周峰　姜成山

摘 要：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)數(shù)字化的發(fā)展應(yīng)用，逆向數(shù)字建模技術(shù)縮短了汽車產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間周期，提升了開發(fā)效率，應(yīng)對(duì)幾何外形快速修改，為準(zhǔn)確決策提供不可替代的依據(jù)。滿足多樣化、個(gè)性化、系列化等方面的需求。本文基于行業(yè)現(xiàn)狀，闡述了汽車造型研發(fā)流程中的A級(jí)曲面設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)用方法，分析了設(shè)計(jì)與質(zhì)量評(píng)價(jià)的關(guān)鍵內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：點(diǎn)云逆向汽車;數(shù)字建模

1 正向CAS設(shè)計(jì)與逆向Class_A設(shè)計(jì)的區(qū)別

CAS是英文Concept A Surface的縮寫。CAS數(shù)據(jù)是汽車設(shè)計(jì)數(shù)字化工作流程中交付初步造型曲面，屬于A面前一階段任務(wù)。制作CAS前提要求：效果圖、工程可行性分析、造型策略等支持文件。CAS面主要是用于造型研究階段進(jìn)行法規(guī)要求、造型、工程、生產(chǎn)制造的校核，造型開發(fā)過程評(píng)審以及大小比例、全尺寸油泥模型的制作。

A級(jí)曲面逆向設(shè)計(jì)是在點(diǎn)云基礎(chǔ)上對(duì)已有產(chǎn)品進(jìn)行解剖、深化和再創(chuàng)造的過程。Class_A是由CATIA軟件開發(fā)Dassault System公司提出的概念，主要是指車身零部件中對(duì)外觀和形狀要求極高的可見曲面。如車身外部覆蓋件、儀表板和門護(hù)板等零件的表面。

點(diǎn)云是通過3D掃描儀得到的產(chǎn)品外觀表面的點(diǎn)數(shù)據(jù)集合并經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后形成的點(diǎn)狀數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集是數(shù)據(jù)處理、模型重建的基礎(chǔ)。沒有高精度的數(shù)據(jù)采集技術(shù)和設(shè)備就不會(huì)逆向出高水平的模型。點(diǎn)云數(shù)據(jù)的測(cè)量方式主要有接觸式和非接觸式兩種。點(diǎn)云輸出的主要格式有：*.stl、 *.pts、*.asc、*.dat、*.imw、*.xyz

汽車行業(yè)逆向建模應(yīng)用的三維軟件有ALIAS、CATIA、ICEM-Surf等，本文介紹使用Alias軟件進(jìn)行乘用車整車外飾點(diǎn)云逆向設(shè)計(jì)建模和檢查。

2 Class_A逆向設(shè)計(jì)與開發(fā)方法解析

2.1 外飾點(diǎn)云逆向設(shè)計(jì)前，需關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)任務(wù)輸入清單：

2.1.1 點(diǎn)云數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)物模型掃描采集，體現(xiàn)造型設(shè)計(jì)意圖。

2.1.2 細(xì)節(jié)效果圖或照片，對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的補(bǔ)充和細(xì)化。

2.1.3 工程截面輸入與輪胎限制

含整車長寬高、地面線、前＼后懸、軸距、接近＼離去角、前＼后視野線、頭部空間要求。輪胎限制包含輪護(hù)板法規(guī)限制，輪胎包絡(luò)。

2.2 逆向設(shè)計(jì)基本原則

2.2.1 符合法規(guī)

數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)前需輸入產(chǎn)品投放市場(chǎng)國家、區(qū)域，保障設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)符合當(dāng)?shù)胤煞ㄒ?guī)要求。

2.2.2 符合企業(yè)級(jí)A級(jí)曲面質(zhì)量要求

一般汽車生產(chǎn)廠家會(huì)有適應(yīng)于自己體系的生產(chǎn)、制造工藝水平的數(shù)據(jù)輸出精度要求。不同廠家在公差設(shè)定上會(huì)有些許差異，而公差設(shè)定會(huì)帶來數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)工作量的差別。

2.2.3 連續(xù)性要求

連續(xù)性要求是指相鄰曲線或曲面之間的搭接關(guān)系，汽車A面常用的有G0、G1、G2、G3連續(xù)。

2.3 符合一般行業(yè)通用數(shù)字質(zhì)量要求

在汽車行業(yè)數(shù)字化發(fā)展過程中，逐漸形成了汽車Class_A設(shè)計(jì)的一些通用原則：

2.3.1 所有特征都必須具有可擴(kuò)展性和可編輯性

2.3.2 所有特征都必須分解成單凸或單凹特征

2.3.3 所有特征面的光順保證2階導(dǎo)數(shù)以上連續(xù)

