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复杂零件逆向设计方法及实验研究

2017/5/15    来源:互联网    作者:王挺      
关键字:点云  逆向建模  Imageware  Geomagic  
文章以某汽车模具的逆向建模过程为例,介绍了复杂模型的三维扫描,+点云数据处理,逆向建模等几个问题。通过对不同软件的应用与结合,得出了几个有实际指导意义的结论。

    一、概述

    随着市场竞争的日趋激烈,要求企业能快速的开发新的产品,才能在激烈的竞争中取得优势。产品的复杂程度也不断增大,尤其具有自由曲面的汽车、飞机、家电、玩具、人体骨骼器官等模型应用越来越广泛。逆向工程(RE)技术是开发这类复杂外形产品和零件的有力工具,可以缩短开发周期和提高产品质量。

    二、扫描过程

    工程实践当中会遇到这样的问题,汽车行业中有很多进口模具没有技术资料,针对这些零件的维护和改进创新就需要得到三维数字模型,这时可以采用逆向工程的方法来重构数字CAD 模型。本文对某轻型卡车后门(如图1)下料模具型面进行了扫描实验,完成了其建模过程。

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    图1 卡车后门(CAD 模型)

    该模型的扫描采用的是FARO(法如)激光三维扫描仪。这种扫描仪测量速率均可达到每秒976,000点;测量范围很大,最长达到了153 米,减少了重新摆放和设置设备的必要性,所以适合于大型物体的扫描。

    三、点云数据处理

    运用第三代扫描仪测量得到的数据量一般都会很庞大,小则十几M,大则几十甚至几百M,体积较大的模型动则得到几百万的数据点。大量的数据会导致许多无效的运算,影响了建模的质量和速度,所以有必要对数据进行精简。数据精简的目的是删除压缩不必要的数据点,保证精度的前提下,删除冗余数据,尽量保证原始数据的形状特征。

    文中运用Geomagic软件对点云数据进行了处理,得到较好的效果。在Geomagic软件当中,可以首先将数据生成三角文件,然后减少三角片的数量,Geomagic会尽量保持模型的细节特征。虽然小部分位置出现的误差有所增大,但模型依然保持原有较好的特征,而且其细节特征部位的三角文件减少的较少。所以,在精简点云数据时可以采用这种方法,也有利于评价精简数据给模型重建带来的误差。

    四、建模过程

    首先确定建模方案,由于汽车覆盖件对曲面质量的要求较高,可以运用Imageware和Catia结合的方法来完成模具型面的重建。按照“从大到小”的顺序来进行,就是先完成主要的大面再完成细节特征。针对零件特征,运用Imageware中拟合必要的曲线,以线为单位分别导出为IGS文件,然后分开导入Catia这样有利于在Catia中做进一步修改。

    进一步分析该模型,体现大面弧度的曲线是拟合的关键。在IMG 软件中对齐点云坐标系,剖断面进行该曲线的拟合,然后输出为IGS 文件。为了得到一个较好的结果,文章沿着截面剖切了多条点云数据,以期能得到平均值。然后将这些点云投影到平行于剖切面的一个平面上,得到几个点云的合集。合并几个数据,删除明显的错点,得到截面点云。

    曲线拟合过程当中,以曲率平滑的段为单位分段拟合,然后再进行曲线裁剪,倒角等操作。拟合完毕一条曲线后,输出为IGS 文件,然后导入正向设计软件进行造型。造型完毕后可以整体评价模型的建模质量,包括曲面质量和相对于点云数据的精度。

    经过后续正向造型软件设计,及后续曲面质量与点云数据的误差分析,得到了较好的CAD 模型,解决了生产当中的实际问题。

    五、结论

    对于复杂零件的自由曲面重构,尤其是多个曲面拼合而成的组合曲面,由于其表面特征识别的难度增大,影响了后续的数据分割和造型处理。目前软件的数据处理技术和造型技术不完整。模型质量的高低仍很大程度上决定于操作者的经验和水平。因此,文章以带有复杂曲面的汽车模具的逆向设计为例,提出的各软件结合的解决方案能最大程度的发挥各种软件的长处,收到了较好的效果,有较高的实际指导价值。

责任编辑:张纯子
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