逆向工程技术在车钩量具检测中应用

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技术改造
逆向工程技术在车钩量具检测中应用
高洪昊
（中车齐齐哈尔车辆有限公司，黑龙江 齐齐哈尔 161002）
摘 要：随着近年来数字化技术的迅猛发展，数据采集和数据处理能力的不断地提升，新技术发挥的作用也越来越大，针对公司部分进口车钩量具没有与实物尺寸相符合的CAD 设计图纸这一问题，现提出利用三维扫描技术采集车钩量具点云数据，依据逆向工程反向设计流程及相关数据处理软件获取与实物尺寸一致的车钩量具三维模型的具体方法，以保证量值传递的完整性。

关键词：三维扫描；逆向工程；车钩量具；检测
1 引言
车钩是铁路货车的重要配件，车钩量具是量值传递体系中极为重要的一环，直接影响车钩的安全和性能，本文主要研究利用逆向工程技术获取与进口车钩量具外形尺寸一致的三维模型，在后续的周期检定中，与车钩量具的点云模型进行比较，从而得到测量结果。

并深入开展工业逆向工程技术在铁路货车行业的研究与应用。

2 方法研究
本文以某型车钩样板为例，通过三维扫描技术得到车钩样板的三维点云模型，利用Geomagic Design X 逆向软件对其进行逆向，输出三维CAD 模型，作为测量标准，利用质量分析软件Geomagic Control X 对原始数模和输出的CAD 模型进行数据比较，得出检测结果。

3 数据的采集与处理
3.1
测量流程示意图
图1 测量流程示意图
3.2测量过程
3.2.1通过三维扫描技术对某车钩样板关键尺寸进行扫描，得到车钩样板三维点云模型，局部图如图2所示
3.2.2数据的处理
1）点云的优化：扫描过程中由于扫描设备以及其他方面的原因，噪点的存在是不可避免的，而噪点会使重构出来的曲面出现较大的形变，所以在自由曲面逆向之前要进行消除噪点的工作。

2）领域划分：从测量数据中提取零件圆锥面、圆柱、凸台、平面等几何特征，按测量数据的细化特征进行分割，采用细化特征匹配与识别的方法来获取车钩样板原型所具有的设计与加工特征。

3）对数据进行分割，数据分块的目的是将具有相似几何特征的区域将以分割，以便后续曲面拟合和特征重建。

创建完各分块区域后，选定适当的基准，将各分块进行分类在Geomagic Design X 中分别作表面模型拟合并确定实际尺寸，并通过各表面的求交与拼接来获取零件原型外形轮廓的CAD 模型
对扫描数据进行以上处理后，得到逆向输出的CAD 模型，局部图如图3
所示
图2 图3
3.2.3利用Geomagic Control X 质量分析软件对逆向输出的CAD 模型与原始点云数据进行对齐后，进行3D 比较，来检测扫描数模与逆向输出的CAD 模型之间的误差，截取2D 比较上的数据，如图4所示，来验证检测数据是否合格，并拾取扫描数据上有代表性的点，以保证其误差在公差范围以内，如图5所示。

图4 图5
通过Geomagic Control X 软件可以设置样板的公差，这样就可以在拟合比较图中以不同颜色的方式呈现出来，从图5中可以看出检测结果是否落在公差内。

还可以依据整体颜色变化程度，更好的分析样板的磨损部位及趋势。

4 与传统方法比较
与传统方法比较，某型车钩样板的检测方式是使样板与车钩母钩比靠而进行，没有实际符合的CAD 设计图纸，不能进行关键位置具体数据的检测，无法保证车钩样板在长时间的使用后还能具有原有的精度。

而利用三维扫描技术和逆向工程技术对车钩样板进行处理，输出CAD 模型，可以随时验证在使用中的工作样板的精度要求，使生产过程中所涉及的计量数据更准确、可靠。

5 结束语
逆向工程是一项新兴技术，具有实用性、开拓性，是多领域、多学科的协同过程。

本文以某型车钩样板为例，依据逆向工程设计思想采用了一套切实可行的方法来解决实际生产中没有CAD 图纸的车钩样板的检测问题，使检测数据准确性和真实性更高，同时逆向工程技术也为复杂样板及货车配件特征的数字化检测提供了新的方法和思路，具有一定的使用价值和经济价值。

参考文献：
[1]张会霞，朱文博.三维激光扫描数据处理理论及应用[M].北京：电子工业出版社，2012.
[3]王辉.数字化全息三维显示与检测[M].上海：上海交通大学出版社，2013.
[4]黄诚驹.逆向工程综合技能实训教程.北京：高等教育出版社，2011
[5]方新，费仁元.实物逆向工程关键技术[J].现代制造工程，2002（12）：18-21.
作者简介：
高洪昊，女，工程师。