基于Imageware+的整体式叶轮的逆向建模技术
基于Imageware的逆向工程曲面重构技术
（２）点处理模块：从测量设备读取点云，点云数据抽
取达到要求的密度。使的点云整齐有序，分块／修剪点云 等：
（３）曲线曲面模块：提供完整的曲线曲面建立和修改 工具：
（４）多变造型模块：提供了处理任何大小的多边形模 型的能力：
（５）检验模块：对测量数据和ＣＡＤ数据进行对比评估；
（６）评估模块：定性和定量地评定模型的总体质量。
图４ 触发角的调节与Ａ相的触发电流波形
图５ 变压器Ａ相激磁电流波形
策略上，本文提出的改进的ＴＣＲ控制算法，采用简单逻辑 判断与传统的Ｐｌ控制相结合的方法，在不影响原控制精度 与响应速度的前提下．解决传统控制造成隔离变压器磁通 饱和而导致能耗增加等问题，最后对系统进行建模仿真， 结果证明此方法能有效改善ＴＣＲ对隔离变压器的影响，为 以后控制策略的发展奠定基础。 参考文献： ［１］李勇，罗隆福，尚荣艳，等．新型直流输电系统阀侧绕组无
（上接第２９页）
图１５ 底部曲面
所示。将完成的曲面与原始点云比较后，得到如图１８所 示的误差．发现局部误差最大达到Ｏ．６ｍｍ，通过Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｔ ｗ／ＣＩｏｕｄ ａｎｄ Ｃｕｎｒｅｓ拟合曲面后，用Ｍａｔｃｈ来处理曲 面与曲面间的位置、曲率、相切连续性，通过微量调整局 部控制点达到误差要求。
图１７ 完整的曲面
金茜
（南京工程学院先进制造技术工程中心， 江苏南京 ２１１１６７）
摘要：阐述了Ｉｍａｇｅｗａｒｅ软件的特点和主要模块，分析了ｌｍａｇｅｗａｒｅ软件的一般流程，通过具体实例介绍了ｌｍａｇｅｗａｒｅ软件在逆向 工程曲面重构中的应用。
关键词：逆向工程；ｉｍｔ培ｅｗａｒｅ；点云；曲面重构
中图分类号：ＴＰ３９１．７２
图８ 拟合额头曲面
图９ 额头曲面误差
基于Imageware逆向工程的关键技术与应用
点 ， 种情 况 ， 方 面通 过 调 整控 制 点 缩 小 参 数 直 接 算 出测 量 点 的 误 差 ， 可 以 用 一 两 一 也 偏 差 和 标 准 差 来 评 价 曲面 对 数 据 点 的 拟 合 程 度 ， 可 以 用 平 均 误 差 来 评 价 曲 面 的 逼 还 近程度 ， 实际工作中， 均误差是评价 曲 在 平 面与 点云重合度的非常 重要的指标 。 而 在 数 字 化 测 量 中 ， 差 来 源 主 要 有 误
ｏ４ ０ ｏ ５ ．９ ３ １ ．
满 足 拟 合 曲面 的 误 差 要 求 。
隙 ， 以 我 们 要 将 最 后 处 理 的 所 有 面 匹 配 所 （ ｔｈ 、 Ｍａ ｃ ） 合并 （ ｒ ｅ ， Ｍｅｇ ） 完成ｇ ｌ 逆 向 。 ｏｆ 的 完 ６ 结语 通 常 所 讲 的 逆 向设 计 是指 将 实 物 样 件 成 三维 造 型后 ， 以在 Ｉ ｇ ｗａ ｅ 件 中 对 可 ｍａ ｅ ｒ软 ＡＤ模 型 ， 点云 数据 可 通 过 一 些 设 点 云 数 据 曲率 变 换较 大 的地 方 重 构 出 来 的 转 变 为 Ｃ 备 由实物 获取 。ｍａ ｅ ｒ 是 一 门专 业的 逆 Ｉ ｇ ｗａ ｅ 曲 面 进 行 误 差 分 析 ， 过 用 彩 色 云 图将 差 通
定 数 量 测 量 点 的 最 大 拟 合 偏 差 、 小 拟 合 最
向设 计 ， 会带 来 前 所 未 有的 方便 和快 捷 。
差， 最大 误 差 不 超 过 土０ ５ ｍ， 以达 到 误 ．ｒ ａ 可
差要求。 在拟合过程中， 若 发现 误 差 较 大 的
步距接近点云 ， 另一 方 面 ， 有可 能 出现 点 也 厶 噪 点 而 造 成 的 粗 大 误 差 ， 时 ， 们 通过 此 我 圈选 的 方 式 来 删 除 噪 点 ， 达 到 精 度 要求 。 以 这 样我 们的上 表 面就拟 合完毕 了， 下
imageware逆向造型技术
