范鈞，王雷剛

(1.宿遷學(xué)院機(jī)電工程系，江蘇宿遷 223800；2.江蘇大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江 212013）

基于逆向工程的葉片模具型面精度控制研究

范鈞1，王雷剛2

(1.宿遷學(xué)院機(jī)電工程系，江蘇宿遷 223800；2.江蘇大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江 212013）

逆向設(shè)計(jì)中的曲面重構(gòu)技術(shù)是逆向工程技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)，逆向重構(gòu)的精度會(huì)直接影響產(chǎn)品逆向設(shè)計(jì)的質(zhì)量。以葉片模具型面精度控制為例，結(jié)合ATOS掃描系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)逆向重構(gòu)過(guò)程中每個(gè)環(huán)節(jié)的精度及誤差分配進(jìn)行分析，探討了逆向重構(gòu)過(guò)程中精度控制的方法，得到了滿(mǎn)足逆向重構(gòu)過(guò)程精度要求的葉片模具型面，實(shí)現(xiàn)了基于逆向工程的葉片模具型面重構(gòu)的精度控制。

逆向工程；模具型面；重構(gòu)；精度控制

逆向重構(gòu)是逆向設(shè)計(jì)過(guò)程中的重要組成部分，而精度控制又是該項(xiàng)技術(shù)中的核心問(wèn)題。基于逆向重構(gòu)的精度控制定性分析方面的研究［1－5］較少，定量分析方面的研究［6－9］更少，而結(jié)合逆向重構(gòu)全過(guò)程的精度控制定量分析方面的研究極少?；贏TOS掃描系統(tǒng)，結(jié)合誤差分配與曲面評(píng)定原則，通過(guò)對(duì)逆向重構(gòu)過(guò)程中每個(gè)環(huán)節(jié)的精度控制及誤差分配進(jìn)行分析，探討了葉片模具型面逆向重構(gòu)過(guò)程中，精度誤差定量分析方法，實(shí)現(xiàn)了基于逆向工程的葉片模具型面重構(gòu)精度控制。

1 逆向重構(gòu)過(guò)程精度分析

1.1 逆向重構(gòu)過(guò)程精度

逆向重構(gòu)是逆向工程中的一個(gè)重要組成部分。逆向重構(gòu)過(guò)程分為兩個(gè)階段:第一階段為數(shù)據(jù)采集階段；第二階段為模型重建階段。逆向重構(gòu)過(guò)程的精度控制由數(shù)據(jù)采集階段精度控制、模型重建階段精度控制兩部分組成。逆向重構(gòu)過(guò)程精度分布如圖1所示。

圖1 逆向重構(gòu)過(guò)程的精度分布圖

1.2 逆向重構(gòu)過(guò)程誤差分配

1.2.1 誤差分配

誤差分配是誤差合成的逆問(wèn)題，即在總誤差給定的前提下，確定出各分項(xiàng)誤差。逆向工程中產(chǎn)生的各種誤差是隨機(jī)的，滿(mǎn)足正態(tài)分布規(guī)律?？傉`差分配公式［10］如式 (1）所示。

1.2.2 逆向重構(gòu)過(guò)程誤差分析

逆向重構(gòu)過(guò)程中，總誤差主要由數(shù)據(jù)采集誤差、模型重建誤差兩部分組成。結(jié)合圖1，根據(jù)公式(1），逆向重構(gòu)過(guò)程總誤差分配構(gòu)成表達(dá)式如式 (2）所示重構(gòu)曲面看作為實(shí)際輪廓面，輪廓度公差值等于兩倍的重構(gòu)誤差［10］。由于逆向曲面重構(gòu)的輪廓面為曲面片，曲面重構(gòu)誤差中，擬合誤差即曲面片擬合誤差，拼接誤差即曲面片間拼接誤差。

式 (10）中，曲面片擬合誤差構(gòu)成表達(dá)式如式(11）所示

2 葉片模具型面的逆向重構(gòu)精度分析

2.1 葉片模具型面

葉片模具活塊如圖2所示，該活塊需要逆向重構(gòu)的點(diǎn)云型面1﹑型面2分布如圖3所示。

圖3 點(diǎn)云型面分布

圖2 葉片模具活塊

2.2 數(shù)據(jù)采集誤差分析

2.2.1 原型誤差分析

原型產(chǎn)品設(shè)計(jì)誤差為0.02mm，制造誤差為0.01 mm；由于原型產(chǎn)品是直接從工廠(chǎng)獲得的全新原型，使用誤差可以忽略，即使用誤差為0 mm。

根據(jù)原型誤差構(gòu)成表達(dá)式，通過(guò)公式 (4）計(jì)算，原型誤差為0.022 mm。

2.2.2 測(cè)量誤差分析

由坐標(biāo)系設(shè)定產(chǎn)生的偏置誤差為0.018 mm。坐標(biāo)系堆疊產(chǎn)生的偏移誤差分布如表1所示。根據(jù)公式(7），坐標(biāo)系堆疊誤差為0.042 mm。根據(jù)公式 (6），坐標(biāo)系誤差為0.046 mm。ATOS掃描系統(tǒng)在掃描過(guò)程中，測(cè)距誤差為0.014 mm。根據(jù)公式 (5），測(cè)量誤差為0.048 mm。

表1 坐標(biāo)系堆疊產(chǎn)生的偏移誤差分布

在逆向工程中，可以把點(diǎn)云看作為理想輪廓面，

2.2.3 數(shù)據(jù)采集總誤差

根據(jù)公式 (3），數(shù)據(jù)采集總誤差為0.053 mm。

2.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理誤差分析

由于對(duì)葉片模具型面點(diǎn)云進(jìn)行了微小的降噪、光順、精簡(jiǎn)等操作，這些操作引入的誤差一般控制在0.01 mm；重定位操作時(shí)，由于新建坐標(biāo)系與系統(tǒng)坐標(biāo)系完全重合，重定位引入的誤差可以忽略不計(jì)。因此，葉片模具型面點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理誤差為0.01 mm。

