座艙外形的逆向建模分析

楊兵

摘 要：座艙是飛機(jī)中的重要構(gòu)件，主要用于設(shè)備儀器安裝、操作系統(tǒng)安裝、飛行員操控和救生系統(tǒng)安裝等。座艙的理論外形直接影響飛機(jī)的力學(xué)性能和安全，座艙的理論外形主要由風(fēng)擋、座艙蓋等組成。逆向技術(shù)是一種反求工程，它是將實(shí)樣等的掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化處理，進(jìn)行三維建模的工程。對(duì)整個(gè)座艙進(jìn)行掃描，應(yīng)用逆向技術(shù)建模，構(gòu)造座艙理論外形，并進(jìn)行定位和對(duì)比，是一項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)。

關(guān)鍵詞：逆向建模；三維掃描；座艙外形

1 數(shù)據(jù)掃描

通過激光掃描設(shè)備對(duì)整個(gè)的座艙部件進(jìn)行外廓完整掃描，對(duì)一些有用的定位基準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)識(shí)，生成掃描數(shù)據(jù)。掃描要保證精度，對(duì)軸線等定位基準(zhǔn)進(jìn)行清楚標(biāo)識(shí)，便于保證零件的空間定位位置。掃描數(shù)據(jù)由大量的點(diǎn)組成，常用的掃描數(shù)據(jù)格式有Stl、Iges、3DXml等格式。

2 數(shù)據(jù)處理

座艙的數(shù)據(jù)量非常龐大，掃描的多余點(diǎn)也較多，對(duì)多余點(diǎn)云進(jìn)行必要的刪除，對(duì)刪除后的點(diǎn)云進(jìn)行篩選（選擇合適的保留數(shù)據(jù)比），減少數(shù)據(jù)量，同時(shí)注意保留零件主要特征點(diǎn)，保證數(shù)據(jù)精度，從而便于進(jìn)行曲面的構(gòu)造。處理以后的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行網(wǎng)格面的生成。但是郵于網(wǎng)格面是虛擬構(gòu)造，表面較粗糙，無法進(jìn)行實(shí)體命令，不便與進(jìn)行使用，所以需要在此基礎(chǔ)上進(jìn)行曲面生成。

3 曲面構(gòu)造

由于掃描數(shù)據(jù)較大，形狀復(fù)雜，不便于進(jìn)行曲面生成，對(duì)整個(gè)點(diǎn)云進(jìn)行分析，將座艙蓋和風(fēng)擋等分離，對(duì)曲面進(jìn)行分塊，分別進(jìn)行生成。曲面分塊按照座艙的零部件進(jìn)行拆解，構(gòu)造較為簡(jiǎn)單的曲面塊，便于曲面的生成。生成曲面前，需進(jìn)行分塊曲面的曲線生成，包括截面線、引導(dǎo)線等，作為曲面生成依據(jù)。曲面主要生成方式有強(qiáng)制擬合曲面、多截面曲面、掃略曲面、填充曲面和拼接曲面等。依據(jù)不同的曲面形狀和結(jié)構(gòu)，進(jìn)行曲面的生成。然后對(duì)生成曲面進(jìn)行剪裁，保證使用范圍。在進(jìn)行曲面生成時(shí)，要保證曲面的光滑度和精度，修復(fù)曲率變化大的地方。

4 曲面誤差分析

對(duì)生成的曲面進(jìn)行分析，查看與點(diǎn)云的偏差。曲面誤差分析命令主要在CATIA中的快速曲面生成和曲面數(shù)字化編輯模塊，在進(jìn)行分析時(shí)，注意對(duì)點(diǎn)云和曲面進(jìn)行有效分割，編輯誤差的大小（以mm為單位），一般要求偏差在正負(fù)0.5mm以內(nèi)的點(diǎn)占90%以上，這樣的曲面才可以進(jìn)行使用。分析最大誤差，對(duì)曲面進(jìn)行完善，保證曲面精度。

5 曲面偏移

由于座艙的掃描輪廓與理論外緣有些部分有一定的距離，需要將曲面偏移到理論曲面，對(duì)照相應(yīng)的技術(shù)和尺寸要求，進(jìn)行理論外緣的生成。偏移后的曲面可能在接縫處有間隙，按照橋接或填充命令等進(jìn)行修補(bǔ)，保證最終曲面的完整性。

6 曲面定位

由于所掃描的座艙數(shù)據(jù)沒有定位關(guān)系，需要將所生成曲面定位到機(jī)體坐標(biāo)系中的相應(yīng)位置。主要依據(jù)座艙掃描中所帶的一些孔位置、框平面位置、座艙蓋口框腹板等進(jìn)行定位。采用孔定位，主要依據(jù)座艙蓋口框腹板上的對(duì)角線孔進(jìn)行定位，將生成曲面數(shù)模與兩口框裝配到一起，對(duì)口框數(shù)模進(jìn)行固定，然后在曲面數(shù)模中擬合生成口框中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，然后將相應(yīng)的點(diǎn)進(jìn)行重合約束，以達(dá)成將點(diǎn)云生成的曲面定位。采用框面進(jìn)行定位，主要依據(jù)掃描中所帶的框和分離面基準(zhǔn)生成平面，與飛機(jī)坐標(biāo)系中的框平面進(jìn)行重合，以達(dá)到將曲模定位。當(dāng)定位困難時(shí)，對(duì)相應(yīng)的基準(zhǔn)部分進(jìn)行微調(diào)，保證相互重合。

7 定位曲面再分析

對(duì)于生成的曲面和需對(duì)比曲面進(jìn)行偏差分析，查看曲面的誤差大小，是否滿足要求，定位的曲面空間位置是否與對(duì)比的曲面相符，得出結(jié)論。

8 結(jié)束語

通過以上的掃描建模和誤差分析，找到一種實(shí)體與理論曲面對(duì)比的方法。不僅可以提高對(duì)比的效率，也能夠節(jié)省人力物力，達(dá)到誤差分析的目的。對(duì)于沒有三維數(shù)模或者數(shù)模不夠準(zhǔn)確的零件，逆向建模時(shí)一種行之有效的方法。對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行三維模型表達(dá)，它不僅能夠滿足設(shè)計(jì)要求，也能符合生產(chǎn)要求。