摘 要：針對飛機三通導管零件工裝型胎的磨損，通過采集現(xiàn)有三通導管零件或其工裝的點云數(shù)據(jù)，利用CATIA模塊逆向建模，實現(xiàn)零件或原有工裝的數(shù)字化。這一過程，順應了當今飛機設計制造技術的發(fā)展，使傳統(tǒng)的模擬量傳遞方法開始向現(xiàn)代的數(shù)字量傳遞方法轉變，既保留了傳統(tǒng)互換協(xié)調(diào)的原始依據(jù)，又為今后的數(shù)字化制造、數(shù)字化協(xié)調(diào)提供了電子數(shù)據(jù)。

關鍵詞：CATIA；數(shù)字化；三通導管零件；逆向；建模

1 背景

在當前三維數(shù)字化技術的沖擊下，傳統(tǒng)的模擬量傳遞方法開始向現(xiàn)代的數(shù)字量傳遞方法轉變，以工裝為加工制造依據(jù)的零件，需要在保證原始依據(jù)不變的情況下，逐步形成其電子數(shù)據(jù)。因此，使用三維掃描儀器采集零件工裝的表面點云數(shù)據(jù)，利用CATIA逆向模塊建立零件數(shù)模，從而形成了零件的電子數(shù)據(jù)，應用于數(shù)字化條件下的工裝制造和零件生產(chǎn)。

在逆向建模中，三通導管類零件的結構較為復雜，多數(shù)情況下不是單曲率曲面，而是雙曲率曲面，而且三通接頭處的曲面形成有一定的困難。在目前常規(guī)加工多采用打實樣進行生產(chǎn)，有的工藝采用打半個實樣之后焊接的方式形成。不僅手工工藝繁雜，成形困難，而且生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)成本高。通過逆向建模，實現(xiàn)三通導管類零件及工裝型胎數(shù)字化，進行數(shù)控加工生產(chǎn)，提高加工效率，縮短生產(chǎn)周期。下面就以三通導管類零件為例，描述其逆向建模的要點。

2 逆向建模過程

三通導管類零件逆向建模步驟分為：掃描及點云數(shù)據(jù)的導入、處理；基于CATIA實體模型的構建；曲面誤差分析及檢測。以圖1為例來說明。

2.1 掃描及點云數(shù)據(jù)的導入、處理

2.1.1 掃描

三通導管零件主要掃描的是其配套型胎，采用激光掃描儀進行三維數(shù)據(jù)采集，然后形成iges、cgo等點云格式的文件（見圖2）。

2.1.2 點云數(shù)據(jù)的導入

Iges格式的文件可以直接將其拖拽到CATIA界面就可打開，也可以利用CLOUD IMPORT導入。

圖1 三通導管零件 圖2 點云數(shù)據(jù)

2.1.3 點云數(shù)據(jù)的處理

當點云數(shù)據(jù)導入到CATIA后，需要對點云進行處理。如果點云數(shù)據(jù)量太大，為減小數(shù)模體積，應對點云進行篩選，降低點云的密度。同時，過濾或去除一些多余元素或者偏差較大元素，可以減小點云曲率突變的概率。

通過分析零件的點云數(shù)據(jù)，大致可斷定零件的外形趨勢。根據(jù)外形趨勢，應將點云數(shù)據(jù)分割成特征單一、互不重疊的區(qū)域，使每一區(qū)域點云都能用一個數(shù)學函數(shù)來描述。通?？捎脭?shù)學函數(shù)描述的曲面類型有解析曲面和自由曲面兩種，解析曲面包括平面、圓錐面、圓柱面、球面等，掃描儀采集后直接形成的曲面通常是不規(guī)則自由曲面，對自由曲面分塊的原則是區(qū)域內(nèi)點云曲率沒有突變，或者是曲率雖有變化，但是沿某一方向上的變化情況一致。點云數(shù)據(jù)分割的關鍵是找到塊的邊界，分塊時還應注意塊的數(shù)量應盡可能較少，以減少曲面拼接帶來的困難。

