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CATIA曲面重构技术典型应用 |
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作者：西飞公司信息技术处 马晓辉 |
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在产品逆向造型中，CATIA 正在扮演着越来越重要的角色。一方面是其强大的曲面造型功能，结合他的快速曲面重建模块和点云编辑模块可以很方便的完成产品的逆向造型，另一方面，由于CATIA本身的高度集成，完成造型后就可以直接进行模具设计、加工、分析等一系列后续工作，避免了不同软件间的数据交换所带来的数据丢失等麻烦。所以用CATIA 进行逆向造型会带来很多的方便。
下面几种情况是比较典型的CATIA 示例应用
一、 具有复杂曲面的造型件：象玩具、汽车外形、汽车内饰、日用塑料制品、雕塑等等，这类产品的特点是外型比较复杂，基本是曲面造型，在CATIA 中我们可以利用他强大的曲面功能通过构造线来进行最后的曲面重构工作。
图1 具有复杂曲面的逆向流程
二、 另外一种情况是产品具有典型的大的曲面特征，曲面过渡是通过倒角完成的一类产品，这个在家电产品上表现比较多，比如吸尘器、电视机后盖、洗衣机外型等等。这类产品对产品的精度要求不是很高，但对外型曲面有较高的要求。
图2 具有大曲面特征的逆向产品流程
三、 对于机械产品，往往都有比较明显的几何特征，比如平面、圆孔、球面、圆角等等，象航空用钣金件、机械连接件等都是这种情况比较多。
以上几种情况是比较典型的应用，但实际逆向过程中可能根据不同的要求和形状特征，往往需要各种方法的综合运用。下面以一个玩具造型来说明CATIA 产品逆向造型过程以及其中的几个要注意的问题。
在CATIA 输入点云以后我们首先要分析这个产品，发现这个玩具造型主要是以曲面为主，而且曲面比较复杂，曲面特征比较多，是个对称造型，对称面已经是定义好的坐标平面。另外，由于是玩具塑料制品，精度要求不是很高。为此，我们有了大概的处理流程。
1．进行三角网格的建立：
点云的三角化，是做逆向过程中一个很重要的步骤。扫描点云往往很大，有的大的点云有上百万甚至几百万个点，如果不生成三角片进行简化，目前的计算机硬件设备将很难对其操作；另外一个很重要的原因，三角化简化后，可以很方便的为以后的构线辅面做好准备。这里有几个注意的问题，点云汇入后要进行点云的处理，一般选择自适应（Adaptative）方式对点云进行过滤，这样的好处是可以在曲率变化大的地方保留更多的点，曲率变化小的地方保留的点少。另外一个是进行三角化的时候，邻近点（Neighborhood）参数的选择要适度，如果太大，产生的三角片质量不好，如果太小，产生的破洞太多。一般根据经验，判断产生三角片的质量，剩余个别的破洞可以利用修补工具进行修补。还有一个要注意的问题是点云生成后，要利用网格清洁（Mesh Cleaner）功能，清除掉点资料中的一些错误。
2．进行曲线架构的建立：
这部分是个很烦琐的工作，但曲线的好坏直接决定了后面生成曲面的质量，所以要用心去做这部分的内容。
做的时候要分几部分来进行，比如把玩具的耳朵分一部分、眼睛分一部分等等，利用曲线投影到点云的功能来生成特征交线，先利用曲率分析功能，分析出曲率变化线，再曲线投影或者点云上生成样条线功能来产生和点云拟合的曲线。完成后再利用截面线（PlanarSections）功能沿特征曲线做出和点云的截面交线。
图5 玩具的线架构流程
3．进行曲面架构的建立：
CATIA 的逆向造型中提供了一个很好的曲面工具，曲面网络
（Surface Network ），这个功能要求首先要利用曲线网格工具（CurvesNetwork）建立一个封闭的曲线区域，然后就可以快速的辅出曲面。辅面的时候最好选择所有相切连续（All Tangent Continuity），这样可以保证辅出来的曲面质量。
我们前面生成的空间点云曲线是不相交的，这个时候如果我们要在CATIA 中的其他曲面模块去处理，就要把这些曲线重新打断再连接成相交的曲线，利用各种曲面命令也可以完成，但这样做很费时，而且曲面精度有欠缺。曲面网格工具为我们提供了很大的方便，它可以把空间曲线按照一定的精度设置来定义相交打断，然后把他们连接点云曲率分析 空间3D 曲线建立曲线投影到点云完成曲线建构 继续生成其他曲线 沿曲线产生截面线成一个“封闭”的空间曲线。在这里要注意设置曲线网格的精度，如果在前面做出的曲线精度高的话，在这里就可以设置很高的精度就可以产生出封闭曲面了。所以，CATIA 逆向的每一步来说都是相互关联的，都对最后的结果会产生影响。
做出每一个曲面后，然后利用高级曲面模块中的曲面过渡（Blend）功能进行各个曲面之间的连接。要注意的一个问题是，对称的时候不要直接用结合曲面对称，如果直接对称，在对称面处曲面将不能保证曲率连续，我们的做法是先用对称面偏移一个平面（距离不可以太大），然后对曲面进行切割，再进行对称，最后利用blend功能把对称的两个曲面选择曲率连续结合起来（如图中的红色曲面部分）。这样得到的曲面质量将可以达到曲率连续，符合要求。
完成曲面造型后可以利用CATIA 中的距离分析功能对模型进行点云误差分析，分析结果显示最大的误差为0.552mm，最小是0.332mm。最大误差一般是在曲面过渡处产生的，因为曲面过渡部分完全是依靠曲面功能来完成，脱离了点云本身，所以会产生比别的地方误差大的情况，但这个也是为了模型本身的造型来说的，鱼和熊掌不可兼得，要想模型漂亮，就必须舍弃一些精度的要求。针对这个模型来说，这样的精度已经完全符合要求。
总结：本文就逆向产品中的CATIA 典型应用流程进行了分析和总结介绍，并结合实际的产品逆向造型过程说明CATIA 逆向中应注意的问题和方法。抛砖引玉，期待更多更好的方法与大家交流。(end)
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(4/22/2008) |
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