逆向工程在鍛件荒坯生產中的應用

羅恒軍　張海成　曾德濤　謝　靜

(中國第二重型機械集團萬航模鍛有限責任公司，四川618013)

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生產技術

逆向工程在鍛件荒坯生產中的應用

羅恒軍張海成曾德濤謝靜

(中國第二重型機械集團萬航模鍛有限責任公司，四川618013)

利用逆向工程軟件CATIA對3D掃描獲得的鍛件荒坯點云模型進行處理，能得到真實和準確反映實際生產的荒坯數據和模型。將處理后的荒坯模型導入DEFORM模擬軟件進行數值模擬，能夠科學有效地指導實際生產。

逆向工程；鍛件荒坯；點云模型

鍛件荒坯的設計和生產是鍛件生產制造過程中的一個重要環節，荒坯質量的好壞直接影響最終鍛件的質量。但通常情況下，實際生產的荒坯與設計的荒坯存在差異，為保證工藝的穩定性和最終鍛件的質量，有必要獲得實際荒坯的數據和模型。

逆向工程是一種高效的產品設計思路和方法，可以迅速、準確、方便地獲得實物的三維數據及模型，改變了傳統產品的設計開發模式，大大縮短了產品的開發周期，提高了產品研發的成功率。對鍛件荒坯進行逆向工程是針對制坯過程控制提出的一個新要求。一方面通過對實際荒坯三維數據的測量，能夠加強對荒坯制造過程的控制，保證荒坯尺寸的一致性；另一方面基于實際荒坯模型開展的數值模擬能更真實的反映實際生產情況，有助于產品的工藝優化。

本文通過一個鍛件荒坯實例，介紹了逆向工程在荒坯生產中的應用。利用逆向工程軟件CATIA對從掃描設備獲取的點云模型進行處理，以獲得實際生產荒坯的數據和模型。將處理后的點云模型導入DEFORM等數值模擬軟件進行模擬，能夠科學有效地指導實際生產。

1　點云模型獲取

荒坯逆向工程的第一步是獲取荒坯的點云模型。先使用3D掃描設備對荒坯進行三維掃描，為了提高掃描精度，在掃描前需將荒坯表面清理干凈。清理完畢后，將荒坯放在測量臺上墊穩，避免在掃描過程中發生晃動。由于荒坯形狀復雜，一次掃描無法獲得全部數據，而需進行多次掃描才能獲取完整的點云模型。圖1是荒坯實物，圖2為荒坯掃描后的點云模型。

圖1　荒坯實物Figure 1　Forging blank

圖2　荒坯掃描后的點云模型Figure 2　Point cloud model after scanning forging blank

2　點云模型處理

第二步是對荒坯點云模型進行處理。點云模型的處理主要包括模型的導入、過濾、刪除、網格劃分鋪面、診斷和修補。在CATIA的DSE模塊中，通過Inset/Importcloud命令將點云模型導入。由于掃描設備所獲取的點云模型非常密集，存在大量的冗余，如果直接對點云模型進行存儲和處理，將大大降低數據處理的速度，所以需要對點云模型進行數據精簡。選擇Insert/CloudEdition/CloudFilter命令過濾掉重復點，降低點云密度。還需通過Insert/CloudEdition/RemovePoint操作，將在掃描過程中邊界部分產生的一些誤點和缺陷點刪除，以獲得最終過濾后的點云模型，如圖3所示。

選擇Insert/Mesh/MeshCreation操作對過濾后的點云模型進行網格劃分鋪面。鋪面主要是為了提高點云的可視性，以便提高曲面造型的效率。圖4為鋪面后的點云模型。如果網格面有破洞存在，不能單純增加Neighborhood的值，否則一些不該補的部分也會被鋪成面，在這里可用Insert|Mesh|FillHoles完成破洞的手動修補。

圖3　過濾后的點云模型Figure 3　Point cloud model after filtering

圖4　鋪面后的點云模型Figure 4　Point cloud model after disposing surface

3　點云模型應用

最后是點云模型的應用。由于掃描獲得的點云模型是以3D掃描設備中的坐標系保存的，會存在荒坯理論模型與點云模型坐標系不統一的問題，因此需要對坐標系進行轉換。利用BestFit功能將點云模型與荒坯理論模型進行擬合對齊，并可根據對齊效果進行手動調整。圖5為點云模型與理論模型之間的偏差。最后，將處理后的點云模型與荒坯理論模型進行尺寸對比，以獲得實際生產偏差，指導生產工藝優化。還可將處理后的點云模型網格劃分后另存為STL格式，導入DEFORM軟件進行數值模擬。

圖5　點云模型與理論模型的偏差Figure 5　The deviation between the pointcloud model and the theoretical model

4　結論

不同于以往采用人工測量鍛件荒坯的傳統方法，本文提出的逆向工程方法是利用逆向工程軟件CATIA對3D掃描獲得的點云模型進行處理，能獲得真實和準確反映實際生產的荒坯數據和模型，處理后的荒坯模型可以直接導入DEFORM等模擬軟件進行數值模擬，能科學有效地利用模擬結果指導實際生產。

編輯杜敏

ApplicationofReverseEngineeringonProductionofForgingBlank

LuoHengjun,ZhangHaicheng,ZengDetao,XieJing

ByadoptingthereverseengineeringsoftwareCATIA,thepointcloudmodelofforgingblankobtainedfrom3Dscanninghasbeenprocessedtogetthedataandmodelofblankwhichcanreflecttheactualproductionaccurately.ThenumericalsimulationcanbeperformedbymeansofimportingtheprocessedblankmodelintoDEFORMsimulationsoftware,soastoguidetheactualproductionscientificallyandeffectively.

reverseengineering;forgingblank;pointcloudmodel

2015—12—25

羅恒軍(1982—)，男，碩士研究生，工程師，主要從事鍛造工藝研究。

O242.1B