CATIA V5在汽车零件逆向开发中的应用

CATIAV5在汽车零件逆向开发中的应用王永辉（广州本田汽车有限公司，广州510700）

摘要介绍逆向工程技术在汽车制造业中的应用。并阐述在CATIAV5环境下，零件逆向设计的方法和必须注意的问题。关键词：CATIA逆向工程汽车零件

中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1671—3133（2006）01—0113—03

ApplicationofCATIAV5inreversedevelopmentofautopartsWangYonghui（GuangzhouHONDAAutomobileCo.，LTD.，Guangzhou510700，CHN）Abstract：Presentsfirstlytheintroductionofapplicationofreverseengineeringinautomobilemanufactures，anddescribesnecessarysoft-wareandhardwareforCATIAV5toreversedevelopment.Methodsanddeserveattentioninreversedesignofparts，withasampleunderCATIAV5，areexpounded.

Keywords：CATIAReverseengineeringAutoparts

目前，汽车工业主要是通过设计数据，构造零、部件CAD模型和模具CAD模型，再通过数控加工制造模具，进而再进行零件生产的设计制造流程。但在我国“引进—组装—再引进”的汽车生产方式中，中方往往缺乏零、部件的CAD模型，使得国产化开发的进程受到极大制约。该现状促成逆向工程技术在我国汽车制造业中的发展。逆向工程技术在汽车领域主要应用是：1）车身零件制造质量检测的应用；2）复杂型面的车身设计开发和制造；3）损坏或磨损零件模具、检具和夹具的还原。1逆向工程的软硬件条件1.1逆向工程的硬件条件逆向工程的主要测量手段有两种：接触式测量和非接触式测量。采用光电法的非接触式测量方法的特点是测量过程中测头不接触被测表面，避免了接触式测量中测头或被测表面的损伤和测头半径的补偿，测量速度快、自动化程度高，适用于各种软、硬材料的各种复杂曲面模型的三维高速测量［1］。本文采用COMET非接触光学扫描系统完成汽车零件表面的数据采集。1.2逆向工程的软件条件CATIA软件在造型风格、车身等方面具有独特的长处，使用自动化的多表面曲率与切矢管理，可帮助用户快速进行风格造型和曲面造型。目前，CATIA发布了第5版本。目前一些著名汽车制造商如Renault、Toyota、Kar-

man、Volvo、Chrysler等已经100%的切换为CATIA设计［2］，并且被各国的汽车零、部件供应商所认可。CATIA事实上已成为汽车行业CAD软件标准。CATIA的数字化外形编辑器（DigitalShapeEditor，DSE）、快速曲面重建（QuickSurfaceReconstruction，QSR）以及创成式外形设计模块（GenerativeShapeDesign，GSD）是强大的逆向开发工具。它们能完成点云读入、输出、编辑以及曲面快速而便捷的重建。本文介绍以CATIAV5的DSE、QSR和GSD模块为零件逆向开发的软件基础。

2CATIA在汽车零件逆向开发中的应用下面结合某车型的油箱盖外板逆向开发，来说明CATIAV5逆向开发过程。2.1零件表面数字化零件正确装夹以后，可用光学扫描仪对零件进行测量。测量内容可包括工件的分型（边界）线、轮廓线、面、结构等几何特征，以及用于重定位的定位基准。由此得到零件表面数字化的ASCII文件。311

设备设计/诊断维修/再制造现代制造工程2006年第1期2.2点云预数据处理图1油箱盖外板原始点云

图2降噪去掉多余

点后的点云

1）在CATIAV5的DSE模块中，通过Insert|Importcloud导入零件的ASCII文件（如图1所示）。导入过程中可以用鼠标移动6个绿色的控制点，改变导入点云边界，过滤一些无用的点（即降噪）。2）选择Insert|CloudEdition|CloudFilter，利用Adaptative选项能将曲面变化小的地方过滤较多的点，而变化大的地方过滤较少的点，使特征变得更明显。本开发将Adaptative值设为0.005进行第二次降噪（如图2所示），该值越大则过滤掉的点越多。3）通过Insert|CloudEdition|RemovePoint，进一步删除扫描过程中边界部分的误点和缺陷点。图3点云的铺面4）对点云进行铺面处理，它是点云的三角片图像，主要是为了提高点云的可视性，以便于提高曲面造型的效率。选择Insert|Mesh|MeshCreation进行铺面。如果有破洞存在（如图3所示），不能单纯增加Neigh-borhood的值，否则一些不该补的部分也会被铺成面。可用Insert|Mesh|FillHoles完成破洞的手动修补。2.3特征线提取从零件具体结构特征出发，先用斑马线仔细分析点云的铺面（如图4所示），进行曲面重构之前的合理规划。划分曲面块的主要依据是零件的棱线以及曲面的曲率变化。零件一般由多块曲面构成，每块曲面根据特性可以判断用什么方式构建，是点—面（这种情况较少），还是点—线—面的方式。CATIAV5QSR模块Insert|ScanCreation|PlanarSections提取部分特征线，然后用Insert|ScanCreation|FreeEdges得到点云的边界线（如图5所示），以便于用GSD模块完成曲面的重构。图4点云铺面的斑马线分析图5点云的特征线对每一条曲线都要仔细检查其连接的连续性、曲率的连续性以及它与点云的误差。这是构建高品质曲面的必要保证。可以通过Insert|Analysis|CurvatureAnalysis、ConnectChecker和DistanceAnalysis来检查曲线的质量和精度。2.4曲面重构根据特征线，利用GSD提供的扫掠（sweep）、混合（blend）等曲面造型功能生成特征面（如图6所示），再通过求交（join）、裁减（trim）、倒圆（fillet）等操作将各曲面片光滑拼接或缝合成整体的复合曲面，最后通过In-