三通導管零件通常分割成單一圓柱面或單一圓錐面，如圖3所示。

2.2 基于CATIA實體模型的構建

2.2.1 導管零件中心線擬合

中心線是重新設計各個截面的參考元素，作為設計曲面時的引導線。擬合的中心線越接近于真實，越能形成特征近似的截面線，也就能更好的進行曲面操作。

針對三通導管零件可將每一塊的點云數(shù)據(jù)分別做出各自的中心線（見圖5）。

2.2.2 曲線的形成、光順與修正

曲線是曲面構建的基礎，也是關鍵的一步。以各自的中心線為引導線，運用CATIA截面線創(chuàng)建命令，選定合適的間距，可以得到一系列特征接近的截面線。直接利用這些曲線進行曲面設計，單曲率的情況下可能會形成一個粗糙的曲面，但是大多數(shù)情況下為雙曲率的情況，這樣就較難生成曲面，甚至不能生成。這是因為曲線不是嚴格規(guī)范的曲線，為了得到較高質量的曲面，需要對曲線進行光順和修正。

對于所有曲線，應先將它們用同一個平面切斷成兩段曲線，進行光順，消除曲線上的節(jié)點，同時使所有曲線的起始點和終止點保持在同一平面上。對于曲率有突變的區(qū)域，可將突變部分剪掉，用樣條曲線補齊的方法進行修正。對于三通導管相貫的區(qū)域，是點云數(shù)據(jù)缺失區(qū)域，為了使曲面光滑，先用樣條曲線將其補齊成封閉光滑曲線，然后再形成多截面曲面。（見圖4）。

圖4 樣條曲線缺失處的補齊

2.2.3 曲面構建

選擇合理的曲面造型技術進行擬合，生成若干個封閉、光滑的曲面，再將各塊曲面通過拼接、延伸、過渡、裁剪、光順等技術處理，最終獲得實體表面形狀、尺寸精度范圍內(nèi)的曲面模型。曲面模型必須保證單張曲面的性能和各個連接曲面之間光滑、平順、封閉和連續(xù)，這樣才能保證曲面模型的整體性能。

為了避免接合后的曲面出現(xiàn)不封閉的現(xiàn)象，曲面與相鄰曲面的拼接必須采用同一條曲線。三通接頭的過渡處是一個特殊的地方，可以將相貫的兩個曲面分別延伸，采用倒圓角的方式，以合適的倒角進行倒圓，形成規(guī)則的相貫通曲面。

通常情況下，掃描工裝的點云數(shù)據(jù)要比實體零件稍大一點，從點云數(shù)據(jù)的斷開處可以近似擬合出一個平面，用此平面裁剪曲面，形成零件的終止端面。或者通過拾取點云邊界點，形成一條影線，得到零件的邊緣線，用它分割曲面即可。

圖5 中心線、截面線及曲面的構建

2.2.4 形成實體

根據(jù)掃描對象類型，用構建好的曲面加厚形成實體。由于三通導管零件掃描的是工裝型胎，需要考慮零件內(nèi)表面貼合在工裝型胎上，由此將曲面向外偏移加厚（如圖1所示）。

2.3 曲面誤差分析及檢測

工裝模具作為現(xiàn)代工業(yè)不可缺少的工藝裝備，在使用過程中發(fā)生自然磨損，對于進口模具經(jīng)過常年的使用，會出現(xiàn)不同程度的磨損，因此逆向建模產(chǎn)生的誤差之一就是點云數(shù)據(jù)采集時的誤差，實體模型構建過程中，光順和修正曲線時也會造成曲面與點云數(shù)據(jù)之間的差異。

針對不同的零件，工藝性要求根據(jù)生產(chǎn)需要而定。工藝性一方面要求曲面質量，達到平滑程度和連續(xù)性，另一方面要求符合點云數(shù)據(jù)。如果一個曲面與點云數(shù)據(jù)完全吻合，該曲面必然會有很多波動。在大多數(shù)情況下，只要誤差沒有超過允許范圍，可以側重要求高質量的曲面。此外，在小批量生產(chǎn)初期，還需要經(jīng)過首件驗證，在實際生產(chǎn)中得到認可。

一般情況下，三通導管零件表面與點云偏差應在0.5mm以內(nèi)（見圖6），具體可根據(jù)生產(chǎn)需要確定。通過偏差分析，生成曲面與點云偏差在0.5mm以內(nèi)的比例占95%以上，精確度較高，滿足生產(chǎn)要求。

