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基于逆向工程的破损零件修复模型的建立

2017/7/25    来源:互联网    作者:吴卓  钟元元      
关键字:逆向工程  破损零件  修复  
进行破损零件的修复工作.一般先对破损零件进行整体喷涂,然后根据零件的标准模型对喷涂后的破损零件采用磨削达到修复目的,这样不仅浪费资源,而且修复精度也很难保证。针对这一问题.提出了利用Geomaic Qualify得到的差异图来求取破损零件修复模型和修复机器人加工路径的方法。以达到节省材料和保证修复精度的目的。使用三坐标测量仪获取破损零件的点云数据,在GeomagicStudio中对点云进行处理,重构破损零件的模型。把重构模型和零件的标准模型导入Geomagic Qualify中,经过划分网格、投影、切片,得到了破损零件的修复模型及修复机器人的加工路径,找到利用Geomagic Qualify得到的差异图获取修复轨迹的方法。修复机器人按照加工路径,只对零件破损位置修复。可以节省材料。提高效率,保证精度。

    目前。三维打印技术蓬勃发展,预示了制造业发展的趋势应当是绿色、智能。随着工程技术的进步,机电产品中出现了大量具有复杂型面的零件.这些零件的失效,绝大部分是由于局部磨损、腐蚀引起的。直接更换这些零件,不但费用较高,而且造成了巨大的资源浪费和环境污染。

    要修复破损零件,首先要精确建立修复模型,将逆向工程(Reverse Engineering)引入修复模型的建立和修复过程,会极大提高修复工作的质量和效率。MenqChia-Hsiang研究了以CMM为测量设备来检测三维CAD模型的检测方法。Son Seokbae等人采用激光扫描仪对物体曲面进行检测,该检测过程由硬件与软件部分组成。实现了检测过程自动化。硬件部分除了扫描设备外还有夹具设备。为检测的CAD模型坐标之间建立必要联系;软件部分则为扫描过程生成了比较优化的扫描路径。最后的误差分析是测量点云数据点到CAD模型之间的距离来进行分析的。朱胜采用光切和亚像素级检测相结合的方法,提取激光光条的中心线,对缺损零件进行反求扫描。建立了基于特征点的迭代最近点(Iterative Closest Point,ICP)算法,用于获取零件的再制造模型。尤红丹利用逆向工程方法,重构磨损零件的表面形貌,并与原始设计的CAD模型进行三维比较,获得零件磨损量。蒋翔采用逆向工程技术,获取标准模具和缺陷模具待测部位的点云,然后结合三维图形匹配技术进行点云匹配,通过设定误差阈值实现缺陷的准确定位。方艳等利用基于点特征面积累加的法矢法,识别出缺陷边界点,生成初始缺陷边界.针对初始缺陷边界具有不连续、多分支、锯齿状边界等问题.提出三步优化处理方法,最终得到封闭、高精度的损伤零件缺陷边界。

    在研究工作中,笔者使用三坐标测量仪对破损零件进行点云数据扫描。得到点云数据;然后在GeomagicStudio中对破损零件的点云数据进行处理.构建非均匀有理B样条(NURBS)曲面;最后把构建的NURBS曲面与创建的零件标准模型导入Geomagic Qualify中。利用Geomagic quality对破损零件进行检测,得到修复数据。为后续零件的精密修复提供数据支撑。

    1 破损零件的点云数据获取

    点云数据的获取主要有接触式与非接触式两种。

    采用接触式采集法。测量探头在与被测量物体发生接触时产生一个记录电压信号。通过相应的设备存储发生接触时的电信号数值。在接触式测量法中。三坐标测量仪是一种典型的设备。

    非接触式点云采集法最常见的是通过光信号来对被测物体进行数据采集。采用非接触式测量法在采集点云数据时,测头不与被测物件产生接触。不会对被测物体的形状和位置产生影响,保证了点云数据的精度,为后续点云数据的处理带来了方便。所以非接触式点云采集设备得到了广泛的应用。

    研究工作中使用的是兰州理工大学的ROMER绝对三坐标测量仪,它具有质量轻、精度高、测量灵活等优点。拟修复对象是一个薄覆盖件,它型面复杂,规则型面较少,对研究获取破损零件的修复模型具有通用性。完成点云数据采集后得到的点云数据如图1所示,将采集到的点云数据导入Geomagic Studio中,经过合并对象点,去除非连接项和体外孤点,减少噪声,统一采样,数据封装后得到多边形模型,如图2所示。

    1

    2 NURBS曲面的重构

    在得到了经过预处理的点云数据后.三维模型的曲面重构就成为最重要的步骤,因为曲面重构的质量直接影响到获取修复模型的精度。曲面重构的目的是要精确地还原破损零件的三维曲面.使重构的曲面能够最大程度体现破损零件的曲面特征。

    Geomagic Studio中曲面重构用的是NURBS法.它不但能与描述自由型曲线、曲面的B样条方法统一,又能精确描述二次曲线弧和二次曲面。

    NURBS曲线是用分段有理B样条多项式函数定义的,其表达式为:

    2

    3

    多边形模型经过曲率探测,得到轮廓线,经过编辑后构造出曲面片。调整曲面片的控制点,从而生成了曲面,构造的NURBS曲面如图3所示。

    4

    ▲图3 重构NURBS曲面

责任编辑:张纯子
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