3、曲线、曲面模块 提供完整的曲线曲面建立和修改的工具，包括扫掠、放
样及局部操作用到的圆角、翻边及偏置等曲面建立命令。 4、多边形造型模块
提供完美的三角形数据处理，提供处理任何大小的多边 形模型的能力，能够处理以下的数据源和数据类型：STL 数据、有限元数据和VRML数据。
2-1-3 Imageware 基本操作
三、功能设置
命令：【Edit】→【Preferences】——曲面的设置
2-1-3 Imageware 基本操作
四、View的操作
2-1- 4 Imageware 实体管理
1、实体类型
点云、 曲线、 曲面、 群组、 矢量图。
所有实体的共有特征：
名称：系统提供唯一的名称。 可见性：可见性可以决定实体的可选性。 颜色：每个实体被分配有默认的颜色，可被改变。 当前激活的：使实体成为所有操作默认的实体。 层：每个实体都必须位于一个层中。
创建工具条
曲线特征
简单曲面
坐标
直线
圆/ 圆弧
平面
2-1-1 Imageware 用户界面
构造工具条
构造扫描曲面
构造截面
构造相交
构造投影
构造曲面
构造混合曲面 构造偏距 从曲面构造曲线 构造多边形网格
2-1-1 Imageware 用户界面
修改工具条
修改曲面
方向
高级显示
对齐
修改曲线
操作
裁剪
Orient（方向确定）
2-1-2 Imageware 功能模块
5、检验模块 可检测复杂数字形状与物理以及物理样机的三维模型。提
供大量工具以输入CAD数据及点云数据并将这些数据进行对 其用于比较零件与扫描数据之间定性及数量上的差别。 6、评估模块
Imageware12逆向工程基础入门教程
目录第一章 逆向工程简介1.1逆向工程的现状与发展1.2测量设备简介第二章 Imageware操作界面简介2.1工作环境简介2.2档案管理2.3视角第三章 点云的后处理3.1显示3.2编辑3.3创建点3.4点云编修3.5点云选取与剖切3.6点云定位第四章 曲线的创建4.13D曲线4.2简单曲线4.3直线4.4桥接线4.5圆角线4.6曲面上的曲线4.7由点云产生的曲线4.8来自于曲面的曲线4.9曲线的连续性4.10曲线的参数编辑4.11曲线的延伸4.12曲线的打断4.13曲线的方向第五章 曲面的创建与编辑5.1平面5.2简单曲面5.3曲面来自点云5.4曲面5.5扫掠曲面5.6凸缘曲面5.7曲面桥接5.8曲面圆角5.9曲面偏置5.10曲面相交5.11曲面的参数编辑 5.12曲面的外形控制 5.13曲面延伸5.14曲面打断5.15曲面修剪5.16曲面的方向5.17曲面匹配第六章 品质检测6-1控制彩显图6-2曲率分布图6-3曲面流线图6-4连续性检测6-5制程检测6-6测量第一章 逆向工程简介1.1 逆向工程的现状与发展逆向工程作为产品设计的一种手段，在20世纪90年代初开始引起各国工业界和学术界的高度重视。
美国的许多工程学院开设了逆向工程课程，教授学生用再设计代替原型设计，作为解决设计问题的一种方法。
近几年，在我国广东，浙江，上海等发达地区和城市，各类设计公司如雨后春笋般的涌现出来，一片欣欣向荣的态势。
东莞号称是世界的制造工厂，而东莞却是我国工业最发达的城市之一。
这说明我国目前的工业水平和发达国家还有一定的距离，不然为什么老是为别的国家加工呢？那么是不是可以这样推论，今后的二十年左右的时间，我国大部分地区仍将以加工，仿制的生产方式呢。
实际上即使发达国家对逆向工程的使用也是相当普遍的。
正如汽车的开发流程：概念设计――效果图――油泥模型――逆向建模――试验――优化设计――样车逆向工程不仅在现在，在未来的社会发展中也将扮演非常重要的角色。
基于Imageware的逆向工程在汽车模型上的应用研究
基于Imageware的逆向工程在汽车模型上的应用研究作者：王娟来源：《山东工业技术》2019年第02期摘要：逆向工程理论是先进的快速建模理论，它是利用扫描设备从现有的模型或产品中获得数据信息，以计算机为载体运用曲面重构理论进行模型的修复和重建，最终获得产品的CAD模型。
