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发电机端盖逆向重构技术研究

2017/9/21    来源:互联网    作者:李卫民  马平平      
关键字:逆向工程  曲面重构  CATIA  点云数据  
通过Handyscan 3D对某进口电机端盖进行了点云数据的获取,将电机端盖实物模型的立体信息转换成了计算机能直接处理的高精度三维数字模型,随后利用点云数据对电机端盖进行了逆向重构,并对逆向重构过程中曲面的重构以及精度控制进行了详细分析。最后得到了精度较高的电机端盖重构模型。逆向工程快速成型技术的应用,可以大幅度削减产品的研发周期,在消化吸收先进技术的基础上,进行产品的改进创新,加快了新产品的研发速率。

    随着人们生活水平的提高,汽车成为普遍的代步工具,发电机作为汽车的丰要供电设备,得到了广泛的研究分析。本文利用逆向工程技术对某进口发电机的电机端盖进行了逆向建模。传统的正向设计方法一般首先是对要设计的目标进行市场调研,提出市场需求,根据功能和需求设计模型,再制造出产品。这种方法设计周期较长,成本较高。逆向工程技术克服了传统设计的不足, 具有设计周期短,成本较低,精度高等特点,近年来在众多领域得到了广泛的应用。由于电机端盖表面不具有简单规则的几何外形,形状较为复杂,由很多无法用二次方程直接描述的不规则的曲面构成。对于这类复杂曲面的重构,点云数据信息的来源必须以高精度的测量设备为前提。这类曲面的复杂程度直接决定了所得点云数据的复杂、散乱程度。在逆向工程中,实测源数据一般具有:海量数据、缺乏拓扑信息、计算量很大、含有噪声等特征。因此,在进行曲面重构之前对点云数据进行简要的预处理是很有必要的。本文以某进口发电机端盖为例,简单介绍了点云数据的获取以及点云数据的预处理,重点探讨了发电机端盖的逆向曲面重构的方法。

    1 点云数据的获取

    对于复杂曲面的重构,点云数据信息的来源必须以高精度的测量设备为前提。本文采用Handyscan 3D来完成对FU机端盖外形点云数据的采集。Handyscan 3D具有精度商,便于携带,适应性好。可有效测挝复杂型面等优点,是目前市场上最精确便携的手持式3D激光扫描仪。该设备能够以较低的消耗成小捉供高艘精准的数据结果,最高精度可达到0.02mm。

    针对电机端盖这类部件,为了让测量过程更流畅,可以借助COMETrotary自动转台对数据采集对象进行自动定位以及多角度测量。此外,还可以在端盖的表面均匀喷上一层显像剂,以提高获取风筒的表面点云数据的速度。数据采集原理主要是利用3D扫描仪发射激光,把光打在工件表面上,被扫描物体表面反射来的光线被接受仪接收,来获得物体表面的点云数据。再将这些密集的点云数据插补成物体精确的表面形状。采用该扫描仪获得的数据不需要进行复杂的数据后处理,经简单的预处理就能够直接使用。手持式扫捕仪能够生成精确、可重复的高消3D数据。通过该手扫描仪获得的电机端盖点云数据如图l所示。

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    图l 点云数据模型

    2 点云数据的预处理

    由于受外界光线和电机端盖表面质量的影响, 用激光扫描仪采集数据时经常会出现一些异常数据(如“坏点”、“跳点”等),影响端盖曲面重构的精确性。为了使后续曲面重构点云数据的精确性得到 保障,需要除去这些异常点,在进行模型的逆向重构前先对扫描所得点云进行预处理。点云的预处理主要包括:去除杂点、点云数据精简、点云数据补缺和点云数据对齐等步骤。进行点云杂点数据的去 除时,通常依据角度和弦高差来判断异常数据的去除效果。空间点云数据采用了八叉树法进行邻 域搜索,网格的划分与曲面复杂度保持一致,利用 非均匀细分的理念进行划分,采用二次曲面拟合的方式来进行点云数据的精简。可应用高斯分布、 平均值和中值滤波等方法进行平滑光顺,点云数 据经过滤波后进行数据精简。由于实际的逆向工程中采集获取的点云数据具有量大、密集等的特点, 故B样条曲面在逆向工程的曲面重构中成为了首选。

    由美国Raindrop公司出品的Geomagic Studio是一款专门的逆向软件,它不仅能够根据扫描物体 得到的点云数据创建出良好的多边形模型或网格模型,并且能将其转换成NURBS曲面。作为自动化逆向工程软件,Geomagic Studio仅能对原始零 部件进行自动重造并且还具有三维检测功能,而且还支持多种扫描仪的文件格式的读取和转换,并可 以输出多种与CAD/CAM/CAE匹配的格式。其人性化的界面设计,也使其操作非常方便。本文通过在 Geomagic Studio中对电机端盖点云数据进行预处 理之后得到的数据模型如图2所示。

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    图2 预处理后的数据模型

责任编辑:张纯子
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