3 結束語

總的看來，逆向建模是一種快速開發(fā)產(chǎn)品數(shù)字化的重要技術手段，它為制造業(yè)提供了一個全新、高效的重構手段，實現(xiàn)了從實際物體到幾何建模的直接轉換。逆向建模根據(jù)已存在的零件或其工裝型胎設計數(shù)模，由此形成零件或其工裝的電子數(shù)據(jù)，在此基礎上可以實現(xiàn)零件的改進、互換協(xié)調(diào)、工裝修復、型胎復制等。同時，逆向建模應用到飛機設計制造技術領域，有效地保留了飛機零件原有的制造依據(jù)，大力地促進了從模擬量傳遞到數(shù)字量傳遞的發(fā)展，具有推廣應用價值。

參考文獻

[1]范玉青.現(xiàn)代飛機制造技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2001.

[2]金濤，童水光.逆向工程技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003.

[3]尤春風，CATIA V5高級應用[M].北京：清華大學出版社，2006.

[4]中航工業(yè)沈飛制造工程部.工藝員手冊第二分冊模線樣板及制造數(shù)據(jù)設計管理[K].沈陽飛機工業(yè)（集團）有限責任.公司內(nèi)部資料，2009.

作者簡介：李彥（1975-），女，漢族，1998年畢業(yè)于大連工業(yè)大學，工程師，主要從事工藝裝備與生產(chǎn)準備、數(shù)字制造技術等方面工作。

摘 要：針對飛機三通導管零件工裝型胎的磨損，通過采集現(xiàn)有三通導管零件或其工裝的點云數(shù)據(jù)，利用CATIA模塊逆向建模，實現(xiàn)零件或原有工裝的數(shù)字化。這一過程，順應了當今飛機設計制造技術的發(fā)展，使傳統(tǒng)的模擬量傳遞方法開始向現(xiàn)代的數(shù)字量傳遞方法轉變，既保留了傳統(tǒng)互換協(xié)調(diào)的原始依據(jù)，又為今后的數(shù)字化制造、數(shù)字化協(xié)調(diào)提供了電子數(shù)據(jù)。

關鍵詞：CATIA；數(shù)字化；三通導管零件；逆向；建模

1 背景

在當前三維數(shù)字化技術的沖擊下，傳統(tǒng)的模擬量傳遞方法開始向現(xiàn)代的數(shù)字量傳遞方法轉變，以工裝為加工制造依據(jù)的零件，需要在保證原始依據(jù)不變的情況下，逐步形成其電子數(shù)據(jù)。因此，使用三維掃描儀器采集零件工裝的表面點云數(shù)據(jù)，利用CATIA逆向模塊建立零件數(shù)模，從而形成了零件的電子數(shù)據(jù)，應用于數(shù)字化條件下的工裝制造和零件生產(chǎn)。

在逆向建模中，三通導管類零件的結構較為復雜，多數(shù)情況下不是單曲率曲面，而是雙曲率曲面，而且三通接頭處的曲面形成有一定的困難。在目前常規(guī)加工多采用打實樣進行生產(chǎn)，有的工藝采用打半個實樣之后焊接的方式形成。不僅手工工藝繁雜，成形困難，而且生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)成本高。通過逆向建模，實現(xiàn)三通導管類零件及工裝型胎數(shù)字化，進行數(shù)控加工生產(chǎn)，提高加工效率，縮短生產(chǎn)周期。下面就以三通導管類零件為例，描述其逆向建模的要點。

2 逆向建模過程

三通導管類零件逆向建模步驟分為：掃描及點云數(shù)據(jù)的導入、處理；基于CATIA實體模型的構建；曲面誤差分析及檢測。以圖1為例來說明。

2.1 掃描及點云數(shù)據(jù)的導入、處理

2.1.1 掃描

三通導管零件主要掃描的是其配套型胎，采用激光掃描儀進行三維數(shù)據(jù)采集，然后形成iges、cgo等點云格式的文件（見圖2）。

2.1.2 點云數(shù)據(jù)的導入

Iges格式的文件可以直接將其拖拽到CATIA界面就可打開，也可以利用CLOUD IMPORT導入。

圖1 三通導管零件 圖2 點云數(shù)據(jù)