逆向工程理论适用于设计结构复杂的产品，以实现模型的快速设计和仿形。
本文通过研究汽车模型的逆向，总结了整个汽车模型外形的逆向方法，利用三维激光扫描仪采集汽车模型的外表面数据，基于曲面重构理论并利用逆向软件Imageware重构汽车外形的CAD模型。
关键词：Imageware;逆向工程;汽车模型;曲面重构DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2019.02.1331 引言随着计算机技术的发展，汽车车身外形形态各异，曲面越来越复杂，流线越来越优美，传统的汽车车身设计是从油泥模型到实物成型，这种设计方法有着很大的局限性，用一般的CAD设计方法难以在计算机中构造出复杂的几何结构。
然而科学技术的巨大进步带来的各种设计方法也在不断的发展创新，特别是在计算机辅助设计飞速发展的今天，逆向工程技术已经非常发达和成熟。
逆向工程是一种先进的设计理论，在对复杂车身几何外形的研发方面有着重要的意义。
2 逆向工程所谓逆向工程（Reverse Engineering，RE），是把已有的产品模型（实物模型）或者影像资料等信息作为研究对象，运用现代先进设计理论、计算机技术和各个科学领域的相关知识以及一系列分析方法等，通过对产品生产过程的解剖和制造特点的分析深化，对关键技术的掌握以及对设计理念的探究，再设计开发出更为优化的同类产品的过程，也称为反求工程。
图1完整的给出了从实物模型到新产品利用反求工程开发的过程，清楚地给出了反求工程的设计过程。
3 汽车模型的逆向工程过程（1）采用三维激光扫描仪对汽车模型进行扫描，经过若干次的扫描得到汽车模型各个面的坐标数据的“点云”，如图2。
UG_Imageware在逆向工程曲面重构中的应用
传统的产品实现通常是从概念设计到图样 , 再制造出产品 ,我们称之为正向工程 (或顺向工程 , 而相对于传统的设计而言, “逆向工程” (Reverse Engineering , RE , 也称反求工程、反向工程等 , 它起源于精密测量和质量检验 , 是设计下游向设计上游反馈信息的回路 , 主要是通过 3D 数字化测量仪或光学设备对物理原型进行扫描 , 获得点云数据 , 再通过相应的处理软件如UG/Imageware 等转变成曲面的过程。
逆向工程的思想最初是来自从油泥模型到产品实物的设计过程。
在 20世纪90年代初 , 随着现代计算机技术及测试技术的发展 , 逆向工程发展为一项以先进产品、设备实物为研究对象 , 利用 CAD/CAM 等先进设计、制造技术来进行产品复制、仿制乃至新产品开发的一种技术手段 , 其相关领域包括几何测量、图像处理、计算机视觉、几何造型和数字化制作等。
1Imageware 处理逆向工程典型工作流程1.1逆向工程的工作流程逆向工程具体的工作流程是针对实际工作零部件 (样品或模型 , 利用 3D 数字化测量仪或光学扫描仪快速准确地测量样品表面或轮廓线条 , 得到样品点云数据 , 并加以点云数据处理、曲线处理、曲面处理后 , 重构模型并加以分析和加工。
具体工作流程 , 如图 1所示。
图 1逆向工程典型工作流程图1.2Imageware 对点云数据的处理流程在逆向工程的工作流程中 , Imageware 软件主要应用在点云数据处理、模型重建过程及相关误差评价。
主要涉及到以下三个工作过程 :点处理过程、曲线处理过程和曲面处理过程。
逆向改进完善设计样品或油土模型数据处理3D 扫描 CAD 曲面构建CAD 结构设计 RT 快速模具RP 快速成型 UG/Imageware 在逆向工程曲面重构中的应用邹金兰 1张宇2郭勤静 2(1广东工贸职业技术学院机电系 , 广州 510510(2昆明理工大学机电工程学院 CIMS 应用研究中心 , 昆明 650093The application of UG/Imageware on surface recreate of reverse engineering ZOU Jin-lan 1, ZHANG Yu 2, GUO Qin-jing 2(1Guangdong Industry and Trade Profession Technology College , Guangzhou 510510, China(2Kunming University of Science and Technology , Kunming 650093, China!