sert|Wireframe|Projection将边界线投影到复合曲面上，并用剪刀（split）功能完成零件曲面的边界（如图7所示）。

图6利用特征线生成的特征面

图7油箱盖外板逆

向曲面数模

2.5曲面品质评价2.5.1精度分析

图8点云与面曲的偏差

图9逆向曲面数模的

斑马线分析结果

在QSR模块中，通过法向距离分析，可分析出点云与零件重构曲面的偏差（如图8所示），结果显示误差控制在±

0.5mm之内。观察发现极值点仅出现在开口部，而保证整车装配精度的型面与翻边部位误差都在±0.1mm内。考虑到开口是因修边再翻边的变形，这样的精度还可满足要求。2.5.2曲面质量分析曲面质量对轿车的外覆盖件尤其重要，表面上微小的缺陷都会在喷漆之后引起光的漫反射，从而有损外观。通过斑马线分析功能、曲面断面线分析功能、几何连接性分析功能可以分析曲面的质量。图9为斑马线分析的结果。

3逆向开发中注意的问题3.1误差问题对于车身覆盖件，考虑到在冲压后的回弹以及拆卸时的变形，在曲面重建时应从整车装配工艺出发，在保证曲面质量的前提下，要充分考虑零件之间的配411

现代制造工程2006年第1期设备设计/诊断维修/再制造合面问题，确保间隙和段差在合理公差允许的范围内，并且均匀一致。如果只追求完全忠实于零件，零件的制造误差和缺陷会不断带到建模中，从而导致逆向零件装配的不良。3.2曲面重构问题对于零件细小的结构可稍后考虑，先构建较大的面。大面可以分块，面与面之间可以用blend或者QSR模块中的powerfit方式连接。对曲率变化较小或者变化均匀的曲面，可将它当作一张曲面来构建。对于曲率变化不是很大的地方，直接由特征线建面（如用拉伸、扫掠和放样等功能）的精度比用powerfit更高。4结语基于CATIA的逆向建模技术已开始应用到新产品的开发、旧零件的还原和产品的检测中，它不仅还原实物原型，而且还能在此基础上进行设计修改，制造出新产品。

参考文献：［1］冯祖军，朱冒冒，等.复杂曲面数字化检测方法的研

究［J］.机械与电子，2004（12）：42-45.

［2］熊仆，丁全.CATIAV5软件在汽车零部件强度设计上的应用［J］.CAD/CAM与制造业信息化，2004（11）：47-48.

作者简介：王永辉，硕士研究生，工程师。研究领域：CAD应用及管理。收稿日期：2005-08-08

（上接第98页）软件编程上采用LabVIEW和VC++在Win98上开发。LabVIEW使用的都是测试工程师们熟悉的术语和图标，如各种旋钮、开关、波形图等界面非常直观形象，里面包含丰富的函数库和子程序库，它又是一个功能强大的集成开发环境，同时提供大量的连接机制、共享库、OLE等途径实现与外部程序代码或软件系统的连接，利用这些众多的优点，用户可以快速建立起自己的采集控制系统［3］，但在系统中，从采集的数据到输出的控制信号之间需要经过大量和复杂的数学计算，如果这时再用LabVIEW本身的图形语言—G语言来编写计算程序，往往过多的连线方式会使人眼花缭乱，而且不利于修改和改进，采用VC++这种文字编程方式可使程序显得更简洁、高效，使程序执行效率有较大的提高。VC++具有强大的类库和组件开发导向，对组件开发具有良好的支持。因此笔者在测控系统开发中，用VC++开发软件主干程序、负载系统软件各方面的调度、管理，采用LabVIEW开发具体的测控功能，以具有不同功能的DLL形式组成功能模块库，集成到主干程序中实现各种不同的测控功能，采用内存映射实现程序间通讯和数据传输［4］。3结语我校先后为国内多家离台器公司进行离台器从动盘的耐久试验机、扭转刚度测量试验机、拖曳分离特性和轴向压缩特性测量机的研制，均应用虚拟仪器技术构建自动测试系统，可以在微机上完成位移、转角、扭矩等物理量的测试。系统运用VC++和LabVIEW结合进行测控系统开发的方法，充分利用两种开发工具各自的优点，降低测试成本，提高测试效率和测试精度，增强系统的灵活性，方便工程测试试验。

参考文献：［1］陈家瑞.汽车构造［M］.北京：机械工业出版社，2001.

［2］杨乐平，李海涛，肖凯，等.虚拟仪器技术概论［M］.北京：电子工业出版社，2003.

［3］杨乐平.LabVIEW程序设计与应用［M］.北京：电子工业出版社，2001.

［4］［美］DavidJKruglinski.VisualC++技术内幕［M］.北京：清华大学出版社，1999.