楊慶波，陳雪元，王達鵬，李井微，王騰飛

(中國第一汽車股份有限公司工程與生產物流部，吉林 長春 130011)

0 引 言

汽車造型設計是汽車開發(fā)流程中的一個重要環(huán)節(jié)，其最終輸出的三維數字模型就是A級曲面，既是汽車造型設計藝術的表達,又是汽車工程開發(fā)的載體。隨著計算機技術和信息技術的快速發(fā)展，對車身的A級曲面的質量要求越來越高。

本文著重介紹汽車C級、B級、A級曲面的質量標準以及基于ThinkDesign進行A級曲面質量檢測的方法。

1 曲面分類及其質量標準

1.1 曲面分類

按照裝配位置來劃分。所有可見的表面按A級曲面考慮。在汽車業(yè)也有這樣一種分類法：車身外表面為A級面，白車身；不顯見表面，比如內飾表面為B級面；不可見表面為C級面；按照曲面本身的質量來劃分。涉及曲面拓撲關系、位置、切線、曲面邊界處的曲率和曲面內部的patch(補丁)結構。比如有一些意見認為“點連續(xù)”的是C級面，切線連續(xù)的是B級面，曲率連續(xù)的是A級面。

1.2 各級質量標準

極少可見區(qū)域或不可見區(qū)域的曲面被稱為C級曲面。C級曲面質量標準：曲面的質量要達到1階或1階以上連續(xù)(X階連續(xù)是指幾何數學的連續(xù)性)，局部極少可見區(qū)域、不可見區(qū)域要達到0階或0階以上連續(xù)，拼接面特征面間拼接處位置偏差小于0.02 mm，角度偏差小于0.2°，局部較難的面特征面間拼接處位置偏差小于0.03 mm，角度偏差小于0.5°，不重要的較小的易成型零件特征面間拼接處位置偏差小于0.05 mm，角度偏差小于1.0°。可以是patch數(修補面、補丁面數量)少于20的多patch面，和高于6階且小于12階的高階曲面，曲面的質量要達到2階連續(xù)或2階以上連續(xù)，局部極少可見區(qū)域達到1階或1階以上連續(xù)。

少可見區(qū)域的曲面或達不到A級要求的較好曲面，稱為B級曲面。B級曲面質量標準：B級曲面中95%大面和明顯區(qū)域特征面間拼接處位置偏差小于0.01 mm，角度偏差小于0.1°，要求1階或1階以上曲率連續(xù)，且應為單片面，u和v方向(u方向為行，v方向為列)控制點不超過6個，過渡區(qū)域不超過8個。每個特征面應曲率較接近并控制點分布在曲面單側。其他個別確難單patch的特征面的patch數在v和u方向都不大于6個，個別確難、使階數不大于6階(階數為控制點數減1)的特征面的最高階數不大于8階。其他不明顯區(qū)域或局部難拼接面特征面間拼接處位置偏差小于0.02 mm，角度偏差小于0.2°，可以是patch數少于10的多patch面，和高于6階小于12階的高階曲面，圓角與圓角之間角度偏差小于0.2°。

高可見區(qū)零件稱為A級曲面。A級曲面質量標準：相鄰兩A級曲面間隙小于0.005 mm，切率改變小于0.16°，曲率改變小于0.005°，且應為單片面，u和v方向(u方向為行，v方向為列)控制點不超過6個，過渡區(qū)域不超過6個。每個特征面應曲率較接近并控制點分布在曲面單側，要求達到2階或2階以上曲率連續(xù)(曲率梳外緣光滑連接)，其他弱反光面，為1階或1階以上曲率連續(xù)。特征面在分快線(分縫線)處在高可見區(qū)要2階及2階曲率以上曲率連續(xù)，少可見區(qū)域、不特別重要的零件分塊處(縫隙處)區(qū)可小區(qū)域1階曲率連續(xù)(因造型因素不連續(xù)也可以例外)。特征性不連續(xù)屬正常造型設計，對于大曲面特征最好采用單一特征曲面，個別必須用兩個特征面拼接的高可見區(qū)大面，要2階或2階以上曲率連續(xù)(曲率梳外緣光滑連接)，以使曲面質量達到較高水平。