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! "!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! "! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! "【摘要】结合曲面自身特点 , 采用 ATOS 扫描仪对其扫描得到点云数据 , 利用逆向造型软件Imageware 强大的点云数据处理功能 , 采用 4-边界法在 Imageware 中进行点云数据处理、曲线处理、曲面处理等 , 重构曲面模型并进行模型误差评价。
Imageware在逆向工程建模中的应用
描得到的安全帽点云数据 " 结 果 如 图 ) 所 示 $ 在 扫 描 的 过程中会在点云中引入噪声 数 据 " 海 量 点 云 也 使 计 算 机 的处理时间偏长 " 而且点云 的 摆 放 位 置 也 不 合 理 " 这 会 给逆向造型带来不便 $ 这 就 要 利 用 Q % 0 _ 9 0 3 _提 供 的 点 Y 云处理 功 能 对 点 云 进 行 去 噪 # 平 滑 # 精 简 及 对 齐 等 处 理 " 结果如图 ) 所示 $
!!!
P@／ 2 PB ／ 2 P ^ ^ 应用 !!!!! !! @ 4 & # + 1 & 3 % 3 @8! 0 @?! 0 @; ;2 L L *0
2 3 4 6 7 4 6在逆向工程 5 建模中的应用
西安科技大学 ! ! 陕西 !! " ! 张 ! 瑞 ! 李建华 " # # $ %
I 5#I _ 6 !! 技 术 引 进 的 正 常 途 径 是 通 过 逆 向 工 程 " $ % 随着逆向 工 程 及 其 相 关 理 论 技 术 研 k _ 3 ; _5 , + , _ _ 3 + , Y Y 究的深入 进 行 # 逆 向 造 型 软 件 也 得 到 了 广 泛 的 开 发 应 用%本 文 针 对 逆 向 造 型 过 程 中 的 关 键 技 术 介 绍 Q % 6 0 _ 9 0 3 _在逆向建模中的实际应用 % Y 软件 " 图样 & 程序 & 技术文件 等 $ 或 影 像 " 图 片& 照 片 等 $ 作为研究对象 # 应用系 统 工 程 学 & 产 品 设 计 方 法 学 和计算机辅助技术的理论和 方 法 # 探 索 并 掌 握 产 品 全 生 命周期设计 & 制造和管理的 关 键 技 术 # 进 而 开 发 出 同 类 的或更先进 的 产 品 % 逆 向 工 程 的 具 体 流 程 图 如 图 " 所 示%
基于IMAGEWARE风扇叶反求与快速原型制作
基于IMAGEWARE风扇叶反求与快速原型制作王小军【摘要】以风扇为研究对象,论述了逆向工程技术与快速原型技术相结合的方法.在逆向工程中应用IMAGEWARE软件处理三维激光扫描仪测量得到的风扇点云数据,进而使用三维造型软件Pro/E对其进行了曲面重构,获得了所需的风扇实体模型,并对风扇叶进行了的模具设计,为新产品开发中的预评估、有限元分析等提供了宏观的模型和产品开发依据.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2010(000)008【总页数】2页(P126-127)【关键词】点云数据;风扇;逆向工程;快速原型;IMAGEWARE软件【作者】王小军【作者单位】陕西理工学院机械工程学院,汉中,723003【正文语种】中文【中图分类】TH161 逆向工程技术逆向工技术又称反求技术或反向工程[1]。
