(毕业论文 页数:11 字数:5044) 摘　要:本文就涡轮反求造型的实例, 采用Surfacer 软件规划出由实物转化为工程CAD 资料的一般流程。在深入分析点云数据的矢量方向基础上, 采用积累弦长参数化方案实现点云的参数化; 根据最小二乘法曲线拟合原理, 修改曲线参数获得高品质曲线; 并重点论述了点云处理、曲线生成、建构曲面的方法, 为模具加工提供了建构高品质CAD 模型的有效途径。
关键词: 逆向工程; Surfacer ; 曲线拟合; 特征建模
Practical research on surfacer in reverse
engineering for dies CAD/ CAM
Abstract
Based on the example of turbine reverse engineering , the general procedure that can be used to translate the physical object into CAD datum by Surfacer software is determined in this paper1 By going deep into the vector of point-cloud , it’s parametrization can be gained by adopting the precept of accumulating chordal parametrization1 According to the principle of const ructing curve using the least square method , the high quality-curve can be gained by modifying curve’s parameter1 This paper also empha2sizes on some methods about processing point-cloud , const ructing curve and const ructing surface1 And it can provide several methods to const ruct high quality2CAD model for mould machining1
Key words : reverse engineering ; surfacer ; curve const ructing ; feature2based model reconst ruction

目录

1 　引　言
2 　Surfacer 软件简介
3 　逆向工程的一个实例
4 　结　语

1 　引　言
逆向工程技术是一门新的技术, 它依托于计算机软硬件、光学测量设备、以及CAD/ CAM 等技术的发展, 已经广泛地应用于航空航天、机械和汽车等制造行业, 有力地促进了经济发展, 加快了产品更新换代的速度。在制造领域内逆向工程有着广泛的应用背景, 尤其是在模具制造行业。一般来说,制造者得到的原始资料为实物零件, 必须利用逆向技术将实物模型转化为CAD 模型, 然后借助CAD/CAM 技术在CAD 模型基础上设计模具, 以缩短模具开发周期, 降低生产成本[1 ] 。逆向工程得到快速发展主要有以下几个原因:
1) 将概念设计的产品(比如油土模型、黏土模型等) 转换成数字化的CAD 资料, 应用于后续加工。
2) 出于产品设计保密或商业策略的考虑下, 厂家或者设计者不提供原始的CAD 资料。
3) 以成品翻制石膏模型来靠模加工, 无原始的CAD 资料, 但是由于后续开发产品的需要, 必须提供CAD 资料。
4) 加快产品的开发时间。设计者通过参考几款成品的设计概念, 比如: 一个产品的特征, 另一个产品的外形, 再利用逆向工程整合开发出一个全新的产品。
根据逆向工程的原理, 对一个实体模型进行反求造型, 程序如图1 所示[2 ] 。本文将利用Surfacer软件对典型曲面—涡轮产品, 进行反求造型来研究逆向工程的数据获取及处理方法。
2 　Surfacer 软件简介
Surfacer 是采用由点到线、线到面流程的专业逆向工程软件, 它采用独一的OEP (One EntityProcessing) 运算, 将一笔包含数以万计的点云视为一个单一元素, 因此能够同时读入多笔大量的点云资料[3 ] ; 它强大的点云编辑工具对于较大数据点云的处理非常方便, 能够对点云进行排序、取样、光顺、三角网格化等多种操作, 同时使用者可以根据点云的曲率、剖面、颜色、边界快速方便地获取特征点云, 便于建构CAD 模型。相对于其他点云处理软件, Surfacer 具有多种点云对齐工具, 利用此工具能够将多次测量的点云拼合在一起, 误差量将达到最小。同时它提供了多种曲线生成、编辑和检测工具, 根据检测出来的点云与曲线的误差以及曲线曲率的连续性, 动态编辑、调整曲线来保证曲线品质。它的曲面工具与曲线工具类似。Surfacer能够读取多种格式的文件, 通过IGES 格式文件与CAD/ CAM 软件交换文档。此软件的功能很强大,用户可以根据经验, 将其作为开发平台, 快速建构高品质的CAD 模 型。
3 　逆向工程的一个实例
3.1.1 　涡轮叶片
涡轮叶片实物如图2 所示, 用一般的测量手段,无法获得工件的连续性形状尺寸, 只有利用精密的测量系统将工件的轮廓三维尺寸测量出来, 然后再以取得的各点数据做曲面处理即反求造型。本文利用柔性三坐标测量系统对涡轮进行测量。
3.1.2 　获取点云
点云的采集可分为接触式的和非接触式的。接触式量测的优点是: 精度高; 快速量测基本几何体,不受量测环境、实体的材质、颜色的影响; 可量测光学仪器无法量测的死角如深沟、小凹槽、倒勾等区域。其缺点是: 速度较慢; 必须使用特殊的夹具,提高了测量成本; 需要经常校正测头等。非接触式量测的优点是: 量测速度快; 可以量测物件上大部分的特征; 无需测头补正; 可量测接触式无法测量的物体, 例如软质物件、塑料薄件等。其缺点是:量测精度较差; 量测点云质量受外部因素的影响;较难对几何形状做完美的测量, 如薄彀厚肉、凹孔等[4 ] 。为了获得高质量的点云, 本例中交叉使用这两种测量方法对涡轮进行测量。利用接触式测量,能够得到涡轮的大致轮廓点云, 然后利用激光扫描涡轮获得整体外形点云数据。在测量之前首先规划测量方案, 以免获得的点云数据杂乱无序, 不完整。仔细分析涡轮, 可以设定它的中心线为CMM (Co2ordinate Measuring Machine 即坐标测量机) 的Z 方向, 下圆心为CMM 的原点坐标, 如图3 所示, 这样设定方便于坐标定位和后续处理。在本例中由于涡轮的大小叶片都是均匀分布的, 可以只测量一组大小叶片, 节省测量时间, 减少工作量。但为了研究方便, 本文中仍测量整个涡轮。在用非接触式扫描大小叶片时, 可能会形成死角, 因此在固定涡轮时, 必须考虑是否形成死角, 可以经过反复摆放测量位置找到一个最佳的视角。在非接触式测量时尽量选择光线不太亮的地方, 防止产生杂点、跳点。若工件反光严重, 在物件上涂抹显影剂将能获得高质量的点云。