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    飛機(jī)蒙皮的逆向建模研究

    2016-06-30 19:03:32李彥
    關(guān)鍵詞:蒙皮逆向建模

    李彥

    摘 要:為了實(shí)現(xiàn)飛機(jī)蒙皮的數(shù)字化,同時解決蒙皮零件工裝型胎的磨損問題,可以通過掃描蒙皮零件或其工裝,獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù),利用CATIA模塊逆向建模得以實(shí)現(xiàn)。這一研究,既保留了工裝型胎的原始數(shù)據(jù),又為蒙皮的數(shù)字化制造、數(shù)字化協(xié)調(diào)提供了電子數(shù)據(jù)。

    關(guān)鍵詞:蒙皮;數(shù)字化;逆向;建模

    中圖分類號:TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1006-8937(2016)15-0018-02

    1 概 述

    隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展,三維的數(shù)字化模型已經(jīng)成為尺寸傳遞的主導(dǎo)方式。為了適應(yīng)當(dāng)前形勢,通過采集現(xiàn)有蒙皮零件或者其型胎的點(diǎn)云數(shù)據(jù),利用CATIA命令進(jìn)行逆向建模,返求出蒙皮零件的三維數(shù)學(xué)化模型。這樣一個從實(shí)際物體到幾何建模的過程,是蒙皮零件數(shù)字化生產(chǎn)制造的基礎(chǔ),是零件工裝型胎再制造的依據(jù),也是新型數(shù)字化制造、數(shù)字化協(xié)調(diào)同原有制造依據(jù)的紐帶。這一過程既延續(xù)了傳統(tǒng)的生產(chǎn)鏈,又與當(dāng)下的數(shù)字化生產(chǎn)制造相接軌。

    通常情況下,蒙皮類零件的形狀較為復(fù)雜,曲面由多個曲率不同的曲面組成,因此形成蒙皮型面時,不僅要求對曲面進(jìn)行有經(jīng)驗(yàn)地分割和拼接,而且還要求每一個曲面均是平滑高質(zhì)量的曲面,要想達(dá)到此目的,關(guān)鍵在于構(gòu)建光順平滑的曲線。下面就以一個蒙皮類零件為例,詳細(xì)描述其逆向建模研究的具體步驟。

    2 逆向建模研究的具體步驟

    蒙皮零件逆向建模的具體步驟有:采集及處理數(shù)據(jù)、構(gòu)建蒙皮實(shí)體模型、模型偏差因素分析。

    其中,構(gòu)建模型又分為:截面線的形成、優(yōu)化;構(gòu)建曲面;擬合邊緣線和形成實(shí)體等幾個步驟。蒙皮零件,如圖1所示,以圖1為例來加以說明。

    2.1 采集及處理數(shù)據(jù)

    采集蒙皮零件數(shù)據(jù)的方法有直接掃描蒙皮和掃描零件模胎兩種。通常情況下,采用激光掃描儀對零件或模胎進(jìn)行垂直掃描,采集三維數(shù)據(jù),然后在CATIA中利用CLOUD IMPORT導(dǎo)入形成點(diǎn)云文件,如圖2所示。

    當(dāng)點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入到CATIA后,對點(diǎn)云進(jìn)行適當(dāng)處理。為了預(yù)防曲面存在鼓包等問題,過濾、去除一些偏差較大元素,可以減小點(diǎn)云曲率突變的概率。

    由于掃描儀采集后直接形成的曲面通常是不規(guī)則自由曲面,初步建立網(wǎng)格就可以直觀地看出零件的外形特征。仔細(xì)觀察區(qū)域內(nèi)是否有鼓包或塌陷等缺陷,去除這些失真元素,盡量使破壞表面質(zhì)量的元素降低到最少,那么就可以利用此點(diǎn)云進(jìn)行建模了。

    2.2 構(gòu)建蒙皮實(shí)體模型

    2.2.1 截面線的形成、優(yōu)化

    建模的第一步就是建立截面元素。截面元素是用來創(chuàng)建與掃描數(shù)據(jù)相交的平面,將截面元素與相應(yīng)的網(wǎng)格或點(diǎn)云相交,得到的交線就是截面線。截面線是曲面構(gòu)建的基礎(chǔ),也是關(guān)系曲面質(zhì)量好壞的關(guān)鍵元素。

