基于二维数据的逆向建模方法

基于二维数据的逆向建模方法

王帅骁

航空工业沈阳飞机工业（集团）有限公司制造数据中心辽宁沈阳110850

摘要：基于VQC型激光扫描设备，将传统的飞机零件模拟量样板进行扫描，得到二维扫描数据，在CATIA环境下进行零件逆向建模，最终实现零件由模拟量向数字化传递、制造的过程。

关键词：零件样板，二维扫描数据，CATIA，三维数模

1引言

现阶段，老机型飞机零件一直以模拟量样板进行信息传递和加工生产。然而，在现代化高速发展的今天，模拟量飞机零件实体数模的缺失，严重阻碍了数字化设计制造技术在我国航空企业的应用和推广，导致了飞机制造工装需求量大、生产准备周期长、传递测量结果误差偏大、零部件互换协调性差、质量难以保证、成本高、批量生产能力不足等一系列问题，同时也极大地限制了以模拟量传递数据机型的改型升级。

逆向技术的应用，为零件三维数字模型的建立提供了有效途径。采用逆向技术对模拟量机型零件建立数模，不仅可以提高零件的制造效率，也改变了以往模拟量传递制造中过于依赖工人的手艺、误差积累较为严重的问题，并且全面提升了零件制造精度。此外，在数控设备日益推广的今天，零件制造越来越迫切的需要建立各类符合生产要求的数据模型，以实现零件高效、精确的生产。

2VQC型激光扫描设备的数据采集方法

VQC型激光扫描设备可按不同模式对平板型零件或样板进行二维数据采集。二维线条数据转化为可用的dxf格式文件需要进行优化处理，处理方式有三种，分别为标准、精细和超精细，其线条光顺程度依次降低，但与平板件符合程度却依次升高。在实际操作中，优化处理方式应根据具体情况进行合理选择，在保证精度的前提下，要尽可能的光滑平顺，这样有利于后期逆向建模工作的顺利进行。

在样板二维数据获取的操作过程中，扫描设备上不同的参数设置会对获取的二维数据结果产生影响，下面对各影响因素进行分析并提出合理的解决办法：

1)适宜的温度。温度的变化会造成样板的热胀冷缩，从而产生较大的扫描误差，特别是冬天屋内有暖气加热，温度较高，对扫描检测误差影响比较大。解决办法：通过温度计的测量，保证在常温下对样板扫描，这样可以减少由于温度的变化而引起材料热胀冷缩产生的影响。

2）工作台面的清洁。工作台面的整洁与否直接影响到扫描的结果，如果台面存在灰尘、油污等杂质，获得的二维数据内会有相应的点位、线条，不仅需要处理大量噪点，也会直接影响到自动对合的结果。解决办法：通过对技术人员进行培训，认真学习仪器设备的一些理论知识，正确设置扫描仪的参数，定期清洁工作台面，购买台布，同时最好在操作设备的时候戴上白手套，保证台面的干净整洁无油渍。

3）光滑无毛刺的样板轮廓边缘。清洁待扫描样板，去除样板外轮廓和孔的毛刺和杂物，保证待扫描样板的外形准确，这样才能保证得到的边缘线不会出现锯齿状线条。解决办法：对每块需要扫描的样板进行除毛刺处理，保证样板的外形边缘线光滑、无锯齿状波浪线。

3基于样板扫描数据的逆向建模方法

以某机型零件外形样板为例，该样板轮廓清晰，可获得优质的二维数据，但其内部存在数条“角度线”(表示零件两侧弯边的角度)，无法直接通过扫描仪获取到样板上角度线的位置信息。为解决该问题，我们采用的方法是：沿样板上的“角度线”粘贴纸片，使纸片垂直的一边贴合“角度线”；然后，在得出的电子轮廓线条中，提取出每条线段，该线段位置即为样板上角度线所在位置。

将得到的dxf格式的样板轮廓线条导入到CATIA中(图2)。样板外形轮廓即是零件腹板面，以此为基准，并根据每条线段所处的位置以及样板上在该位置所标刻的角度信息，可作出另外一条线段，该线段即为该侧弯边在此点的空间位置。根据这种方法，可依次确定出各个角度线所在点位的弯边空间位置，再利用“多截面曲面”命令，将一侧所有线段扫略成曲面，便可得出该零件在该侧的弯边曲面。

图2CATIA环境下的样板数据图3基于CATIA的零件三维数模

作出零件的腹板面、弯边面的曲面后，再结合图纸中该零件的厚度、弯边高度、切边等尺寸信息，对曲面进行修剪、结合、增厚，最终便可得到该零件的三维数模(图3)。

4结束语

与常用的基于扫描零件实样获得点云数据的逆向建模方法相比，直接将样板外缘轮廓及角度线作为零件实体建模的特征线的方法，无需识别和提取零件结构特征，所以生成零件实体数模的操作过程简单，工作量小。

实现以样板为特征参数的飞机零件逆向建模方法，不仅有利于零件自身构型的改进设计，通过逆向建模数字化制造技术，还可以加快公司全面数字化制造的进程，在质量改进方面也能取得一定的经济效果。