《制造技术与机床》杂志创刊于1951年，是我国机械工业科技期刊中创刊早、发行量大、影响面广的刊物之一，拥有广泛、专业的读者群体。本刊属中文核心期刊，中国科技论文统计用刊和《中国学术期刊文摘》摘录用期刊。
曲面重构不同于传统的设计过程，它是从已知实物相关信息出发，对实物原型进行数据采集、数据处理和三维重构等过程。通过构造出与原模型具有相同结构特征的三维模型，然后再对原模型进行设计或再创新[1]。在曲面重构中控制参数过大会使得重构曲面偏差过大，控制参数过小会使得拟合曲面出现褶皱造成表面曲率不连续等缺陷。以实例产品为例通过构建一个曲面误差评价方法优化曲面参数从而控制曲面拟合质量。三维CAD模型重构是整体流程中的最关键也是最繁琐的一步，只有满足品质要求才能顺利实现产品的开发和创新。
1.1 点云数据获取
产品的数字化是将物体的表面形状转换成为离散的坐标数据，它是数据处理、模型重建、评价、改进和制造的基础。数字化技术的先进水平直接影响后期数据处理的精度以及零件设计的完整性。数据测量是逆向工程的基础，测得数据与最终产品精度密切相关，直接影响CAD建模的质量，以及后期加工产品能否真是反映的原型。图1为表面数据获取方法。
近年来照相式测量技术应用广泛，它以高速分辨率高速扫描产品表面，由数码相机摄入条纹和色彩图像，经过图像处理计算出各点的精确空间坐标(x,y,z)和逼真色彩(r,g,b)数据，生成空间点云数据。
由于各种数据的采集都具有一定的局限性，因此数据采集精度应满足实际的工业需求。数据采集速度要快同时要完整,不能有较大的数据缺失和原型损坏。
1.2 点云数据处理
1.2.1 测量数据的剔除、修补
在曲面的数字化测量中获得点云数据，由于存在各种干扰因素(如：物体反光，震颤，光线强度等)不可免的产生各种误差点。若要建立较好质量的重构曲面就需要对数据进行剔除、修补。
曲面数字化测量中由于设备标定参数发生改变或环境突然发生变化而形成“失真点”和“坏点”对曲线的光顺性影响很大。多数情况下“坏点”和“失真点”不易用肉眼直接观察出来，但是可以通过三角面片的曲面光顺程度来确定有些点是否为“失真点”，然后决定是否保留或剔除。
1.2.2 点云数据的过滤
曲面数字化处理获得大量的点云数据，当点云数据量十分庞大时，如果直接对点云进行处理，将会造成文件过大，处理速度过慢，使得整个过程变得难以控制，因此必须要在保证精度的前提下减少数据量。
点云的过滤主要有弦偏差法、均匀采样法、空间采样法和包围盒法4种。如图2采用弦偏差过滤点云，根据点与点之间的高度差，把小于参数值的点过滤掉，弦偏差越大过滤掉的点越多，曲率变化小区域点过滤多，曲率变化大则过滤点少，使产品特征更明显。
1.2.3 点云数据网格化和补洞
点云网格模型能直观反映真实模型的各部分特征。网格化的点云质量直接影响后续逆向设计中曲面拟合精度从而影响零件的设计精度。
要建立正确的数据点云中点与点之间的拓扑关系，生成三角平面是网格关键。同时曲率的大小对三角网格也有一定的影响，在曲率变化较大区域要合理增加三角面片数量，曲率变化小的区域适当减少三角面片数量。图3为网格化后的点云。
在点云网格化以后，有些网格面会存在一些破洞，对于局部小洞增加Neighborhood数值效果并不理想，而且会影响整个网格的精度，通过Fill Hole(图4)可以对破洞进行修补，V表示可以修补此洞，X表示不修补此洞，可以通过相应操作来满足后续设计要求。
2.1 曲面重构设计
不同的实体模型具有各自的不同特征，根据实体的各部分不同特征将实体分为几个部分(如图5所示)，然后将这几个部分分别进行曲面重构，最后将实体的各部分不同特征的曲面进行桥接或者填充等操作最后结合成为一个有机的整体结构，最终生成零件实体。
2.1.1 整体曲面重构流程
(1)将产品拔模椭圆曲面点云分割裁剪，创建点云交线。(2)利用3D曲线进行拟合，端点通过桥接曲线进行连接，然后通过曲率梳进行3D曲线的曲率、偏差分析，确定连接点的曲率光顺避免产生曲率不连续的点，如图6所示。(3)找到各个环形曲线对应的极值点，创建样条曲线。(4)通过多截面曲面或放样后生成所得曲面，如图7所示。
2.1.2 产品曲面过渡连接
在各部分曲面重构完成以后，不同部分需要过渡连接，在连接各曲面的同时不但要保证G2连续同时还要保证曲面精度满足要求，在曲面连接同时通过设置曲面参数进行曲面精度控制，如图8所示，最终实现整个产品的曲面重构工作。
未完待续，下期放送
版权声明：本文所有文字和图片内容均来源于中文核心期刊《制造技术与机床》杂志，如需转载，请与010-64739674/85联系。经授权后方可转载，转载务必注明“稿件来源：机床杂志社《制造技术与机床》杂志”，违者本刊将依法追究责任。
联系客服