2.1.3 點云數(shù)據(jù)的處理

當點云數(shù)據(jù)導入到CATIA后，需要對點云進行處理。如果點云數(shù)據(jù)量太大，為減小數(shù)模體積，應對點云進行篩選，降低點云的密度。同時，過濾或去除一些多余元素或者偏差較大元素，可以減小點云曲率突變的概率。

通過分析零件的點云數(shù)據(jù)，大致可斷定零件的外形趨勢。根據(jù)外形趨勢，應將點云數(shù)據(jù)分割成特征單一、互不重疊的區(qū)域，使每一區(qū)域點云都能用一個數(shù)學函數(shù)來描述。通常可用數(shù)學函數(shù)描述的曲面類型有解析曲面和自由曲面兩種，解析曲面包括平面、圓錐面、圓柱面、球面等，掃描儀采集后直接形成的曲面通常是不規(guī)則自由曲面，對自由曲面分塊的原則是區(qū)域內(nèi)點云曲率沒有突變，或者是曲率雖有變化，但是沿某一方向上的變化情況一致。點云數(shù)據(jù)分割的關鍵是找到塊的邊界，分塊時還應注意塊的數(shù)量應盡可能較少，以減少曲面拼接帶來的困難。

三通導管零件通常分割成單一圓柱面或單一圓錐面，如圖3所示。

2.2 基于CATIA實體模型的構建

2.2.1 導管零件中心線擬合

中心線是重新設計各個截面的參考元素，作為設計曲面時的引導線。擬合的中心線越接近于真實，越能形成特征近似的截面線，也就能更好的進行曲面操作。

針對三通導管零件可將每一塊的點云數(shù)據(jù)分別做出各自的中心線（見圖5）。

2.2.2 曲線的形成、光順與修正

曲線是曲面構建的基礎，也是關鍵的一步。以各自的中心線為引導線，運用CATIA截面線創(chuàng)建命令，選定合適的間距，可以得到一系列特征接近的截面線。直接利用這些曲線進行曲面設計，單曲率的情況下可能會形成一個粗糙的曲面，但是大多數(shù)情況下為雙曲率的情況，這樣就較難生成曲面，甚至不能生成。這是因為曲線不是嚴格規(guī)范的曲線，為了得到較高質量的曲面，需要對曲線進行光順和修正。

對于所有曲線，應先將它們用同一個平面切斷成兩段曲線，進行光順，消除曲線上的節(jié)點，同時使所有曲線的起始點和終止點保持在同一平面上。對于曲率有突變的區(qū)域，可將突變部分剪掉，用樣條曲線補齊的方法進行修正。對于三通導管相貫的區(qū)域，是點云數(shù)據(jù)缺失區(qū)域，為了使曲面光滑，先用樣條曲線將其補齊成封閉光滑曲線，然后再形成多截面曲面。（見圖4）。

圖4 樣條曲線缺失處的補齊

2.2.3 曲面構建

選擇合理的曲面造型技術進行擬合，生成若干個封閉、光滑的曲面，再將各塊曲面通過拼接、延伸、過渡、裁剪、光順等技術處理，最終獲得實體表面形狀、尺寸精度范圍內(nèi)的曲面模型。曲面模型必須保證單張曲面的性能和各個連接曲面之間光滑、平順、封閉和連續(xù)，這樣才能保證曲面模型的整體性能。

為了避免接合后的曲面出現(xiàn)不封閉的現(xiàn)象，曲面與相鄰曲面的拼接必須采用同一條曲線。三通接頭的過渡處是一個特殊的地方，可以將相貫的兩個曲面分別延伸，采用倒圓角的方式，以合適的倒角進行倒圓，形成規(guī)則的相貫通曲面。

通常情況下，掃描工裝的點云數(shù)據(jù)要比實體零件稍大一點，從點云數(shù)據(jù)的斷開處可以近似擬合出一個平面，用此平面裁剪曲面，形成零件的終止端面。或者通過拾取點云邊界點，形成一條影線，得到零件的邊緣線，用它分割曲面即可。

