基于CATIA的拖拉机造型曲面光顺性分析

李　红，兰帅领

基于CATIA的拖拉机造型曲面光顺性分析

李红，兰帅领

（开封大学 机械与汽车工程学院，河南 开封475004）

曲面光顺分析方法是建立在曲面光顺准则的基础上，通过对曲面光顺分析方法（曲面曲率法、光照模型法）原理及特点进行了研究，以某型拖拉机轮罩为例，借助曲面的光顺分析方法，利用CATIA的自由曲面模块（Freesty1e）外形分析功能，分析拖拉机造型的曲面光顺性并进行评价。最终验证，曲面的光顺分析方法能够有效对产品曲面光顺性进行分析评价。

CATIA；拖拉机；造型曲面；光顺性分析

1　曲面光顺准则

光顺性，在计算机辅助图形设计中受到普遍应用的重要概念。光顺源于实践，指曲面的光滑性和无波动性。曲面光顺准则是曲面光顺性分析的重要依据。夏卫群等提出了曲面光顺性的判断准则：通常根据曲面上的关键曲线（如矢量方向u、v的参数线，或曲面与平行于坐标平面的一系列等间距的平行平面的相交截面线等）是否光顺以及曲面的曲率（主曲率、高斯曲率、平均曲率等）的变化是否均匀等来判断。

2　曲面光顺分析方法

在逆向工程中，重构曲面模型通常是借助图形终端屏幕显示，仅靠显示的曲面模型往往难以准确判断形状是否满足设计要求。为了能在计算机上直观地分析曲面光顺性，建立了一系列的理论和方法，通过观察曲面模型的曲率图、矢量图和反射图等，判断曲面是否光顺。常用的分析方法有基于曲率和基于光照模型的两类。

（1）基于曲率的方法。目前，商业化的CAD/CAM集成系统都具有曲面光顺性分析功能，提供多种分析方法。利用这些分析方法，通过着色渲染，可以得到有关曲面总体或局部的曲率信息、识别出导致曲面出现波动或凹凸的区域、找到曲面曲率的极大值或极小值的分布以及曲面与相邻曲面的连续性等信息，以此来评估曲面的质量。

（2）基于光照模型的方法。基于光照模型的方法是对车辆工业中采用平行光照射到车身来检查车身曲面是否光顺这一过程的模仿，比较直观，主要反映曲面法矢的变化情况，可以从总体上把握曲面的光顺美感、造型风格等信息，其中，基于光照模型的反射线法、高光线法和等照度线都已广泛应用于汽车车身曲面质量检测。

反射线、高光线、等照度线等曲线的线条的均匀度和连续性反映了曲面的光顺性。因此，基于光照模型的曲面光顺性分析方法，能够将曲面细微的缺陷放大，直观地判断曲面的连续性和凹凸性。

3　实例分析

以东方红T70系列某款拖拉机轮罩为实例，借助CATIA软件，综合运用相关方法，对拖拉机造型曲面的光顺性进行分析评价。

（1）曲面的截面线检查。在曲面创建过程中及完成后，需要检查曲面的光顺度和拼接质量，可用截面曲率分析工具检查，找出曲面的波动和凹凸区域，及时进行调整。如图1所示，在轮罩上弧形面截取某一截面线，利用截面曲率分析工具给出其曲率梳。

图1　弧形面截面线图

（2）高光线检查。轮罩曲面在构建过程中和完成后，需要多次对曲面进行光顺性分析。在检验曲面质量和形状控制方面，高光线是目前最有效、操作最直观的方法。用高光线工具分析轮罩整体曲面的质量，如图2所示，高光线在A、B两处发生了扭曲，表明曲面在这两处光顺性较差。

通过调整曲面，再次使用高光线工具检查，效果如图3所示，高光线在A、B处的扭曲得到改善，轮罩曲面达到光顺要求。

图2　局部发生扭曲的高亮线分析图

图3　曲面修整后的高亮线分析图

（3）等照度线检查。等照度线由于显示比较直观，常用于曲面光顺性分析。通过平行线光源的移动或旋转，在曲面上生成具有一定宽度的黑白相间的条纹线，整个曲面的光顺性和曲面间的连续性就直观的显示出来。如图4所示，均匀、合理的等照度线分布，表明曲面整体光顺性好。

另外，环境映射作为辅助工具，也可以用于曲面光顺性分析。把曲面置于设定的环境中，参照周围环境图像映射在曲面上的成像效果来分析曲面。如图5所示，选择CATIA自带图像中海滩图像，把图像映射在轮罩曲面上，清晰无扭曲，表明曲面光顺性较好。

图4　等照度线分析图

图5　环境映射分析图

4　结语

曲面光顺性分析效果直接影响到曲面的构建质量，为了获取曲面光顺性的全面信息，需要综合各种方法来对曲面进行分析。利用CATIA的自由曲面模块（Freestyle）外形分析功能，分析拖拉机造型的曲面光顺性并进行评价，最终验证，曲面的光顺分析方法能够有效对产品曲面光顺性进行分析评价。

［1］乐斌旺，王磊，刑渊.曲面重构中曲面品质评价方法及应用［J］.机床与液压，2006，（11）：59-61.

［2］张卫莉，袁清华，黄重国，等.车身曲面造型光顺性评价方法的研究与应用［J］.汽车技术，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

李红（1979-），男，河南周口人，硕士，主要研究方向：车辆现代设计理论与方法。