基于CATIA的拖拉機造型曲面光順性分析

李　紅，蘭帥領

基于CATIA的拖拉機造型曲面光順性分析

李紅，蘭帥領

（開封大學 機械與汽車工程學院，河南 開封475004）

曲面光順分析方法是建立在曲面光順準則的基礎上，通過對曲面光順分析方法（曲面曲率法、光照模型法）原理及特點進行了研究，以某型拖拉機輪罩為例，借助曲面的光順分析方法，利用CATIA的自由曲面模塊（Freesty1e）外形分析功能，分析拖拉機造型的曲面光順性并進行評價。最終驗證，曲面的光順分析方法能夠有效對產品曲面光順性進行分析評價。

CATIA；拖拉機；造型曲面；光順性分析

1　曲面光順準則

光順性，在計算機輔助圖形設計中受到普遍應用的重要概念。光順源于實踐，指曲面的光滑性和無波動性。曲面光順準則是曲面光順性分析的重要依據。夏衛群等提出了曲面光順性的判斷準則：通常根據曲面上的關鍵曲線（如矢量方向u、v的參數線，或曲面與平行于坐標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判斷。

2　曲面光順分析方法

在逆向工程中，重構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確判斷形狀是否滿足設計要求。為了能在計算機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，商業化的CAD/CAM集成系統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，通過著色渲染，可以得到有關曲面總體或局部的曲率信息、識別出導致曲面出現波動或凹凸的區域、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性等信息，以此來評估曲面的質量。

（2）基于光照模型的方法。基于光照模型的方法是對車輛工業中采用平行光照射到車身來檢查車身曲面是否光順這一過程的模仿，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用于汽車車身曲面質量檢測。

反射線、高光線、等照度線等曲線的線條的均勻度和連續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，能夠將曲面細微的缺陷放大，直觀地判斷曲面的連續性和凹凸性。

3　實例分析

以東方紅T70系列某款拖拉機輪罩為實例，借助CATIA軟件，綜合運用相關方法，對拖拉機造型曲面的光順性進行分析評價。

（1）曲面的截面線檢查。在曲面創建過程中及完成后，需要檢查曲面的光順度和拼接質量，可用截面曲率分析工具檢查，找出曲面的波動和凹凸區域，及時進行調整。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。輪罩曲面在構建過程中和完成后，需要多次對曲面進行光順性分析。在檢驗曲面質量和形狀控制方面，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量，如圖2所示，高光線在A、B兩處發生了扭曲，表明曲面在這兩處光順性較差。

通過調整曲面，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，輪罩曲面達到光順要求。

圖2　局部發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。通過平行線光源的移動或旋轉，在曲面上生成具有一定寬度的黑白相間的條紋線，整個曲面的光順性和曲面間的連續性就直觀的顯示出來。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。把曲面置于設定的環境中，參照周圍環境圖像映射在曲面上的成像效果來分析曲面。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，清晰無扭曲，表明曲面光順性較好。

圖4　等照度線分析圖

圖5　環境映射分析圖

4　結語

曲面光順性分析效果直接影響到曲面的構建質量，為了獲取曲面光順性的全面信息，需要綜合各種方法來對曲面進行分析。利用CATIA的自由曲面模塊（Freestyle）外形分析功能，分析拖拉機造型的曲面光順性并進行評價，最終驗證，曲面的光順分析方法能夠有效對產品曲面光順性進行分析評價。

［1］樂斌旺，王磊，刑淵.曲面重構中曲面品質評價方法及應用［J］.機床與液壓，2006，（11）：59-61.

［2］張衛莉，袁清華，黃重國，等.車身曲面造型光順性評價方法的研究與應用［J］.汽車技術，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：車輛現代設計理論與方法。