圖5 中心線、截面線及曲面的構建

2.2.4 形成實體

根據(jù)掃描對象類型，用構建好的曲面加厚形成實體。由于三通導管零件掃描的是工裝型胎，需要考慮零件內(nèi)表面貼合在工裝型胎上，由此將曲面向外偏移加厚（如圖1所示）。

2.3 曲面誤差分析及檢測

工裝模具作為現(xiàn)代工業(yè)不可缺少的工藝裝備，在使用過程中發(fā)生自然磨損，對于進口模具經(jīng)過常年的使用，會出現(xiàn)不同程度的磨損，因此逆向建模產(chǎn)生的誤差之一就是點云數(shù)據(jù)采集時的誤差，實體模型構建過程中，光順和修正曲線時也會造成曲面與點云數(shù)據(jù)之間的差異。

針對不同的零件，工藝性要求根據(jù)生產(chǎn)需要而定。工藝性一方面要求曲面質量，達到平滑程度和連續(xù)性，另一方面要求符合點云數(shù)據(jù)。如果一個曲面與點云數(shù)據(jù)完全吻合，該曲面必然會有很多波動。在大多數(shù)情況下，只要誤差沒有超過允許范圍，可以側重要求高質量的曲面。此外，在小批量生產(chǎn)初期，還需要經(jīng)過首件驗證，在實際生產(chǎn)中得到認可。

一般情況下，三通導管零件表面與點云偏差應在0.5mm以內(nèi)（見圖6），具體可根據(jù)生產(chǎn)需要確定。通過偏差分析，生成曲面與點云偏差在0.5mm以內(nèi)的比例占95%以上，精確度較高，滿足生產(chǎn)要求。

3 結束語

總的看來，逆向建模是一種快速開發(fā)產(chǎn)品數(shù)字化的重要技術手段，它為制造業(yè)提供了一個全新、高效的重構手段，實現(xiàn)了從實際物體到幾何建模的直接轉換。逆向建模根據(jù)已存在的零件或其工裝型胎設計數(shù)模，由此形成零件或其工裝的電子數(shù)據(jù)，在此基礎上可以實現(xiàn)零件的改進、互換協(xié)調(diào)、工裝修復、型胎復制等。同時，逆向建模應用到飛機設計制造技術領域，有效地保留了飛機零件原有的制造依據(jù)，大力地促進了從模擬量傳遞到數(shù)字量傳遞的發(fā)展，具有推廣應用價值。

參考文獻

[1]范玉青.現(xiàn)代飛機制造技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2001.

[2]金濤，童水光.逆向工程技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003.

[3]尤春風，CATIA V5高級應用[M].北京：清華大學出版社，2006.

[4]中航工業(yè)沈飛制造工程部.工藝員手冊第二分冊模線樣板及制造數(shù)據(jù)設計管理[K].沈陽飛機工業(yè)（集團）有限責任.公司內(nèi)部資料，2009.

作者簡介：李彥（1975-），女，漢族，1998年畢業(yè)于大連工業(yè)大學，工程師，主要從事工藝裝備與生產(chǎn)準備、數(shù)字制造技術等方面工作。

摘 要：針對飛機三通導管零件工裝型胎的磨損，通過采集現(xiàn)有三通導管零件或其工裝的點云數(shù)據(jù)，利用CATIA模塊逆向建模，實現(xiàn)零件或原有工裝的數(shù)字化。這一過程，順應了當今飛機設計制造技術的發(fā)展，使傳統(tǒng)的模擬量傳遞方法開始向現(xiàn)代的數(shù)字量傳遞方法轉變，既保留了傳統(tǒng)互換協(xié)調(diào)的原始依據(jù)，又為今后的數(shù)字化制造、數(shù)字化協(xié)調(diào)提供了電子數(shù)據(jù)。

關鍵詞：CATIA；數(shù)字化；三通導管零件；逆向；建模

1 背景

在當前三維數(shù)字化技術的沖擊下，傳統(tǒng)的模擬量傳遞方法開始向現(xiàn)代的數(shù)字量傳遞方法轉變，以工裝為加工制造依據(jù)的零件，需要在保證原始依據(jù)不變的情況下，逐步形成其電子數(shù)據(jù)。因此，使用三維掃描儀器采集零件工裝的表面點云數(shù)據(jù)，利用CATIA逆向模塊建立零件數(shù)模，從而形成了零件的電子數(shù)據(jù)，應用于數(shù)字化條件下的工裝制造和零件生產(chǎn)。