表1 曲面階數、連續(xù)級別與曲面質量級別的關系

1.3 A級曲面的特征

A級曲面的特征：所有特征都必須具有可擴展性和可編輯性?？删庉嬓允侵缚梢詫υ撎卣髅孢M行曲率延伸(見圖1)，可擴展性是指可以通過取消修剪看到該特征面的原始面(見圖2)。

圖1 可編輯性

圖2 可擴展性

2 曲面連續(xù)性級別及其基于ThinkDesign曲面的質量檢測方法

2.1 曲面連續(xù)性級別

連續(xù)性的級別：G0-位置連續(xù)；G1-切線連續(xù)；G2-曲率連續(xù)；G3-曲率變化連續(xù)。

G0-位置連續(xù)(見圖3)，也稱點連續(xù)，只是端點重合，而連接處的切線方向和曲率均不一致。這種連續(xù)性的表面看起來會有一個尖銳的接縫，屬于連續(xù)性級別最低的一種。

圖3 G0-位置連續(xù)

G1-切線連續(xù)(見圖4)，不僅在連接處端點重合，而且切線方向一致(可以看到相連的兩條線段梳狀圖在接觸點位置是在一條直線上的)。

圖4 G1-切線連續(xù)

G2-曲率連續(xù)(見圖5)，不僅符合上述兩種連續(xù)性的特征，而且在接點處的曲率也是相同的，這種連續(xù)性的曲面沒有尖銳接縫，也沒有曲率的突變，視覺效果光順流暢，沒有突然中斷的感覺。

圖5 G2-曲率連續(xù)

G3-曲率變化率連續(xù)(見圖6)，這種連續(xù)級別不僅具有上述連續(xù)級別的特征，在接點處曲率的變化率也是連續(xù)的，這使得曲率的變化更加平滑。

圖6 G3-曲率變化連續(xù)

2.2 基于ThinkDesign曲面的質量檢測方法

基于ThinkDesign 軟件進行A級曲面質量檢測的方法有：曲率凸凹檢測、斑馬紋檢測、高斯曲率檢測、面的連續(xù)性檢測、曲率梳檢測。

2.2.1 曲率凹凸檢測

所有特征面盡可能為單凸或者單凹(見圖7)，即整個曲面只有一個曲率，避免A級曲面上某一特征面出現不規(guī)則的急劇變化。如產品造型需要，凸凹性已無法優(yōu)化，需要跟產品部門溝通，得到他們的認可。

圖7 曲率凸凹檢測

2.2.2 斑馬紋檢測

兩個特征面處斑馬紋出現尖角(見圖8)，說明該位置只達到了G1連續(xù)(見圖9)，斑馬紋平滑過渡，說明該位置達到G2連續(xù)。

圖8 斑馬紋出現尖角

圖9 斑馬紋平滑過渡

2.2.3 高斯曲率檢測

高斯曲率是反映特征曲面一個彎曲程度，是通過特征曲面表面的顏色分布和變化來表示該特征面高斯曲率的分布和變化的。顏色的突變就表示高斯曲率的一個突變。如果兩特征面公共邊界上的高斯曲率發(fā)生突變，就說明該位置高斯曲率不連續(xù)(見圖10)，也就是曲率不連續(xù)，說明兩個曲面的連接沒有達到G2連續(xù)。

圖10 高斯曲率出現突變

2.2.4 面的連續(xù)性檢測

該功能主要用來檢測相鄰兩個特征曲面相交邊界的位置度關系。圖11為兩特征面的公共邊界最大曲率差超出標準的情況，需要繼續(xù)優(yōu)化兩個特征面的連續(xù)性。

圖11 兩特征面連續(xù)性檢測

2.2.5 曲率梳檢測

曲率梳檢測：使用截面線曲率來檢測相鄰兩個特征曲面間的連續(xù)性，是根據交接邊界處曲率梳的各種位置連接關系來判斷曲面的連續(xù)性。圖12為曲率梳出現段差的情況，說明特征面連接處達到了切線連續(xù)G1，未到達曲率連續(xù)G2。

圖12 曲率梳檢測

3 結 語

汽車造型設計是汽車開發(fā)流程中的一個重要環(huán)節(jié)，本文詳細介紹了汽車C級、B級、A級曲面的質量標準。結合工作中的實際案例，詳細闡釋了運用ThinkDesign工程技術軟件對A級曲面進行質量檢測的方法。為提高A級曲面的產品質量和新產品開發(fā)效率提供強有力的保障。