技术领域

本发明涉及三维模型构建方法，具体涉及一种基于CATIA的静电除尘器三维模型构建方法。

背景技术

静电除尘是利用高压电场产生的静电力，使带电粉尘从气体中分离净化的方法。静电除尘器是具有高效率和低阻力的净化装置，通过建立三维模型有利于对静电除尘器有更加全面和直观的认识，也为除尘仿真分析提供三维模型基础。静电除尘器由于零部件数量多，同一种类型的零件也有不同的规格尺寸，设计人员在设计时因为不同规格的尺寸重复设计，不仅使得设计效率低、周期长，还增加了零件设计制造成本。如何对静电除尘器进行参数化设计，并快速、规范地建立静电除尘器信息模型是参数化建模必须解决的关键问题。

传统的CAD技术采用固定的尺寸值定义几何元素，输入的每一个元素都有确定的位置，如果要进行修改则需要删除原有几何元素并重新绘制。而在设计过程中，多次反复修改是不可避免的，如果反复地重新绘制会极大地影响设计效率。因此在以往的静电除尘器型号研制中，设备装配与建模存在以下问题：

(1)静电除尘设备零部件数量多、过于孤立、分散，未建立方便零部件数据管理的构件族库；

(2)静电除尘设备装配设计、模型建立、优化改进等工作工作量大、效率低、周期长；

(3)未建立可适应性编辑的静电除尘器参数化通用模型。

参数化建模技术可以使得产品设计利用相关参数的修改和使用环境的变化而自动改变，因而可以极大地提高建模的效率。利用CATIA软件可以直接进行三维造型及建模。三维参数化建模技术是一项基础性的工作，比二维参数建模更能体现出产品特征，更适应时代发展需要。运用CATIA软件对静电除尘器进行参数化设计建模，并以之为基础建立了零部件库，将零部件的模型特征与模型的参数相结合，构成了参数化建模方法，它对零部件的各特征进行约束，特征与特征之间进行约束，从而使得零部件的形状、大小尺寸、三维标注、材料等均能随时修改，最终达到修改零部件，完成参数化建模的目的。在参数化设计中，定义几何图形的尺寸大小并约束尺寸关系，简单来说就是改变参数的大小，即可相应地改变零件图形大小。设计者只需将零件的关键尺寸定义为某个参数，通过参数的修改就可以实现对产品几何模型的修改和优化。在产品参数化建模时，先分析零件的造型特征并且提取出模型特征参数，接着就可以定义用户参数和公式，进行参数化建模，最后对模型进行检验。完成已有零件的参数化建模，为数字化的零部件建立模板，最终用户可以方便地进行系列零件的添加、删除和修改等操作。

在CATIA里模板零件是采用零件设计技术和拓扑关系约束建立的三维参数化实体模型；尺寸参数是以表达式的形式出现；参数化模型的尺寸是用对应的变量关系来表示，而不是用确定的数值表示，同时变化一个参数变量值，将自动改变所有与其相关联的尺寸。因此采用参数化模型，通过调整其参数来修改和控制其几何形状，就可以达到生成和编辑一系列零件族的目的，减少零部件的重复设计，缩短模型的整个开发周期，方便零部件数据的管理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，目的在于提供一种基于CATIA的静电除尘器三维模型构建方法，解决现有静电除尘器三维模型构建工作量大、效率低的问题。该方法基于CATIA软件平台参数化设计静电除尘设备零件，并进行三维模型构建，并进行分类汇总形成构件库，在构建静电除尘器三维模型时直接调用构建库中的各个构件，通过外部数据文件实现参数化自动驱动，能够快速调整同类型构件参数生成新的构件，使之符合实际工程情况，减少重复建零件过程，大大提高建模效率。在建模过程中，通过采用CATIA软件对系列化零件进行参数设计，实现了零件族图形快速准确的设计，使工程技术人员只需通过变动某些约束参数，而不必改动零件设计全过程，从而对零件进行更新设计，因此成为零件族设计、零件模型的编辑修改以及进行多种方案优化比较的有效手段。同时对模型构建过程中涉及到的尺寸等参数进行设计，通过共享参数实现信息表达的一致性、规范性，从而为静电除尘器运营和维护提供精确的数据基础。零部件库的建立解决了设计中大量标准件的快速和准确查询与使用，为标准件产品数据的管理提供了一种有效方法，提高了机械设计的效率，缩短了设计周期。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于CATIA的静电除尘器三维模型构建方法，包括如下步骤：

步骤一，构件分类，静电除尘器的构件分为阳极管、阴极线、阴极架、绝缘子、固定板和连接板，并确定各构件的命名编号；

步骤二，构件参数设计，将控制三维模型的几何和非几何属性信息定义成参数；

步骤三，创建参数化构件，基于步骤一、二，按照设计图纸上的方案构建各构件的三维模型，进行参数化构件构建；

(1)根据构件的几何特征创建基于设计图纸的零件特征，通过建立基本轮廓线，创建拉伸凸台、旋转、凹槽特征，同时依照构件参数建立构件实体模型；

(2)建立参数化函数库，将实物特征参数转化为模型特征参数，并定义用户参数和公式，完成参数化函数库的创建，各个公式分别将系统参数与相应的用户参数联系起来，从而达到以用户参数驱动三维参数模型的目的；