2.3.4 所有特征線（面）函數(shù)必須小于6階

2.3.5 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)）

2.3.6 零件邊界線必須光順

2.3.7 不可以用多個(gè)特征斷面，用掃面（sweep）的方法，但可用單特征面（曲率變化不超過2倍）多個(gè)斷面掃面

2.3.8 不可用多個(gè)邊界約束的小面拼接零件

2.4 點(diǎn)云輸入整理與質(zhì)量評(píng)估

點(diǎn)云輸入后根據(jù)需要進(jìn)行稀釋、整理。通過環(huán)境分析和斑馬線檢查點(diǎn)云質(zhì)量，對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的質(zhì)量缺陷，確定修正方案以方便數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)工作有效開展。根據(jù)掃描硬點(diǎn)與設(shè)計(jì)坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)修正，達(dá)成設(shè)計(jì)目標(biāo)。

2.5 設(shè)計(jì)步驟與方法

2.5.1 輪廓特征提取

2.5.1.1 對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)做X、Y、Z方向截面，用于判定建模中曲線和曲面離點(diǎn)云數(shù)據(jù)的偏差距離。

2.5.1.2 使用曲線工具構(gòu)建整車外飾三維輪廓線和內(nèi)部特征線。

2.5.1.3 使用曲面工具構(gòu)建側(cè)窗玻璃大面，對(duì)比玻璃曲面和點(diǎn)云數(shù)據(jù)的截面線、斑馬線。調(diào)節(jié)曲面控制參數(shù)，使玻璃曲面和點(diǎn)云數(shù)據(jù)貼合誤差在±0.5mm以內(nèi)，高光走勢(shì)和寬窄變化和點(diǎn)云一致。

2.5.1.4 擬合Y0曲線構(gòu)建車頂對(duì)稱大面，使頂蓋曲面貼合點(diǎn)云數(shù)據(jù)，保證Y0特征G3連續(xù)，曲面構(gòu)成結(jié)構(gòu)合理，控制點(diǎn)規(guī)律整齊，多個(gè)角度查看斑馬線走勢(shì)是否和點(diǎn)云數(shù)據(jù)一致并光順。

2.5.1.5 根據(jù)輪廓線和特征線進(jìn)行其他區(qū)域零部件曲面構(gòu)建，結(jié)合截面線和斑馬線，批量使用移動(dòng)CV點(diǎn)工具使A柱面貼合點(diǎn)云數(shù)據(jù)，斑馬線和點(diǎn)云數(shù)據(jù)一致并且光順。

2.5.1.6 根據(jù)零部件分件定義進(jìn)行分件設(shè)計(jì)，構(gòu)建翻邊倒角，并調(diào)整DTS定義值。

2.6 設(shè)計(jì)質(zhì)量檢查

2.6.1 檢查標(biāo)準(zhǔn)：

檢查標(biāo)準(zhǔn)涵蓋曲面質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，一般在參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)前提下執(zhí)行主體企業(yè)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。其中典型公差標(biāo)準(zhǔn)為曲面之間的連接至少滿足切向連續(xù)，連續(xù)性要滿足相鄰曲面間之間隙在 0.005mm 以下（有些汽車廠甚至要求到0.001mm），切率改變 在0.16度以下，曲率在0.005度以下，曲率變化率在0.01度以下。

2.6.2 法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)：

必須滿足車型上市所在的國家或地區(qū)法規(guī)要求，含外凸、行人保護(hù)等。

2.6.3 工程檢查（截面、DTS）：

2.6.4 曲面質(zhì)量檢查：

2.6.4.1 數(shù)據(jù)完整度檢查

各零部件總成曲面數(shù)據(jù)完整。在交付前必須做完整性檢查，不能出現(xiàn)重復(fù)、缺面、短邊、未剪切等狀態(tài)。

2.6.4.2 貼合度檢查

2.6.4.3 整車主特征線線性檢查

整車造型風(fēng)格主要由主造型特征線來體現(xiàn)，如腰線、水切線、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋流水線和汽車各部件之間的分縫線等，這些特征線構(gòu)成了整車造型風(fēng)格的主基調(diào)，其它小的造型特征如組合燈、手柄、裝飾亮條、防擦條、門檻護(hù)板等也與這些造型特征相呼應(yīng)，達(dá)到渾然一體的效果。因此，主造型特征線條的品質(zhì)是評(píng)價(jià)整車造型優(yōu)劣的決定性因素，而評(píng)價(jià)主造型特征線條品質(zhì)的主要指標(biāo)就是它的光順性，且其投影在3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)視圖上的控制點(diǎn)必須規(guī)律有序。

3 總結(jié)

汽車A級(jí)曲面逆向設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，要根據(jù)車身的特征對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行細(xì)致的分解，找出合適的光順方法：首先光順基本曲面，在基本曲面的基礎(chǔ)上光順過渡曲面，并將復(fù)雜特征部位曲面補(bǔ)上;然后用邊界裁剪出需要的曲面。對(duì)曲面的評(píng)價(jià)應(yīng)在構(gòu)造曲面的過程中進(jìn)行，這樣可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)曲面的造型問題、光順問題和工藝問題，以便減少設(shè)計(jì)缺陷和制造成本。

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