    通過觀察點(diǎn)云數(shù)據(jù),篩選出外形接近的部分放在一個設(shè)計區(qū)域里,然后運(yùn)用CATIA命令,按照一定的間距創(chuàng)建截面線,就可以得到一組曲線。形狀較為簡單的零件可以直接以這些曲線為基礎(chǔ)進(jìn)行曲面設(shè)計,形成一個完整的曲面。但是對于形狀相對復(fù)雜的零件,這些曲線就不能直接生成曲面,因此必須先對這些曲線進(jìn)行優(yōu)化。

    由于生成的截面線會有許多缺陷,比如端點(diǎn)不齊,這將導(dǎo)致創(chuàng)建多截面曲面時,邊緣質(zhì)量不好;再比如過渡不平滑,使得形成的曲面不均勻過渡,型面質(zhì)量不好,因此需要對截面線進(jìn)行調(diào)整。線條調(diào)整的方式較多,可以通過草圖擬合,也可以通過樣條曲線擬合,擬合時,各樣條曲線的節(jié)點(diǎn)數(shù)應(yīng)盡量一致,線條長短、點(diǎn)位間距比例均應(yīng)恰當(dāng)。這樣可以保證形成的曲面沒有明顯鼓包,如圖3所示。

    2.2.2 構(gòu)建曲面

    蒙皮型面的構(gòu)建主要采用的方法是掃掠法。選擇優(yōu)化后的截面線進(jìn)行多截面曲面掃掠,通??梢缘玫捷^完善的型面。

    在蒙皮型面曲率變化不太大的情況下,可以將點(diǎn)云數(shù)據(jù)分割之后分別掃掠,然后拼接,形成整個型面。

    這樣做的好處是分割處理點(diǎn)云數(shù)據(jù),每部分曲面可以細(xì)化,得到更精細(xì)、更完善的設(shè)計。但是在拼接時需要注意的是要保證相鄰曲面之間平滑過渡、保證整體曲面曲率的連續(xù)性,這樣才能保證曲面整體的表面質(zhì)量。如圖4所示。

    2.2.3 擬合邊緣線

    通常情況下,構(gòu)建好的曲面一定是大于蒙皮零件的,所以此時還要用邊緣線對曲面進(jìn)行切割。擬合邊緣線采用的方法有:草圖擬合法和投影法兩種。

    ①草圖擬合法是先創(chuàng)建一個平面,然后近似繪制出零件的邊界,將其進(jìn)行法向拉伸,再與型面相交,就可得到邊緣線。通常情況下,草圖擬合法應(yīng)用于構(gòu)建帶弧度的邊緣線。

    ②投影法是先選擇邊緣,然后利用CATIA模塊命令,提取邊緣線。這種方法比較適合于設(shè)計較直的邊緣線。在設(shè)計中,通常會同時利用草圖擬合法和投影法兩種方法。

    邊緣線擬合后,投影到構(gòu)建好的曲面上,用其分割曲面,就形成了與蒙皮零件大小一致的型面。

    2.2.4 形成實(shí)體

    曲面形成后,直接加厚就可以構(gòu)建實(shí)體了。如果蒙皮零件的數(shù)據(jù)是掃描其模具所得,那么將構(gòu)建好的曲面先偏移再增厚即可得到所需的蒙皮零件。

    2.3 模型偏差因素分析

    蒙皮零件的逆向建模存在偏差的因素有:零件或者工裝型胎表面質(zhì)量;掃描儀器的精度;建模過程曲線的處理方式等?;谝陨弦蛩?,為了盡量減小模型的偏差,首先應(yīng)在掃描前將零件或者工裝型胎進(jìn)行修復(fù),其次應(yīng)用高精度掃描儀,嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行掃描,最后在建模過程中曲線進(jìn)行細(xì)致優(yōu)化。

    這樣,就可將模型的偏差控制在最小值范圍之內(nèi)。通常情況下,蒙皮類零件的設(shè)計偏差應(yīng)大部分控制在0.5 mm以內(nèi)。

    3 結(jié) 語

    綜上所述,逆向建模是實(shí)現(xiàn)蒙皮數(shù)字化的有效工具,架設(shè)起實(shí)際物體與幾何建模的橋梁,也為蒙皮的數(shù)字化生產(chǎn)、數(shù)字化協(xié)調(diào)提供了一個高效的技術(shù)手段。

    參考文獻(xiàn):

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