广义的反求技术包括形状反求、工艺反求等诸多方面的反求，是一个复杂的系统工程。
目前，大都集中在几何的反求，即模型产品实物的CAD 重建方面。
本论文提出利用IMAGEWARE 的反求功能模块对所测量的点云数据进行处理，剔除坏点数据，得到用户满意的拟合曲线和曲面，为提高重构模型的精度提出了一种切实可行的方案[2-4]。
2 研究内容2.1 风扇叶点云数据采集本文对风扇实体进行点云数据的采集。
采用非接触式测量，使用设备是SEREIN 三维激光扫描机。
在风扇表面均匀喷涂反差剂，待其干燥后进行扫描。
扫描的风扇实物，如图1 所示。
图1 扫描用风扇对SEREIN 三维激光扫描机经过一系列设置和调试，在转台上固定好风扇模型后，将测头移至模型处，打开镜头、网格和激光。
调解激光至最佳状态，如前面所示，确定好扫描的左右边界及下边界。
单击按钮。
用Surface 软件打开扫描文件，并用菜单按钮整理点云模型，裁剪出一个扇叶的点云数据模型，如图2 所示。
图2 裁剪出的一片风扇点云2.2 风扇点云处理本次逆向使用软件是Imageware，该软件是著名的逆向工程软件，广泛应用于汽车、航空、航天、消费家电、模具、计算机零部件领域。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第31卷第2期2014年6月上海第二工业大学学报JOURNAL OF SHANGHAI SECOND POLYTECHNIC UNIVERSITYV ol.31No.2Jun.2014文章编号:1001-4543(2014)02-0134-06基于Imageware的整体式叶轮的逆向建模技术魏天翔(上海交通大学机械与动力工程学院,上海200240;上海第二工业大学机电工程学院,上海201209)摘要:整体式叶轮是压气类发动机的核心部件,它的建模技术和制造技术直接影响到发动机的运行及可靠性。
带分流叶片的整体式叶轮,其造型规范,是典型的复杂曲面类零件。
基于Imageware技术平台,运用逆向工程技术对整体式叶轮进行曲面模型的重构。
关键词:整体式叶轮;逆向工程;Imageware;模型重构中图分类号:TP391文献标志码:A0引言逆向工程也称为反求工程,与正向设计不同的是,它是在已有模型的基础上进行数字化模型的重建[1]。
整体式叶轮的逆向建模技术是通过还原出该产品外形、结构组织及技术规格等主要设计要素,制造出形状、功能相近又不完全一致的零件产品[2]。
带分流叶片的新型整体式叶轮,采用的是大、小叶片相结合的复合叶轮[3],该核心零部件的创新能大大提高压气类发动机的性能,通过逆向建模的研究能够探索出一种快速原型建模的方法。
1数据的采集高效、准确地实现零件表面数字化,是实现逆向工程技术的关键和首要环节。
美能达VIVID9i(见图1)是一种非接触式三维扫描仪,其工作原理是基于三角几何测距法的原理。
VIVID9i三维扫描仪具有测量速度快、无需作半径补偿等优点,在实际应用中已占据了主导地位[4]。
利用VIVID9i三维扫描仪对叶轮的数据进行采集。
单幅视图很难完整地表达出数据模型,往往需要由多个不同角度的视图拼接而成。
被扫描的叶轮是一个带有大、小叶片的复杂曲面零件,共有7组(14个)叶片组成。
根据叶轮模型的结构特点,对其进行7个不同视图的扫描,并在7组叶片上分别注上标记(特别在拼接的叶片背面),为之后的拼接做好准备。
VIVID9i三维扫描仪系统配备Polygon Editing软件,在扫描数据的同时可以直接对相邻的扫描试图进行配对拼接。
叶轮实物如图2所示,扫描数据如图3所示。
图1VIVID9i三维扫描仪Fig.1VIVID9i3DScanner图2叶轮实物模型Fig.2Model of impeller收稿日期:2014-03-04通讯作者:魏天翔(1985–),男,上海人,助教,上海交通大学硕士在读,主要研究方向为逆向工程、计算机辅助制造,电子邮箱txwei@。