步骤四、创建参数表，首先将与模型有关的数据以表格的形式存放在相应的文件中，再利用“设计表”工具将模型的参数与表格中的数据关联起来，在“设计表”工具中通过选择不同的数据就可实现对模型的驱动；

步骤五、建立构件库，对静电除尘器模型中所涉及到的所有构件按照参数、结构，与实际运营维护管理需要相结合，进行分类汇总，建立静电除尘器构件族库，对各种类型的族进行统一管理，并不断进行更新补充；

步骤六、三维模型构建，在不同工程项目中，根据静电除尘器结构形式，将构件库中的构件族载入到项目中，通过修改模型参数后在项目文件中进行排列、组装，形成完整静电除尘器三维模型。

进一步的，所述的步骤一中，根据构件名称在CATIA中用拼音字母命名

进一步的，所述的步骤三的1中，构件参数化建模过程应遵循如下顺序：阳极管—固定板—连接板—阴极线—阴极架—绝缘子。

进一步的，所述的步骤三的1中，构件参数化建模过程中，依据原点和中心参照进行对称定位，按照从下至上、从左至右的建模顺序。

进一步的，所述的步骤四中，图表文件格式可以是文本格式或Excel表格文件。

进一步的，所述的步骤五之前，逐一调试各参数测试构件的行为，检验构件参数是否能够驱动模型的变化。

进一步的，所述的步骤五中，通过选择表格中模型的不同组参数数据，来完成改变模型不同数据外部形状的目的，从而新建得到用户所需的零部件模型，在CATIA装配界面下，从工具菜单中选择Catalog Browser命令，弹出构件库选择框，最后在列表中选择相应零部件，则出现各种标准件库的预览，在进行设计时，根据需要选择相应的型材。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本发明依托三维建模软件CATIA，进行静电除尘器模型的整体、快速、联动的参数调整和布局设计，通过快速参数化设计形成通用的静电除尘器构件库，在构建静电除尘器三维模型时直接调用库中的各个构件，建模速度快；通过动态修改模型参数，快速给模型赋予属性，增加模型的信息量，构建更为精准、全面、系统的信息模型，能有效提高建模与参数设计的效率和精度、减小设计周期和资源耗费。用户仅仅需要修改参数化零件模板的参数值即可实现目标零件的建立。或者只需将零件的关键部分定义为某个参数，通过对参数的修改实现对产品的设计和优化。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

如图1所示，一种基于CATIA的静电除尘器三维模型构建方法，包括如下步骤：

步骤一，构件分类，为保证构件库中模型被唯一识别，须按照不同类型静电除尘器结构对其组成构件进行分类。

为了方便信息储存、检索，根据静电除尘设备信息模型特点，静电除尘器的构件分为阳极管、阴极线、阴极架、绝缘子、固定板和连接板，并确定各构件的命名编号，具体根据构件名称在CATIA中用拼音字母命名。

步骤二，构件参数设计，静电除尘器参数化三维模型设计是对静电除尘器构件进行几何分析，通过模型的几何数值和非几何数值而驱动模型的变化。静电除尘器构件是大量信息的综合体，涉及参数众多，模型中每一个参数都会驱动模型的一个变量，使模型产生变化。

将控制三维模型的几何和非几何属性信息定义成参数，具体如下表，

为了满足参数化设计和运维管理的需要，构件参数不仅包括表示构件形状和外观的几何参数、还包括材质参数和荷载数据。构件参数还可以是几何参数(如长度、角度)、物理参数(如材料、质量、密度)、无量纲参数(如整数)、布尔参数以及字符串参数。

为保证不同参与者对静电除尘器信息模型及其信息的理解和认识一致，所以须对参数进行统一设计，设计参数时必须准确且符合逻辑，不能模棱两可。构件参数的设计包括参数名称和类型的规范化、材质参数以及其他扩展参数取值的统一规定，需对构件参数进行确定和设计。例如静电除尘器阳极管可取为圆式阳极管、蜂窝正六边形式阳极管，其中圆式阳极管参数为名称、长度、直径和材质等；阴极线类型属性可根据实际构造取为圆形线、锯齿型线、芒刺型线、星形线。

步骤三，创建参数化构件，构件的参数化建模即对构件的特性进行提炼并予以数学描述，形成参数化模型，通过改变模型的参数值从而获取形态迥异的构件实例。

基于步骤一、二，按照设计图纸上的方案构建各构件的三维模型，进行参数化构件构建。

(1)根据构件的几何特征创建基于设计图纸的零件特征，通过建立基本轮廓线，创建拉伸凸台、旋转、凹槽特征，同时依照构件参数建立构件实体模型。

为了便于零件间的约束设计，构件参数化建模过程应遵循如下顺序：阳极管—固定板—连接板—阴极线—阴极架—绝缘子。

构件参数化建模过程中，依据原点和中心参照进行对称定位，按照从下至上、从左至右的建模顺序。这样可以方便尺寸的标注和约束，保证实例化构件时，改变构件的尺寸参数后，模型还能在原来的位置。

