基于逆向工程的模具修復(fù)技術(shù)

1、基于逆向工程的模具修復(fù)技術(shù)【摘 要】模具在制造業(yè)中應(yīng)用日益廣泛，使用過(guò)程中不可防止地產(chǎn)生磨損或破損。逆向工程提供了模具修復(fù)的新途徑，本文介紹利用逆向工程技術(shù)進(jìn)展模具修復(fù)的方法及其關(guān)鍵技術(shù)，以進(jìn)步模具修復(fù)的精度和效率，降低模具本錢，延長(zhǎng)其使用壽命?！娟P(guān)鍵詞】 逆向工程 模具修復(fù) 點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理 曲面重構(gòu) 三維實(shí)體化模具在制造業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛，在其使用過(guò)程中不可防止地產(chǎn)生磨損或破損。對(duì)于外表磨損嚴(yán)重或有較大破損的模具，尤其是具有復(fù)雜曲面的模具，采用逆向工程的技術(shù)手段，可以獲得較好的修復(fù)效果。本文介紹逆向工程技術(shù)進(jìn)展模具修復(fù)的方法，并對(duì)其中的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)展討論。1 外表數(shù)據(jù)采集基于逆向工程進(jìn)展模

2、具修復(fù)的首要工作是外表數(shù)據(jù)采集，即分析被測(cè)對(duì)象的形狀、測(cè)量部位，再結(jié)合所選測(cè)量設(shè)備的特征參數(shù)如測(cè)量范圍、測(cè)量精度等制定測(cè)量方案。由于受測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量范圍限制，大型模型需分幾次完成型面測(cè)量；對(duì)于復(fù)雜型面要注意投影編碼盲點(diǎn)和視覺(jué)死區(qū)等問(wèn)題，此時(shí)需分區(qū)測(cè)量；對(duì)于模具上較大的磨損面，應(yīng)選擇測(cè)速效率高的數(shù)字化設(shè)備；對(duì)于構(gòu)造形狀復(fù)雜的外表，應(yīng)選擇可以進(jìn)展復(fù)雜輪廓測(cè)量的設(shè)備；此外，測(cè)量設(shè)備的精度應(yīng)高于后續(xù)分析的精度。為了高速、高精度數(shù)據(jù)采集，可以采用接觸式與非接觸式相結(jié)合的方法進(jìn)展測(cè)量。對(duì)模具破損區(qū)域測(cè)量后得到點(diǎn)云數(shù)量要足夠，以保證分析精度要求。2 點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理采用任何測(cè)量方式、測(cè)量系統(tǒng)所采集到的數(shù)據(jù)均有

3、誤差，因此要進(jìn)展點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理。主要包括多視點(diǎn)云拼合、數(shù)據(jù)濾波、數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)、數(shù)據(jù)分塊等幾個(gè)方面。2.1 多視點(diǎn)云拼合多視點(diǎn)云拼合是將多個(gè)視角獲得的子區(qū)域信息統(tǒng)一到同一坐標(biāo)系中。其方法主要有兩種：通過(guò)專用測(cè)量裝置記錄工件測(cè)量過(guò)程中的挪動(dòng)量和轉(zhuǎn)動(dòng)角度，由測(cè)量軟件直接完成點(diǎn)云數(shù)據(jù)的拼合；直接操作點(diǎn)云數(shù)據(jù)，以獲得完好的數(shù)據(jù)信息和一致的數(shù)據(jù)構(gòu)造；此外還有基于圖形的多視對(duì)齊等。多視點(diǎn)云拼合獲得的數(shù)字化模型應(yīng)滿足磨損型面數(shù)據(jù)完好，以保證與磨損前模型對(duì)齊的精度到達(dá)磨損分析的要求。2.2 數(shù)據(jù)過(guò)濾由于測(cè)量時(shí)受到不可防止的誤差和人為因素的影響，使采集點(diǎn)云并非完全落在實(shí)體上，會(huì)有大量的雜點(diǎn)也稱壞點(diǎn)。用肉眼可以識(shí)別的雜

