逆向工程中数据测量的方法有哪些,有何优缺点

逆向工程中数据测量的方法有哪些,有何优缺点
逆向工程中数据测量的方法有哪些,有何优缺点

逆向工程中数据测量的方法有哪些,有何优缺点
在产品的逆向设计中,产品三维数据的获取方法基本上可分为两大类,即接触式与非接触式,由于这两种方式各有优缺点,而且它们的结合可以实现伏势互补,克服测量中的种种困难,因而世界各国的逆向设备生产商纷纷研制具有接触式与非接触式两种扫描功能的逆向设备.
三坐标测量机是一种接触式测量设备,它具有精度高、重复性好等优点,其缺点是速度慢、效率低.非接触式方法利用某种与物体表面发生相互作用的物理现象来获取其三维信息,如光、电磁等.非接触式方法具有测量过程非接触、测量迅速等优点,其缺点是对所测量物体材料要求严格,如采用激光测量时,所测量物体材料要求不能透光,表面不能太光亮,而且对直壁和徒坡数据的采集往住存在一定误差.
逆向工程中数据采集与处理
逆向工程中的测量数据量大,扫描的数据点可达数十万,而且扫描的数据点具有离散性.为了有效地利用这些测量数据进行CAD建模,必须对数据云进行必要的处理.
1.数据采集
数据采集的过程为:机床初始化—根据要扫描的物体设置扫描基准(包括Z平面、坐标轴、基准点等)—设置并进行2D轮廓扫描(此步可根据实际情况进行选择)—根据2D轮廓或坐标区域进行3D曲面扫描设置(包括扫描方向及步距、3D空间极值、允许的最小误差及弦向误差、探头半径、扫描速度等)—进行数据采集.
2.数据处理
数据处理的目的是为了获得正确的数据信息,生成相应格式的数据文件(如igs, dxf, vda, UG格式、Cimatron格式、Pro-E格式等)并与UGII, Surface, Pro-E, Catia等著名工程软件进行数据交换,以便用它们进行3D模型重构.在Renishaw公司的Tracecut23软件中提供了多种数据处理方法,这些方法包括数据调整、复制、数据光顺、噪声去除、数据镜像、阴阳转换、生成真实表面、CAD数据输出等.数据处理中要避免造成形状变形、精度降低、数据点不足等问题,一般要进行以下几方面的工作:
(1)补偿点的产生对于接触式扫描,由于从扫描仪获得的测量数据并不真正代表接触点的坐标,而反映的是探头的中心或顶部的值,因此,要对这些数据进行补偿,转换为被测物体表面的坐标值.对于产生补偿点,首先需要计算出标准点,而由于没有表面的数学表达公式,不能使用通常的方法计算出标准点.目前已开发出特殊的算法,能够在所规定的公差范围之内,获得近似的标准值.
(2)噪声点删除逆向工程测量过程中,受扫描测量方式、测量物体材料的种类、设备的精度等因素的影响,极易造成测量数据误差点的产生,对这类误差点,习惯上称为噪声点.在数据处理的第一步先要利用系统所提供的噪声点去除功能,选择合适的去噪精度去除多余的误差点,保证测量数据的准确性.
(3)数据点精化在CAD系统中,需要对逆向工程中获得的扫描数据点进行曲线构造、曲线光顺处理、曲面重构、曲面光滑处理、曲面拼接、三维建模等工作.在进行这些操作之前,要根据所测量物体的各部分的形伏特点设置适当的截面终距离和相邻两数据点的距离,利用系统中的CAD数据输出功能输出适当格式的数据文件,再利用CAD软件对数据点进行删除和拼接,这样可保证所测物体曲率较大处有较少的数据点,曲率较小处和复杂处具有较多的数据点.
数据采集方法及技巧
在实物测量中,会遇到各种复杂的形状,为保证所测量数据的准确性和所测量形状的完整性,采用的测量方法和测量工装是数据采集的关键.
1.翻模测量法
汽缸是汽油机的核心部件,它的形状及尺寸的准确性直接影响着汽油机的功率及对环境的污染程度.根据汽油机汽缸的特点,将其划分为两部分进行扫描,即分成气道、燃烧室.对燃烧室来说,在用线切割机床对汽缸进行适当切割剖分后可直接用接触探头扫描;气道的形状极为复杂而且细节极多,有许多细节部分接触探头无法达到,致使接触探头无法扫描.基于此种原因,对气道部分采用翻模测量法,将汽缸的气道用硅胶、石膏、树脂等材料进行翻模,然后用接触探头对翻制的模型进行扫描.由于硅欣、石膏、树脂的充型能力极佳、而且充型后变形小可较好地复制原来气道的形状.因而对翻制的模型进行扫描,可保证扫描的精度.
经反复实验,发现石膏在所有材料中的翻模精度最高,而且模型的表面质量与原件接近.在用接触探头扫描时,接触探头有一定的接触力,接触探头(特别是小直径探头)能划伤石膏模型,从而影响扫描的精度.为了保证扫描精度,采用特种胶粘剂(如:502胶)对石膏模型进行硬化.选用的胶粘剂要具有两种特性:一是,胶粘剂能在石膏模型表面形成一定厚度的渗透层,对石膏表面进行固化;二是,胶粘剂固化后,石膏模型表面要保持光滑,以保证扫描精度.
用翻模测量法测量的气缸点云数据及根据测量数据设计的汽缸如图1所示.


2.旋转测量法
对于某些零件可能需要完整地测量全部数据,这对于不带回转探头的Cyclone Series II测量机来说是一件困难的事情,但是该设备的随机软件具有回转测量功能,只要将Tracecut中的“辅助功能—参数调整—采集设备参数调整”中的“8216”项参数改为“on",便可激活三维数据采集的绕X、Y、Z回转对话框.这样利用普通的铣床同转头和一些简便的工具便可完成需要数万美元的数控回转头才能完成的工作,而且可较好地保证采集数据的精度.
在用普通回转头替代数控回转头时,要注意以下问题:①要正确地设置扫描基谁,将固定被测物体的回转轴设置为X或Y轴,并将基准点设置在回转轴上;②固定被测物体的回转轴要求有较高的同轴度;③在回转测量中,不能通过二维轮廓限制测量区域,在每回转一定角度并划分测量区域时,只能通过坐标区域限制;④在每次旋转时,所测量的数据均应包含回转轴的数据,便于以回转轴为基准进行数据拼接.
用旋转测量法测量的柴油机螺旋进气道的点云数据如图2所示.

在用石膏翻制模型时,要尽量避免石膏浆中含有空气,以免影响模型的表面质量,无法保证测量的精度.若发现石膏浆中含有较多气体,可将石膏浆放在真空设备中脱去气体.
在用旋转测量法测量时,为便于设置测量设备的基准点及基准轴,固定被测物体的回转轴一端截面为圆形,便于用普通铣床回转头夹持,另一端截面为正方形,便于固定被测物体,并有利于寻找回转轴的轴心.另外,为保证测量精度,回转轴两端要有较高的同轴度.