叶片零件的逆向建模与偏差对比分析

第３期(总第２１４期)
２０１９年６月
机械工程与自动化
M E C HA N I C A L ㊀E N G I N E E R I N G㊀&㊀A U T OMA T I O N
N o ．３
J u n ．
文章编号:１６７２Ｇ６４１３(２０１９)０３Ｇ００５２Ｇ０２
叶片零件的逆向建模与偏差对比分析
刘㊀勇,刘存平,郭㊀晟,岳㊀松
(宜宾职业技术学院,四川㊀宜宾㊀６４４０００
)摘要:通过对叶片自由曲面逆向建模特点与特征建模方法的研究,结合逆向设计软件G e o m a g i cD e s i g nX ,提出一种以特征点云提取曲面特征截面线的逆向建模方法.详细介绍了如何利用面片草图功能提取特征截面线,并利用提取的截面线实现零件的逆向建模.最后对所建模型进行了偏差对比分析,结果表明:该建模方法有效可行,可提高曲面的建模精度与光顺度,为复杂曲面类零件的逆向设计提供了一种新的建模方法.关键词:叶片;逆向工程;G e o m a g i cD e s i g nX ;偏差中图分类号:T P ３９１ ７㊀㊀㊀文献标识码:A
四川省教育厅科研项目(
１８Z B ０６７３)收稿日期:２０１８Ｇ１２Ｇ１０;修订日期:２０１９Ｇ０４Ｇ０５
作者简介:刘勇(１９８６Ｇ),男,四川泸县人,副教授,硕士,研究方向为模具C A D /C AM 技术㊁逆向工程技术.
０㊀引言
随着航空㊁船舶等行业对复杂自由曲面设计精度要求的增加,传统的建模已不能满足工业设计的要求,因此
逆向工程应运而生[１]
.逆向工程(R e v e r s eE n g i n e e r i n g
)是再生产设计的产物[２
],即将产品模型转化为数据模型,在
现有产品的基础上对其进行创新和优化.逆向技术是在产品没有原始图样的前提下,通过三维测量设备及C A D
技术获取表面数据及三维数模[
３
].本文选取叶片为研究对象,结合G e o m a g i c D e s i g
nX 软件在逆向设计中的应用,重点介绍如何利用软件的面片草图功能提取特征截面线及以特征点云提取曲面断面轮廓线构建自由曲面的建模方法.
１㊀采集叶片点云数据
点云数据是指在一个三维坐标系统中的一组向量
的集合,点云数据采集是逆向设计的基础[
４
].大多数点云数据是由３D 扫描设备采集的,
这些设备用自动化的方式扫描测量物体表面的点云信息,将物体外形
特征数字化,然后用某种数据格式输出点云数据[
５]
.针对所研究的叶片,对采集的点云数据进行采样㊁删除杂点等处理,获得叶片点云云图如图１所示.２㊀重建叶片三维数模
将叶片点云数据导入G e o m a g i cD e s i g nX 软件,通过重建坐标平面㊁划分领域组㊁面片草图㊁放样等重建叶片三维数模.要求:建模偏差小于ʃ０．０５m m ,特征曲线明确,曲面光顺,符合生产要求.２．１㊀划分领域组
领域组的划分是基于原始点云数据的３D 特征,
根据扫描数据的曲率和特征自动将面片归类为不同的
几何领域.选择 领域 菜单下的 自动分割 命令,将 敏感度 设置为 ５０
, 面片的粗糙度 设置为 平滑 ,最后单击 确定 ,对不能满足后期建模需求的领域组
进行重分块㊁手动分割和合并处理,如图２所示.
