凸轮自由曲面反求建模技术

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1、学术论文RESEARCH凸轮自由曲面反求建模技术ReverseModelingTechnologyforFreeFormSurfaceofCam西北工业大学机电学院张顺琦秦现生邓瑞君尤向荣【摘要】自由曲面精确建模是凸轮高精度反求的必要前提。针对三坐标测量机获得的自由曲面点云数据，研究了噪声点快速有效的去除算法、边界数据及整体数据的平滑技术、点云数据的筛选与曲面扩展；最后，结合VC强大的数据处理能力以及UG／Open二次开发工具，实现大密度点云数据在UG环境中的快速精确建模。经验证，该方法数据处理效果

2、明显，曲面建模效率和精度高。关键词：反求工程自由曲面UG二次开发点云数据lABSTRACTlModelingfreeformsurfaceaccuratelyisnecessarypreconditionforearnhigh-precisionreverse．Thepointcloudisachievedbymeasuringfreesurfaceviacoordinatemeasuringmachine(CMM)．Efficientremovingalgorithmofnoisypoints，s

3、moothingtechnologyofboundarypointsandthewholepoints，filteringofpointcloudandexpandingofthesurfacearefocusedon．Finally,therapidandprecisemodelingofhighdensitypointcloudinUGenvironmentisrealizedbycombiningwithVCdataprocessingandUG／Opensecondarydevelopmen

4、tt001．Themethodistestedtoimprovetheefficiencyandaccuracyoffreeformsurfacemodeling．Keywords：ReverseengineeringFreeformsur-faceUGsecondarydevelopmentPointcloud反求工程技术是CAD／CAM系统中相对独立且非常重要的一个分支，包括数据测量、曲面建模、CAM建模及数控加T⋯，其中曲面建模是反求工程中难度最大也最为重要的关键技术之一。目前，如UG、Pro

5、／E等三维软件具有出色的曲面造型功能，但其对原始曲面点云数据的预处理能力很弱，一般都要依赖于第三方软件进行【2】，而且这些三维软件的反求建模模块(如UG的pointcloud功能、Pro／E的SCANTOOLS功能等)对于大密度点云数据建模效率低。除此之外，市场上还有一些专业的反求软件，如美国SDRC公司的Surfacer、英国DELCAM公司的CopyCAD等，但价格昂贵，且功能过于通用，对于特殊情况的点云数据无法68航空制造技术·2010年第11期按特定要求处理。为解决上述矛盾，浙江大学研发了基

6、于三角Bezier曲面插值理论的反求建模CAD软件RE—SOFTl3。4】。文献【5】提出动力数学值仿真的网格曲面逼近方法，平均误差可达0．001067。本课题以复杂精密凸轮反求为例，研究利用UG／OpenAPI的强大造型功能以及VC的良好数据处理能力，实现自由曲面点云数据的快速精确建模。1凸轮工作曲面点云数据特点1．1数据的获取数据主要通过测量装置来得到，测量方法直接影响被测物的数据描述，最终影响CAD模型的精度16J。目前，用于反求的测量方式主要有3种：接触式、非接触式和破坏式17-81。在这i

7、大类中最具代表性的测量方法有三坐标法、激光三角法、结构光法、工业CT法等，其性能比较如表1所示。表1典型测量方式性能比较唧为了保证精密凸轮丁作曲面反求建模的准确性，必须采用适当的测量方法来满足精度要求。由于凸轮曲面小且形状复杂，需要对曲面进行高密度的采点。经过比较分析，选用三坐标测量机进行测量，并进行相应的测头补偿处理，局部点云数据如图l所示。1．2数据类型由于所用测量方法不同，得到的数据点的分布形态也不同，根据点与点之间的联系可以分为网格状点云、行列状点云和散乱点云3种数据类型恤’9l，如图2所示

8、。本文所用数据类型为行列状点云，如图2(b)所示。RESEARCH学术论文图1凸轮曲面局部点云图Fig．1Partialpointcloudofcamsurface(a)网格状点云(b)行列状点云(c)散乱点云图2点云数据分布形态嘲Fig．2Distributionpatternsofpointcloud1．3凸轮曲面点云数据的特点凸轮反求工程中，曲面CAD建模是关键。在航空航天领域中，常常用精密凸轮控制出油规律，其T．作曲面多为形状复杂的自由曲面，有些凸轮曲面尺寸还