逆向工程在风扇叶片翘曲变形测量中的应用

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1、逆向工程在风扇叶片翘曲变形测量中的应用作者：左大平李进Objet引言量已经无能为力。汽车发动机风扇在注塑成型过程屮，因叶片部分发生较大翘曲变形而导致大量的废品出现。为了分析叶片翘曲变形原因，并进一步提高制品的成型精度，需要对叶片的翘曲变形大小进行准确地测量。但是风扇叶片形状复朵，CAD造型时是由一•条封闭的3次B样条曲线沿两条3次B样条曲线扫描而成，测虽起來具冇很高的难度。采川传统的测量工具和测量方法对叶片的翘Illi变形进行木文成功地应用了逆向工程技术对风扇叶片进行数字化处理，得到叶片变形麻的点云数据,进而生成制品变形示的数字化模型，通过与原始

2、的CAD模型进行比较并得到叶片任意位置的变形数据，从而避免了传统测量方法测量精度低、耗时等问题。1逆向工程技术1.1逆向工程的工作流程逆向工程，也称反求工程或反向工程，是将实物或样件转变为CAD模型相关的数字化技术、几何模型重构技术和产品制造技术的总称，是将已有的产品或实物模型转化为工程设计模型和概念模型，在此基础上对已有的产品进行解剖、深化和再创造的过程⑴。逆向工程技术起源于上世纪60年代，从通俗意义上讲，它是对现冇的对象进行复制，获得所需要的数据模型。逆向工程的工作流程如图1所示。曲面徉件(3DSCANNER)(Sufacer,R^idfon

3、rO(Ro/E,CATIAJUGIL..)E1逆向工程的工作疣程1.2逆向工程所涉及的相关技术从图1可以看出，逆向工程并不是一门孤立的技术，而是与测量技术、CAD/CAM技术等密切相关。从数据采集到CAD模型的建立是逆向工程的核心部分，逆向工程的关键技术也都体现在这一过程中。逆向工程所涉及的主要技术如下[2]1）数据采集技术。日前，常川的数据采集的方法主要有两人类：接触式和非接触式。根据测头的不同，接触式乂可分为触发式和连续式；而非接触式根据原理的不同，乂可分为光学式和非光学式。其屮光学式包括三角形法、结构光法、计算机视觉法、激光干涉法、激光衍射

4、法等；而非光学式包括CT测最法、MRI测量法、超声波法和层析法等。2）数据处理技术。利用激光扫描测量的点云通常数据量很大，为了提高逆向工程的效率，在精度度允许的情况下，可以对点云数据进行删减。另一方面，测虽的点云数据也可能不完整，需要通过已测得的点云数据來重构整个零件表面，这样就涉及到曲面的延伸、修补等技术。这些技术统称为数据处理技术，概括起來主要有多片点云数据的拼合、重釆样、点云法矢调整、三角剖分和点云集的划分等技术。3）曲而重构技术。点云数据经过分割处理后，每一片被分割的点云需耍用恰当类型的曲而来表示。目前，这一工作人多是通过人工交互的方法进

5、行的。这种方法对逆向工程软件和设计人员的经验的依赖性较大，容易发牛偏差，而11工作效率也不高。因此，开发能自动准确地判断出点云的曲面类型，是冃前逆向工程发展的方向Z—。4）实休造型技术。实体造型技术是逆向工程技术屮的难点。由于目前许多逆向工程软件的优势主要集中于对数据的处理与Illi面重构，所以在对复杂曲面进行重构时，大多依靠技术人员的经验和技巧在CAD软件中进行。1.3逆向工程的应用范围逆向工程的主要应用范围包括1）老产品设计。在没有图纸或CAD数据吋对已有产品进行原样复制，用传统方法对实物进行测绘后再绘制工程图具有较大的难度，而釆用逆向工程技

6、术处理这一问题则十分方便;2）对己冇产品的改进。当装配中个别零件出现间隙过人或表面不平而要进行调整时，首先需要获取与之配合零件的儿何数据，并在CAD系统中进行分析与改进。如汽车尾灯与车身配合的改善；3）新产品的设计。为了降低新立品的开发成本，有时需要参考市场上同类的产品。利用逆向工程技术获取其他产品的CAD数据，以便进行一步改进并设计出新的产甜；4）产胡验证。产站制造完成后，用逆向工程技术重构出该产站的CAD模型，与原始的CAD模型进行比较，分析误差；5）快速制造。将逆向工程测虽的数据直接生成STL格式文件或NC代码，用快速原型技术制作样件，加工

7、出零件，因而可以大人缩短产品的制造周期。2汽车风扇叶片曲而数据测量2.1ATOS激光扫描测竝系统ATOS激光扫描测量系统是德国GOM公司研发的产胡。口1989年问世以来，经过10多年的发展，已经成为世界上最为成功的扫描测量系统，广泛应用于汽车、航空航天、工艺品复制及科学研究等领域。ATOS激光扫描测量系统由ATOS光学测量系统和Tritop照相测量定位系统组成。ATOS光学测量系统采用矩形光栅投彫，每次测量数据的周期为Xs。不同烈号的ATOS测量系统每次采集的数据点的数目不同。其最新型号的ATOSIII每次能采集到400万个数据点，每次测量的最人

8、范I羽为2mmx2mmx2mm,测址精度为（0.15~0.1）mmo目前，市场上应用最多的是ATOSII系统，包括测量头、三角架、控制器