图１㊀叶片点云云图图２㊀划分领域组
２．２㊀对齐坐标平面
创建用于建模需求的坐标平面.选择 对齐 菜单下的 手动对齐 命令,移动实体默认选择领域组划分
后的特征模型,选择 下一阶段 ,在 移动 选项中选择
３Ｇ２Ｇ１ ,分别拾取用于创建坐标平面的特征面㊁线㊁点,生成以零件上平面中心为坐标原点的三坐标平面,如图３所示.２．３㊀重建回转体
G e o m a g i cD e s i g
nX 软件的逆向建模可通过面片草图功能自动拾取出模型的特征曲线,从而生成草图创建实体.通过面片草图功能截取柄部轮廓截面线,如图４所示.由截面线绘制草图,使用草图轮廓和回转中心轴回转拉伸创建出柄部特征模型,如图５所示.２．４㊀重建曲面体
叶片的表面是自由曲面,在构建叶片曲面时,既要保证曲面的精度也要保证曲面的光顺度,如直接用面
片拟合曲面,拟合出的曲面会出现扭曲㊁凸起等特征.
本文利用放样向导命令从领域中提取放样对象,向导以智能方式在设定的偏差范围内计算生成多个断面轮廓线,并基于所选数据创建放样路径生成所需曲面.
在 模型 菜单下选择 放样向导 命令, 路径 选择 平
面 , 断面 类型选择 许可偏差 ,偏差值设定为 ０．０５m m ,由断面轮廓线生成曲面,如图６所示.由图６可看出,所生成的断面轮廓线呈均匀排列,保证了曲面偏差精度和光顺度.
图３㊀对齐坐标平面
图４㊀截取柄部轮廓截面线图５㊀回转创建柄部特征模型
图６㊀放样向导生成叶片曲面
创建一平面作为叶片外轮廓投影平面,利用面片
草图功能设置轮廓投影范围,投影出叶片外轮廓曲线,利用提取的轮廓曲面绘制草图,在模型创建中选择 拉
伸 , 方向 选择到 曲面 ,如图７所示.利用 放样向导 命令创建叶片下曲面,利用 模型 菜单中的 分割 命令对多余实体进行剪切,最后对各圆角等特征区域建模.
３㊀A c c u r a c y A n a l y
z e r (T M )偏差对比分析G e o m a g i cD e s i g
nX 软件提供了体偏差分析㊁曲率分析㊁连续性分析㊁环境写像分析等模型偏差对比分析方法,可动态观察模型偏差结果.根据设计需求将体与原始数据之间的偏差上下限设定为ʃ０．０５m m ,通过色彩偏差图可知,模型全部显示为绿色,说明所创建的实体与原始点云的贴合偏差在允许范围之内,所建模型符合要求,如图８所示.
图７㊀重建叶片模型
图８㊀偏差对比分析
４㊀结语
本文围绕自由曲面类零件的逆向设计任务,探索了基于特征截面线与断面轮廓线的逆向三维数模的建模流程.结果表明:该方法具有提取特征线简单便捷㊁建模精度高等特点,有效地解决了自由曲面类零件在逆向设计中出现的拟合度不高㊁曲面扭曲等问题,对从事逆向设计任务的工程人员具有一定的借鉴意义.
参考文献:
[１]㊀常影,
明哲,张秀芳,等．复杂曲面的零件逆向建模及其仿真分析[J ]．组合机床与自动化加工技术,２０１６(３):６１Ｇ６３．[２]㊀刘勇,赖啸,郭晟,等．基于G e o m a g
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装备制造技术,２０１８(１):３９Ｇ４３．[４]㊀徐连强．陶瓷产品逆向工程建模创新设计[J ]．
轻工科技,２０１８(７):８３Ｇ８４．[５]㊀王兴晨,
路春光,赵震,等．逆向工程特征点提取与参数化建模方法研究[J ]．机械设计与制造,２０１８(１):２２２Ｇ２２５．R e v e r s eM o d e l i n g a n dD e v i a t i o nA n a l y
s i s o fB l a d eP a r t s L I UY o n g ,L I UC u n Ｇp i n g ,G U OS h e n g ,Y U ES o n g
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３５ ㊀２０１９年第３期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀刘勇,
等:叶片零件的逆向建模与偏差对比分析。