tractor Modeling Based on CATIA

LI Hong，LAN Shuai-ling
（College of Mechanical and Automotive Engineering，Kaifeng University，Kaifeng，Henan 475004，China）

Surface smoothness ana1ysis is based on the princip1es of the common surface smoothing.Through the study of the princip1es and characteristics of the common surface smoothing ana1ysis methods（surface curvature method，i11umination mode1 method），taking a whee1 cover of a tractor as an examp1e and using the surface smoothing ana1ysis methods，surface smoothness of tractor mode1ing is ana1yzed and eva1uated by shape ana1ysis function of freesty1e in CATIA.The resu1t u1timate1y confirms that surface smoothing ana1ysis methods can effective1y ana1yze and eva1uate the surface smoothness of the products.

CATIA；Tractor；Mode1ing surface；Smoothness ana1ysis

S219

A

2095-980X（2016）03-0064-01

2016-03-18

李紅（1979-），男，河南周口人，碩士，主要研究方向：車輛現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法。