逆向设计中CATIA软件的应用实例

　　CATIA是CAD/CAE/CAM一体化软件，广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子电器和消费品行业，它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域。CATIA在造型风格、车身及引擎设计等方面具有独特的长处，为各种车辆的设计和制造提供了端对端的解决方案。

　　CATIA拥有强大的曲面设计模块，如：

　　(1)创成式造型(Generic Shape Design，GSD)：有完整的曲线操作工具和基础的曲面构造工具，除可以完成曲线操作以外，还可以完成拉伸、旋转、扫描、边界填补、桥接、修补碎片、拼接、凸点、裁剪、光顺、投影和高级投影以及倒角等功能，连续性达到G2。

　　(2)自由风格造型(Free Style Surface，FSS)：除包括GSD中的所有功能以外，还可完成如曲面控制点、自由约束边界和去除参数等功能，达到汽车A面标准的曲面桥接、倒角和光顺。

　　(3)数字曲面编辑器(Digitized Shape Editor，DSE)：可根据输入的点云数据进行采样、编辑和裁剪，达到接近产品外形、生成高质量的mesh小三角片体的要求。

　　(4)快速曲面重构(Quick Surface Reconstruction)：根据输入的点云数据或小三角片体，提供各种方式生成曲线，供曲面造型使用。

　　以上这些模块都包括在Shape design & Styling模块中。下面就以汽车后保险杠为例，具体应用CATIA软件完成从点云数据到后保险杠CAD造型的过程。

　　一、点云滤除

　　在逆向工程中，点云数据数量非常庞大，数据之间没有显式的几何拓扑关系，且含有大量无用数据，需进行处理以减少点的数量外，也可以使用删除和滤除的方法去除的多余噪点。后保险杠的点云处理中，竖向的点云由于很不规范，方向变化较大，所以采用手工取点的方式处理，水平的点云则运用了自动滤除的方式。点云处理后的结果如图1所示。

　　二、创建曲线网格

　　根据先生成折线，再生成曲线的原则创建曲线，并藉此建立曲线网格。首先划分出后保险杠的边界曲线，如图2所示。

　　对于经纬线方向的内部曲线，采用自动生成的方法，均匀划分出各条曲线。这样，通过边界曲线和经纬线，就构成了完整的曲线网格，如图3所示。

　　三、曲面拟合

　　根据以上操作获得的曲线网格，用“曲面拟合”命令重建曲面。在建立拟合曲面的过程中，对于边角和曲率变化大的地方，适当采用了如放样、扫掠和桥接曲面等方法来实现曲面的重建。

　　四、曲面对称

　　点云数据是后保险杠的一部分，要得到完整的曲面图，还要利用后保险杠的对称性质，将已经得到的曲面进行对称处理。在点云数据的横向右侧边界处选定中间对称面，如图4所示。对称面要严格保证和点云数据及形成的网格曲面右边界保持垂直，否则在对称连接处将出现错误的折线。

　　以此对称面为准进行对称处理，得到完整的保险杠曲面，如图5所示。

　　五、曲面完成

　　各部分点云分别处理后，整体拼合修饰得到图6所示的最后CAD模型。模型经过工艺修改，利用CATIA自带的编程模块生成走刀加工NC代码文件以后，就可以进行下游的零件加工程序了。

　　六、结束语

　　目前，基于原型或实物的逆向工程，特别是对于没有原始几何信息的零件，因其快捷的开发方式，已经成为完成零件精确几何造型的重要手段。应用CATIA软件提供的逆向工程设计功能，可以大大提高零件的设计和生产效率，降低制造成本。