基于掃描數(shù)據(jù)的逆向建模

郭禹彤

（中航工業(yè)沈陽飛機工業(yè)（集團）有限公司制造數(shù)據(jù)中心，遼寧 沈陽 110085）

基于掃描數(shù)據(jù)的逆向建模

郭禹彤

（中航工業(yè)沈陽飛機工業(yè)（集團）有限公司制造數(shù)據(jù)中心，遼寧 沈陽 110085）

主要是對基于掃描數(shù)據(jù)的飛機零件的逆向建模進行研究，希望為飛機設(shè)計的未來添加一些理論。

掃描；飛機；逆向建模

引言

飛機的設(shè)計往往首先要通過理想設(shè)計階段然后還要通過實際負載后的結(jié)構(gòu)反復(fù)校正階段，從而減小累積誤差與內(nèi)應(yīng)里力對飛機結(jié)構(gòu)使用壽命的傷害，結(jié)合現(xiàn)代制造技術(shù)，可通過掃描儀對加載后的飛機結(jié)構(gòu)零件進行掃描，然后進行逆向建模，以達到更好的協(xié)調(diào)效果。

1　逆向建模數(shù)據(jù)的獲得

近年隨著逆向技術(shù)的發(fā)展，逆向數(shù)據(jù)獲取的準確性也得到了很大的改善，3D掃描儀的誕生使逆向建模技術(shù)的精度有了飛躍性的提高。掃描技術(shù)不僅能夠?qū)⒁呀?jīng)存在的零件實現(xiàn)復(fù)制，實現(xiàn)批量生產(chǎn)。同時能夠通過掃描技術(shù)對零件在實際服役后的動態(tài)變化進行捕捉，這可以有效地減小內(nèi)應(yīng)力對飛機的初始傷害，但掃描技術(shù)也不是完美無瑕的。由于操作者的技術(shù)手法，以及周圍環(huán)境如光線，空氣質(zhì)量都可能對掃描數(shù)據(jù)造成影響。所以逆向建模數(shù)據(jù)來源可分為兩個方面，主要獲取手段為掃描。

將待掃描的結(jié)構(gòu)零件表面進行預(yù)處理以保證數(shù)據(jù)的真實準確性，將毛刺之類的明顯瑕疵處理掉，然后就是將掃描器捕捉點貼在待掃零件上，這里需要注意的是，一般不將捕捉點貼紙均勻的貼在零件表面上。因為一般零件都有各自的形態(tài)，有的地方很平緩有的位置變化率較大，一般變化率較大的地方需要捕捉點密集一些，而平緩的地方則可稍稀疏一些，個別的點要著重處理，以保持數(shù)據(jù)真實性［1］。

將3D掃描儀的掃描手持器進行校準，掃描時盡量使手持器的光線垂直帶掃的每一個點，這樣掃描出的數(shù)據(jù)更加準確，不容易失真。

掃描完成后要利用輔助手段進行補充，主要是手動測量，在掃描的過程中由于周圍環(huán)境影響難免會有個別位置數(shù)據(jù)失真，這是通過實際測對掃描數(shù)據(jù)進行完善。

2　逆向建模的主要步驟

首先將數(shù)據(jù)導(dǎo)入，將導(dǎo)入后的數(shù)據(jù)做初步的處理，如明顯的失真位置要用手動測量的方式進行補充。將點云進行篩選，例如明顯的平面可將其上的點密度減小，以縮短面形成時CATIA的運算時間，值得注意的是有明顯變化的曲面，復(fù)雜的結(jié)構(gòu)建議保留所有有效數(shù)據(jù)，以更好的詮釋實際結(jié)構(gòu)。

面的擬合可根據(jù)實際的零部件情況采取不同的節(jié)選方式，如果一片類似平面點云上面沒有明顯的凹凸情況，我們可以采用框選直接將所有點選中然后擬調(diào)整合成為與點云符合度比較高的面；若大范圍都較規(guī)整而有明顯的小范圍凹凸情況，我們要采用點刷的方式躲避凹凸的位置，擬合好面后再按照實際零件形態(tài)，將各個凹凸位置分別處理，因為CATIA計算時會將取類似平均位置，凹坑會導(dǎo)致建模失真［2］。

對于飛機零件上的曲面，一般來說可以通過掃掠來實現(xiàn)曲面的形成，選擇一個適合的方向，類似曲面的截面方向，延此方向做直線引導(dǎo)線，在垂直引導(dǎo)線方向做適當(dāng)多的平面，使這些平面與點云相交，形成一排截面線，按照引導(dǎo)線方向進行掃掠處理，形成曲面，這里要注意的是，注意躲避點云中的失真點、突變點，以避免擬合失敗。若曲面本身存在個別點，將其想躲避，擬合成功后，再個別進行修整。

最后將各個面連接，這里介紹兩種手段，一個比較快捷就是橋接，但這種方式誤差比較大，之間又要對擬合好的兩個曲面邊緣進行修整，失敗率也比較大。另一種方式比較實用，就是將兩個要連接的曲面延長，相交剪切后做倒角處理，與點云對比，使倒角與實際貼合，這里可采用變倒角實現(xiàn)誤差的降低［3］。

初步完成后要進行誤差分析，以保證建模數(shù)據(jù)與實際零部件的一致性，在曲面建模的過程中有時可嘗試不同方向的掃掠，以實現(xiàn)精度的提高。反復(fù)修整后可以形成實體，此時我們會發(fā)現(xiàn)我們無法形成實體，曲面不能加厚，一般這種情況是由于建成的面上有尖銳點，將其加厚意味著要將其尖點的半徑縮小或變大，這就導(dǎo)致CATIA無法計算。

3　結(jié)語

基于掃描數(shù)據(jù)的逆向建模能夠通過掃描精確獲得已有零部件的形狀數(shù)據(jù)，再通過CATIA實現(xiàn)逆向，復(fù)制已有的機構(gòu)零件，從而可對比觀察零件負載后的形狀變化，對零件進行調(diào)整，從而提高精度，提高飛機質(zhì)量，提高飛機使用壽命。

［1］陽波，陳金平，賴麗珍，等.基于樣板實現(xiàn)飛機零件逆向建模［J］.機械工程師，20 16（1）：86-88.

［2］李春玲.復(fù)雜曲面激光測量與重構(gòu)相關(guān)技術(shù)研究［D］.濟南：山東大學(xué)，2005.

［3］余濤，竟水光.逆向工程技術(shù)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2003.

（編輯：劉楠）

Reverse Modeling Based on Scanning Data

Guo Yutong
（AVIC Shenyang Aircraft Industry（Group）Co.，Ltd.Manufacturing Data Center，Shenyang Liaoning 100085）

This paper analyzes the reverse modeling of scan data of aircraft parts， which hope to add some theory for the future of aircraft design.

scanning； aircraft； reverse modeling

V22；V26

A

2095-0748（2016）15-0108-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.15.45

2016-06-20

郭禹彤（1986—），女，山東安丘人，碩士研究生，畢業(yè)于沈陽航空航天大學(xué)，助理工程師，研究方向：工藝裝備與生產(chǎn)準備。