在尺寸参数设置中，尺寸约束即把设计人员输入的特征参数保存起来，并且在此后的设计中可视化地对它进行修改，从而达到最直接的参数驱动建模的目的。尺寸驱动是参数驱动的基础，尺寸约束是实现尺寸驱动的前提。尺寸约束将形状与尺寸联系起来，通过尺寸约束实现对几何形状的控制。

(2)建立参数化函数库，将实物特征参数转化为模型特征参数，并定义用户参数和公式，完成参数化函数库的创建，定义类别是为了方便建立特征驱动的规则。各个公式分别将系统参数与相应的用户参数联系起来，从而达到以用户参数驱动三维参数模型的目的。

①为了与所提供的参数表中的参数保持一致，因而采用添加自定义的用户参数，用户参数要实现与模型特征的关联，还需将其与建模过程中自动建立的系统参数建立关系。在与模型的系统参数关联后，通过修改用户参数就能够实现对模型的驱动。

②如需实现两参数的关联，可利用公式可以实现各种参数间的联动，添加参数间的各种关系。在用户参数定义后，要实现对模型的驱动，必须将用户参数与系统参数利用公式建立起恰当的关系，通过驱动系统参数间接来驱动模型。因此用户参数与公式是不可分开的，否则便毫无意义。

以阳极管为例，具体过程为：进入零件设计模块；创建基于草图的零件特征，通过建立基本轮廓线，创建拉伸凸台；创建零件的变换特征，依照特征参数建立实体模型，并定义必要的尺寸约束，对设计过程中的尺寸约束为其定义对应的参数变量；确定包含名称、长度、直径和材质这些尺寸作为该零件的参数。利用Formula，将特征参数建成尺寸变量，完成参数化函数库的创建，对阳极管构件的长度、直径尺寸实现参数化，参数以外的其它部分尺寸约束以及参数间的参数公式。

步骤四、创建参数表。

创建参数表，首先将与模型有关的数据以表格的形式存放在相应的文件中，具体如下表所示，表格格式是文本格式或Excel表格文件，再利用“设计表”工具将模型的参数与表格中的数据关联起来，在“设计表”工具中通过选择不同的数据就可实现对模型的驱动。

建表时应注意，各列对应于相应的用户参数，各列的名称应和用户定义的参数名一一对应，以便CATIA辨认。如要得到静电除尘器系列产品的三维模型的不同尺寸，只需改变表格中的不同记录即可。如果有新的静电除尘器参数，则只需在表中各列加入相应的数据即可。

创建Excle格式参数表，将与阳极管有关的参数数据以表格文件的存储形式存放在表格中，并建立表格内存储数据与三维模型相关参数的关联。通过选择表格中模型的不同组参数数据来完成改变模型不同数据外部形状的目的，从而新建得到用户所需的零部件模型。

步骤五、建立构件库。

逐一调试各参数测试构件的行为，检验构件参数是否能够驱动模型的变化。然后对静电除尘器模型中所涉及到的所有构件按照参数、结构，与实际运营维护管理需要相结合，进行分类汇总，建立静电除尘器构件族库，对各种类型的族进行统一管理，并不断进行更新补充。实现在保存在模型构件库中的相关模型和构件能够在实际建模中维持较高的实用性及通用性。

首先，通过选择表格中模型的不同组参数数据来完成改变模型不同数据外部形状的目的，从而新建得到用户所需的零部件模型。在CATIA装配界面下，从工具菜单中选择Catalog Browser命令，弹出构件库选择框，最后在列表中选择相应零部件，则出现各种标准件库的预览，在进行设计时，根据需要选择相应的型材。

具体的，单击CATIA文件菜单，新建一个文件，文件类型选择CatalogDocument。从属性中将CatalogDocumentl.catalog和章节进行重新命名，然后点击“添加零部件系列”按钮，选择文档中选择刚才建立的catpat文件。双击模型树中的部件，导入所需的设计数据，成功建立构件库。

步骤六、三维模型构建。

在不同工程项目中，根据静电除尘器结构形式，将构件库中的构件族载入到项目中，通过修改模型参数后在项目文件中进行排列、组装，形成完整静电除尘器三维模型。

对于不同类型的静电除尘器，可直接调用构件库中的构件模型，修改模型参数后进行统一装配，形成完整的静电除尘器三维模型。静电除尘器结构复杂、构件曲面变化多样，为快速精确地构建静电除尘器三维模型，使用外部Excle参数表数据驱动的方式对构建模型进行实例化。

首先根据设计图纸标注的静电除尘器构件属性信息数据，将静电除尘器构件进行参数设计，用Excel文件进行设计和管理，修改模型参数后，与CATIA设计表关联，得到用户所需的零部件模型。接下来，将构件库中的构件载入到装配设计中，通过修改模型参数后在项目文件中进行排列、组装，形成完整静电除尘器三维模型。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。