基金项目:上海第二工业大学校培育学科项目(No.XXKPY1305)资助第2期魏天翔:基于Imageware的整体式叶轮的逆向建模技术135图3扫描数据Fig.3Scan data2数据处理2.1数据的预处理点云数据在采集的过程中除了有所需要的叶轮数据外,往往还会有一些不需要的杂点,这些杂点我们将其称之为离散点,设备的校准不佳或操作人员的经验不足都是造成这些杂点数据的原因,所以在曲面重构之前一定要进行数据的预处理。
叶轮的点云数据是无序的,凌乱点云数据的预处理一般包括:多视图的拼接、点云的分割、点云数据杂点的清理、数据的简化等步骤[5]。
数据简化在点云阶段的处理是一个很重要的环节,根据扫描数据的点云数量的多少来进行具体情况的分析。
当点云数量很大时,点云模型结构很不清晰,可以通过数据简化来识别模型特征,方便曲面重构;反之,点云数量不多时,模型结构比较明显,这时数据简化可以省略。
Imageware提供了均匀采样、弦偏差采样和距离采样这3种简化方法。
其中,均匀采样适用于有序点的简化;弦偏差采样是利用最大偏差值及最大跨距来进行参数优化的,对于散乱的数据点,由于其相邻的3个数据点通常会超出极限弦偏离值,故几乎所有的数据都未被采集到,达不到简化的目的;距离采样适用于无序点和有序点的采样,这种方法只考虑点与点之间的距离而忽略点之间的顺序,这种简化点方式将会使点云更加均匀。
本文叶轮的点云数据是散乱的无序点云,故运用距离采样的方法对原始的点云数据进行简化,采样的距离为0.5,由原来的80多万个点云简化到20多万个点云。
2.2整体式叶轮模型的重建由Imageware软件中的测量值得知,叶轮的直径为100mm,总高度为50mm,大、小叶片的前后端处倒角为0.3mm,叶片和轮毂之间的倒角为2mm。
从扫描的叶轮可以看出,叶轮模型的重构主要由这些特征构成:轮毂面、轮盖面、大叶片、小叶片及各连接面的倒角。
2.2.1叶轮轮毂面的重建叶轮的轮毂是叶轮重建的重要特征之一,其难点在于回转轮廓线的提取。
首先在点云上构造回转轮廓线,通过绕旋转轴(z轴)进行旋转,生成回转面。
运用交互式点云截面的方法,在大、小叶片之间的轮毂曲面上创建回转轮廓线。
提取后的轮廓线如图4所示。
运用这些点云提取点来拟合曲线,这条拟合的曲线被认为是轮毂面的母线。
拟合后的轮廓线如图5所示。
图4提取后的轮廓线Fig.4Contour lineextraction图5拟合后的曲线Fig.5Afterfitting the curve轮毂面的的创建是通过回转轮廓线构成的,在拟合轮廓线时,通过u、v参数(u、v表示曲面边界控制方向,u表示边界的纵向,v表示边界的横向)来确定回转轮廓线的曲线,故生成的曲线为非均匀有理B样条,也称为NURBS曲线。
在创建回转曲面时,由NURBS曲线生成的曲面则是NURBS曲面。
NURBS曲面能很好地体现出轮毂面的特征,其垂直于中心轴的每一个截面都能保证是整圆,这样叶轮在高速运转的时候不出现振动的现象。
如果运用贝塞尔或B样条构建轮毂面的话,其垂直于中心轴的的截面并非是整圆,这样就会出现轻微的偏心,对高速运转的叶轮的影响是很大的。
回转的轮毂面如图6所示。
136上海第二工业大学学报2014年第31卷图6轮毂面的生成Fig.6Hub surface generation2.2.2叶轮轮盖面的重建叶轮的轮盖面是叶片边界端面处的曲面,其最后覆盖的区域很少,但它是叶片成形的组成部分,所以其重要性不言而喻。
本文主要抽取叶片边界的点云,运用公差曲线的拟合方法创建曲线,利用此线作为回转轮廓线的母线进行回转曲面的生成,这样亦能保证生成的是NURBS 曲面。
轮盖面的构建方法和轮毂面基本相同。
轮盖面的母线如图7所示,轮盖面如图8所示。
图7轮盖面的母线Fig.7Wheel cover upbus图8轮盖面的生成Fig.8Wheel cover generated surface2.2.3叶轮叶片的重建叶轮叶片的重建不同于前面轮毂和轮盖面的建模方法,它主要是基于各截面线的特征来实现逆向建模。
