基于扫描数据的逆向建模

2016-02-27郭禹彤

现代工业经济和信息化 2016年15期

关键词：凹凸倒角曲面

郭禹彤

（中航工业沈阳飞机工业（集团）有限公司制造数据中心，辽宁沈阳 110085）

基于扫描数据的逆向建模

郭禹彤

（中航工业沈阳飞机工业（集团）有限公司制造数据中心，辽宁沈阳 110085）

主要是对基于扫描数据的飞机零件的逆向建模进行研究，希望为飞机设计的未来添加一些理论。

扫描；飞机；逆向建模

引言

飞机的设计往往首先要通过理想设计阶段然后还要通过实际负载后的结构反复校正阶段，从而减小累积误差与内应里力对飞机结构使用寿命的伤害，结合现代制造技术，可通过扫描仪对加载后的飞机结构零件进行扫描，然后进行逆向建模，以达到更好的协调效果。

1　逆向建模数据的获得

近年随着逆向技术的发展，逆向数据获取的准确性也得到了很大的改善，3D扫描仪的诞生使逆向建模技术的精度有了飞跃性的提高。扫描技术不仅能够将已经存在的零件实现复制，实现批量生产。同时能够通过扫描技术对零件在实际服役后的动态变化进行捕捉，这可以有效地减小内应力对飞机的初始伤害，但扫描技术也不是完美无瑕的。由于操作者的技术手法，以及周围环境如光线，空气质量都可能对扫描数据造成影响。所以逆向建模数据来源可分为两个方面，主要获取手段为扫描。

将待扫描的结构零件表面进行预处理以保证数据的真实准确性，将毛刺之类的明显瑕疵处理掉，然后就是将扫描器捕捉点贴在待扫零件上，这里需要注意的是，一般不将捕捉点贴纸均匀的贴在零件表面上。因为一般零件都有各自的形态，有的地方很平缓有的位置变化率较大，一般变化率较大的地方需要捕捉点密集一些，而平缓的地方则可稍稀疏一些，个别的点要着重处理，以保持数据真实性［1］。

将3D扫描仪的扫描手持器进行校准，扫描时尽量使手持器的光线垂直带扫的每一个点，这样扫描出的数据更加准确，不容易失真。

扫描完成后要利用辅助手段进行补充，主要是手动测量，在扫描的过程中由于周围环境影响难免会有个别位置数据失真，这是通过实际测对扫描数据进行完善。

2　逆向建模的主要步骤

首先将数据导入，将导入后的数据做初步的处理，如明显的失真位置要用手动测量的方式进行补充。将点云进行筛选，例如明显的平面可将其上的点密度减小，以缩短面形成时CATIA的运算时间，值得注意的是有明显变化的曲面，复杂的结构建议保留所有有效数据，以更好的诠释实际结构。

面的拟合可根据实际的零部件情况采取不同的节选方式，如果一片类似平面点云上面没有明显的凹凸情况，我们可以采用框选直接将所有点选中然后拟调整合成为与点云符合度比较高的面；若大范围都较规整而有明显的小范围凹凸情况，我们要采用点刷的方式躲避凹凸的位置，拟合好面后再按照实际零件形态，将各个凹凸位置分别处理，因为CATIA计算时会将取类似平均位置，凹坑会导致建模失真［2］。

对于飞机零件上的曲面，一般来说可以通过扫掠来实现曲面的形成，选择一个适合的方向，类似曲面的截面方向，延此方向做直线引导线，在垂直引导线方向做适当多的平面，使这些平面与点云相交，形成一排截面线，按照引导线方向进行扫掠处理，形成曲面，这里要注意的是，注意躲避点云中的失真点、突变点，以避免拟合失败。若曲面本身存在个别点，将其想躲避，拟合成功后，再个别进行修整。

最后将各个面连接，这里介绍两种手段，一个比较快捷就是桥接，但这种方式误差比较大，之间又要对拟合好的两个曲面边缘进行修整，失败率也比较大。另一种方式比较实用，就是将两个要连接的曲面延长，相交剪切后做倒角处理，与点云对比，使倒角与实际贴合，这里可采用变倒角实现误差的降低［3］。

初步完成后要进行误差分析，以保证建模数据与实际零部件的一致性，在曲面建模的过程中有时可尝试不同方向的扫掠，以实现精度的提高。反复修整后可以形成实体，此时我们会发现我们无法形成实体，曲面不能加厚，一般这种情况是由于建成的面上有尖锐点，将其加厚意味着要将其尖点的半径缩小或变大，这就导致CATIA无法计算。