在逆向建模中，三通導管類零件的結構較為復雜，多數(shù)情況下不是單曲率曲面，而是雙曲率曲面，而且三通接頭處的曲面形成有一定的困難。在目前常規(guī)加工多采用打實樣進行生產(chǎn)，有的工藝采用打半個實樣之后焊接的方式形成。不僅手工工藝繁雜，成形困難，而且生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)成本高。通過逆向建模，實現(xiàn)三通導管類零件及工裝型胎數(shù)字化，進行數(shù)控加工生產(chǎn)，提高加工效率，縮短生產(chǎn)周期。下面就以三通導管類零件為例，描述其逆向建模的要點。

2 逆向建模過程

三通導管類零件逆向建模步驟分為：掃描及點云數(shù)據(jù)的導入、處理；基于CATIA實體模型的構建；曲面誤差分析及檢測。以圖1為例來說明。

2.1 掃描及點云數(shù)據(jù)的導入、處理

2.1.1 掃描

三通導管零件主要掃描的是其配套型胎，采用激光掃描儀進行三維數(shù)據(jù)采集，然后形成iges、cgo等點云格式的文件（見圖2）。

2.1.2 點云數(shù)據(jù)的導入

Iges格式的文件可以直接將其拖拽到CATIA界面就可打開，也可以利用CLOUD IMPORT導入。

圖1 三通導管零件 圖2 點云數(shù)據(jù)

2.1.3 點云數(shù)據(jù)的處理

當點云數(shù)據(jù)導入到CATIA后，需要對點云進行處理。如果點云數(shù)據(jù)量太大，為減小數(shù)模體積，應對點云進行篩選，降低點云的密度。同時，過濾或去除一些多余元素或者偏差較大元素，可以減小點云曲率突變的概率。

通過分析零件的點云數(shù)據(jù)，大致可斷定零件的外形趨勢。根據(jù)外形趨勢，應將點云數(shù)據(jù)分割成特征單一、互不重疊的區(qū)域，使每一區(qū)域點云都能用一個數(shù)學函數(shù)來描述。通?？捎脭?shù)學函數(shù)描述的曲面類型有解析曲面和自由曲面兩種，解析曲面包括平面、圓錐面、圓柱面、球面等，掃描儀采集后直接形成的曲面通常是不規(guī)則自由曲面，對自由曲面分塊的原則是區(qū)域內(nèi)點云曲率沒有突變，或者是曲率雖有變化，但是沿某一方向上的變化情況一致。點云數(shù)據(jù)分割的關鍵是找到塊的邊界，分塊時還應注意塊的數(shù)量應盡可能較少，以減少曲面拼接帶來的困難。

三通導管零件通常分割成單一圓柱面或單一圓錐面，如圖3所示。

2.2 基于CATIA實體模型的構建

2.2.1 導管零件中心線擬合

中心線是重新設計各個截面的參考元素，作為設計曲面時的引導線。擬合的中心線越接近于真實，越能形成特征近似的截面線，也就能更好的進行曲面操作。

針對三通導管零件可將每一塊的點云數(shù)據(jù)分別做出各自的中心線（見圖5）。

2.2.2 曲線的形成、光順與修正

曲線是曲面構建的基礎，也是關鍵的一步。以各自的中心線為引導線，運用CATIA截面線創(chuàng)建命令，選定合適的間距，可以得到一系列特征接近的截面線。直接利用這些曲線進行曲面設計，單曲率的情況下可能會形成一個粗糙的曲面，但是大多數(shù)情況下為雙曲率的情況，這樣就較難生成曲面，甚至不能生成。這是因為曲線不是嚴格規(guī)范的曲線，為了得到較高質量的曲面，需要對曲線進行光順和修正。