它运用放样构造曲面的方法,要求曲面通过各截面线,截面线之间应条件一致且具有很强的兼容性。
早期的造船及航空航天工业都普遍运用此方法来进行曲面造型。
以大叶片的背面为例,首先运用在预处理阶段提取的一组叶片作为建模对象,利用圈选点的方法提取一片大叶片的点云数据,如图9所示。
这时轮毂和大叶片是连在一起的,对大叶片建模前必须把轮毂和叶片分离开。
根据轮毂和叶片的建模特征——其根部是通过倒角相连的,可以采用点云曲率的方法把曲率变化较大的点云提取出来,如图10所示。
然后通过基于色彩抽取点云把大叶片的表面作为采样点,分离出大叶片和轮毂面,如图11所示。
图9大叶片点云数据Fig.9Large blade point clouddata图10点云曲率数据Fig.10Curvature of the point clouddata图11色彩抽取Fig.11Color extraction第2期魏天翔:基于Imageware 的整体式叶轮的逆向建模技术137大叶片是一个薄壁类零件,在建模时需要将薄壁件的内外壁分离开,但在采集扫描数据时,这些点云是连续的,将其作为一个整体输入进来。
首先运用距离抽取点云的方法设定一个小于壁厚的距离将内外壁分开,如图12所示。
然后采用平行截取点云截面的方法截取11份点云截面,由截面点云拟合曲线将点云拟合成均匀的曲线,如图13所示。
最后运用曲面放样(Loft)来生成B 样条曲面,如图14所示,并且可以通过不断微调曲面上的控制点来调整曲面的偏差值。
图12大叶片背面点云数据Fig.12Big leaf on the back of the point clouddata图13截面曲线Fig.13Sectioncurves图14大叶片曲面的生成Fig.14Generate large leaf surface同理,大叶片的叶盆、小叶片的叶背和叶盆都是运用这种方法来进行曲面重构的。
然后对所有大、小叶片的边界进行曲率延伸,叶片和轮毂之间通过倒角来连接。
叶片的其余3个边界曲面通过上端面、下端面和轮盖面的曲面的求交得到,利用特征曲线的裁剪等方法完成叶轮叶片的构建,图15为叶轮大叶片曲面的生成。
同样,小叶片的曲面重构也运用这种方法去实现。
图16为大、小叶片及轮毂的曲面模型。
图15叶轮大叶片的曲面Fig.15Large curved impellerblades图16叶轮大、小叶片的曲面Fig.16Impeller large and small surfaces of the blade2.2.4叶轮模型的拟合精度叶轮模型的曲面质量和点云偏差度,可以通过检查控制顶点来初步判断其曲面的光顺度,并由面曲率梳状图来判定其质量的好坏。
一般情况下,高质量的曲面其控制顶点的排列比较整齐,且位于曲面的同一侧。
点云偏差检查的是逆向建模的重构精度,它可以查看模型与原始点云的偏差大小,从而来判别其曲面重构的成功与否。
以大叶片背面的质量评估为例,曲面质量的好坏是通过控制顶点的分布和点云的偏差度来判定的。
本文经过节点的微调,大叶片背面的顶点分布在每个截面上的节点数量基本一致,排列较规整,且基本在同一侧曲面上均匀分布,可以初步判定其曲面的光顺度较好,符合逆向建模的要求,如图17所示。
曲面点云偏差的检查,通过观察云图发现其误差范围在−0.1233∼0.055mm138上海第二工业大学学报2014年第31卷之间,平均误差为0.018,符合曲面模型和点云数据的误差精度,如图18所示。
图17大叶片背面控制顶点示意图Fig.17Schematic large blade back control vertices0.050.040.030.020.0100.0550−0.025−0.050−0.075−0.100−0.125mm 图18点云云图偏差图Fig.18Point cloud cloud deviation chart2.3CAD 应用的集成在轮毂、大叶片和小叶片的曲面重建结束之后,把这些曲面特征保存为IGES 格式导入到UG 三维软件中,进行最后的重建。