4、點(diǎn)可以手工去除，其他可以采用標(biāo)準(zhǔn)高斯濾波法、平均濾波法和中值濾波法等去除，其中高斯濾波法對(duì)保持原始數(shù)據(jù)的形貌有較好的效果，中值濾波在消除數(shù)據(jù)的毛刺方面效果較好。點(diǎn)云數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)濾后更平滑和連接，更貼合實(shí)物特征。2.3 數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)過(guò)濾后的海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在不損失模型特征的情況下需要精簡(jiǎn)，以進(jìn)步后續(xù)的工作效率。方法如下：散亂點(diǎn)云可通過(guò)隨機(jī)采樣精簡(jiǎn)；掃描線點(diǎn)云和多邊形點(diǎn)云可采用等間距縮減、倍率縮減、等量縮減、弦偏向等方法精簡(jiǎn)；網(wǎng)格化點(diǎn)云可采用等分布密度法和最小包圍區(qū)域縮減。此外還有空穴填補(bǔ)和基于面密度概念的數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化法等。2.4 數(shù)據(jù)分塊根據(jù)實(shí)體外形曲面類型，將不同自取面類型的數(shù)據(jù)劃分為不同類型的數(shù)據(jù)域。點(diǎn)云

5、分塊有基于測(cè)量的分割和自動(dòng)分割兩類，其中自動(dòng)分割法包括基于邊和基于面兩種。點(diǎn)云數(shù)據(jù)分塊后，經(jīng)過(guò)曲面過(guò)渡、相交、剪裁等方法將多個(gè)分塊的曲面組成一個(gè)整體模型，以實(shí)現(xiàn)曲面重構(gòu)。點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理后所獲得的純潔數(shù)據(jù)將為后續(xù)模型重構(gòu)奠定根底。3 曲面重構(gòu)曲面重構(gòu)是逆向工程中最復(fù)雜、最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。曲面重構(gòu)是將點(diǎn)云數(shù)據(jù)通過(guò)插值或者擬合構(gòu)建近似實(shí)體原型的模型，主要包括曲面擬合和曲面建模兩方面的內(nèi)容。3.1 曲面擬合曲面擬合前應(yīng)合理規(guī)劃幾何特征、選擇適宜的算法和參數(shù)；曲面擬合后，應(yīng)保證區(qū)域內(nèi)的曲面擬合質(zhì)量以及特征線的曲面連續(xù)性。曲面擬合主要有兩種方法。一是由數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合出樣條曲線，并對(duì)樣條曲線進(jìn)展曲率分析，確定誤差是

6、否控制在允許范圍內(nèi)，否那么要光順處理，直至合格；然后利用三維造型軟件擬合出曲面。二是直接對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)展曲面片擬合，再經(jīng)過(guò)對(duì)曲面片的過(guò)渡、拼接、裁剪等操作完成曲面擬合。此時(shí)要注意曲面之間保證曲率連續(xù)，對(duì)生成的曲面進(jìn)展誤差分析。3.2 曲面建模曲面建模目前主要是通過(guò)人工交互來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于特征線是重構(gòu)曲面的邊界限，因此利用特征線劃分點(diǎn)云區(qū)域，再以特征線為中心，利用軟件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理、曲面修剪等功能，重構(gòu)出完好的曲面模型。曲面模型的幾何特征識(shí)別、曲面光順性與準(zhǔn)確性，有賴于建模人員的經(jīng)歷和技巧。4 三維實(shí)體化與區(qū)域特征提取在對(duì)上述曲面模型生成實(shí)體的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生破損小曲面片，此時(shí)將所有曲面按特征劃分為假設(shè)干區(qū)域，對(duì)可能出現(xiàn)破碎片的圖層進(jìn)展檢查，去除破損片體，然后再縫合，得到破損模具三維實(shí)體模型。將破損模具實(shí)體模型與標(biāo)準(zhǔn)模具模型分析比照，利用三維軟件中的求差方法，獲得破損區(qū)域三維數(shù)據(jù)模型，提取磨破損區(qū)域特征。通過(guò)編程軟件對(duì)破損區(qū)域進(jìn)展軌跡編程，將生成的代碼通過(guò)機(jī)器人運(yùn)行，在模具磨破損區(qū)域完成準(zhǔn)確修補(bǔ)如熔覆專用的金屬粉末等。5 結(jié)語(yǔ)逆向工程技術(shù)提供了新的模具修復(fù)的技術(shù)手