對于所有曲線，應先將它們用同一個平面切斷成兩段曲線，進行光順，消除曲線上的節(jié)點，同時使所有曲線的起始點和終止點保持在同一平面上。對于曲率有突變的區(qū)域，可將突變部分剪掉，用樣條曲線補齊的方法進行修正。對于三通導管相貫的區(qū)域，是點云數(shù)據(jù)缺失區(qū)域，為了使曲面光滑，先用樣條曲線將其補齊成封閉光滑曲線，然后再形成多截面曲面。（見圖4）。

圖4 樣條曲線缺失處的補齊

2.2.3 曲面構建

選擇合理的曲面造型技術進行擬合，生成若干個封閉、光滑的曲面，再將各塊曲面通過拼接、延伸、過渡、裁剪、光順等技術處理，最終獲得實體表面形狀、尺寸精度范圍內(nèi)的曲面模型。曲面模型必須保證單張曲面的性能和各個連接曲面之間光滑、平順、封閉和連續(xù)，這樣才能保證曲面模型的整體性能。

為了避免接合后的曲面出現(xiàn)不封閉的現(xiàn)象，曲面與相鄰曲面的拼接必須采用同一條曲線。三通接頭的過渡處是一個特殊的地方，可以將相貫的兩個曲面分別延伸，采用倒圓角的方式，以合適的倒角進行倒圓，形成規(guī)則的相貫通曲面。

通常情況下，掃描工裝的點云數(shù)據(jù)要比實體零件稍大一點，從點云數(shù)據(jù)的斷開處可以近似擬合出一個平面，用此平面裁剪曲面，形成零件的終止端面。或者通過拾取點云邊界點，形成一條影線，得到零件的邊緣線，用它分割曲面即可。

圖5 中心線、截面線及曲面的構建

2.2.4 形成實體

根據(jù)掃描對象類型，用構建好的曲面加厚形成實體。由于三通導管零件掃描的是工裝型胎，需要考慮零件內(nèi)表面貼合在工裝型胎上，由此將曲面向外偏移加厚（如圖1所示）。

2.3 曲面誤差分析及檢測

工裝模具作為現(xiàn)代工業(yè)不可缺少的工藝裝備，在使用過程中發(fā)生自然磨損，對于進口模具經(jīng)過常年的使用，會出現(xiàn)不同程度的磨損，因此逆向建模產(chǎn)生的誤差之一就是點云數(shù)據(jù)采集時的誤差，實體模型構建過程中，光順和修正曲線時也會造成曲面與點云數(shù)據(jù)之間的差異。

針對不同的零件，工藝性要求根據(jù)生產(chǎn)需要而定。工藝性一方面要求曲面質量，達到平滑程度和連續(xù)性，另一方面要求符合點云數(shù)據(jù)。如果一個曲面與點云數(shù)據(jù)完全吻合，該曲面必然會有很多波動。在大多數(shù)情況下，只要誤差沒有超過允許范圍，可以側重要求高質量的曲面。此外，在小批量生產(chǎn)初期，還需要經(jīng)過首件驗證，在實際生產(chǎn)中得到認可。

一般情況下，三通導管零件表面與點云偏差應在0.5mm以內(nèi)（見圖6），具體可根據(jù)生產(chǎn)需要確定。通過偏差分析，生成曲面與點云偏差在0.5mm以內(nèi)的比例占95%以上，精確度較高，滿足生產(chǎn)要求。

3 結束語

總的看來，逆向建模是一種快速開發(fā)產(chǎn)品數(shù)字化的重要技術手段，它為制造業(yè)提供了一個全新、高效的重構手段，實現(xiàn)了從實際物體到幾何建模的直接轉換。逆向建模根據(jù)已存在的零件或其工裝型胎設計數(shù)模，由此形成零件或其工裝的電子數(shù)據(jù)，在此基礎上可以實現(xiàn)零件的改進、互換協(xié)調(diào)、工裝修復、型胎復制等。同時，逆向建模應用到飛機設計制造技術領域，有效地保留了飛機零件原有的制造依據(jù)，大力地促進了從模擬量傳遞到數(shù)字量傳遞的發(fā)展，具有推廣應用價值。

參考文獻

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作者簡介：李彥（1975-），女，漢族，1998年畢業(yè)于大連工業(yè)大學，工程師，主要從事工藝裝備與生產(chǎn)準備、數(shù)字制造技術等方面工作。