2.4 逆向重構(gòu)過(guò)程精度分析

逆向重構(gòu)過(guò)程精度要求控制在0.1 mm。結(jié)合公式 (2）和公式 (8），由于數(shù)據(jù)采集誤差和模型重建誤差中的數(shù)據(jù)預(yù)處理誤差恒定，逆向重構(gòu)精度的控制可以通過(guò)調(diào)整模型重建誤差中的曲面重構(gòu)誤差來(lái)實(shí)現(xiàn)。結(jié)合數(shù)據(jù)采集誤差和模型重建誤差中的數(shù)據(jù)預(yù)處理誤差的具體數(shù)值，曲面重構(gòu)誤差只要小于0.084 mm，葉片模具型面逆向重構(gòu)精度就可以得到控制。

3 葉片模具型面逆向重構(gòu)的精度控制

3.1 曲面片擬合誤差分析

曲面片1擬合誤差如圖4所示。根據(jù)公式 (11），曲面片1擬合誤差為0.053 mm。

圖4 曲面片1擬合誤差

曲面片2擬合誤差如圖5所示。根據(jù)公式 (11），曲面片2擬合誤差為0.045 mm。根據(jù)公式 (10），曲面片間擬合總誤差為0.069 mm。

圖5 曲面片2擬合誤差

3.2 曲面重構(gòu)誤差分析

曲面片1擬合曲面與曲面片2擬合曲面進(jìn)行拼接，根據(jù)公式 (12），擬合曲面間拼接誤差為0.041 mm。根據(jù)公式 (9），曲面重構(gòu)總誤差為0.080 mm，小于0.084 mm，即葉片模具型面逆向重構(gòu)精度得到了控制。

4 結(jié)論

精度控制是逆向重構(gòu)過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題。對(duì)逆向重構(gòu)過(guò)程中每個(gè)環(huán)節(jié)的精度控制及誤差分配進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)葉片模具曲面重構(gòu)誤差進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了基于逆向工程的葉片模具型面重構(gòu)的精度控制，為今后基于逆向工程的葉片模具設(shè)計(jì)精度控制提供了依據(jù)。

［1］IULIANO L，MINETOLA P.Enhancing Moulds Manufacturing by Means of Reverse Engineering［J］.The International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2009，43:551－562.

［2］王正如，梁晉，王立忠.基于逆向工程的汽車(chē)覆蓋件CAD建模技術(shù)研究［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2010(7）:106－108.

［3］陳光霞，覃群.選擇性激光熔化快速成型復(fù)雜零件精度控制及評(píng)價(jià)方法［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2010(2）:102－105.

［4］劉宏，陶有麗，付家武.自由曲面掃描線(xiàn)測(cè)量點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理技術(shù)［J］.組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2011(5）:77－80.

［5］RELVASCarlos，RAMOSAntónio，COMPLETO António，et al.Accuracy Control of Complex Surfaces in Reverse Engineering［J］.International Journal of Precision Engineering and Manufacturing，2011，12(6）:1035-1042.

［6］張金萍，李允公，倪洪啟，等.提高凸輪反求精度的算法研究［J］.機(jī)床與液壓，2009，37(9）:47-49.

［7］吳祿慎，高紅衛(wèi)，孟凡文.NURBS曲面重構(gòu)與點(diǎn)云－曲面誤差分析［J］.激光與紅外，2010，40(10）:1131－1135.

［8］范鈞，王雷剛.基于三維掃描儀的逆向產(chǎn)品開(kāi)發(fā)精度分析［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2013，35(1）:131-133.

［9］范鈞，王雷剛.基于逆向工程的產(chǎn)品快速開(kāi)發(fā)精度分析與控制［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2013(1）:182－184.

［10］紀(jì)小剛，龔光容.增壓器葉輪三維重構(gòu)實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究［J］.機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2006，25(3）:322－325.

Study on Precision Control of the Die Face of the Blade Based on Reverse Engineering

FAN Jun1，WANG Leigang2
(1.Department of Mechanical and Electronic Engineering，Suqian College，Suqian Jiangsu 223800，China；2.School of Material Science and Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang Jiangsu 212013，China）

The surface reconstruction technology in the reverse design is the key technology of RE.The precision of reverse reconstruction has direct influence on the quality of the reverse design product.Taking precision controlof the die face of the blade as an example，combining with the ATOS scanner system，analyzing the precision and the error distribution of every aspect during the reverse design process，themethod of precision control during reverse reconstruction was analyzed，the die face of the blademeeting the reverse remodeling process accuracy was obtained，the precision control on the reconstruction of the blade die face based on RE was realized.

Reverse engineering；Die face；Reconstruction；Precision control

TP391

A

1001－3881(2014）10－074－3

10.3969/j.issn.1001-3881.2014.10.022

2013－04－23

江蘇省高校自然科學(xué)研究資助項(xiàng)目 (13KJD460006）；江蘇省宿遷學(xué)院科研基金資助項(xiàng)目 (2013KY41）；江蘇省宿遷學(xué)院教材建設(shè)基金資助項(xiàng)目 (2013YJY16）

范鈞 (1979—），男，碩士，講師，主要從事基于逆向工程的機(jī)械零部件及模具CAD/CAE/CAM方面的研究。E-mail:fanjun@sqc.edu.cn。