基于精密测量的复杂零件的快速反求

一、概述

反求工程(ReverseEngineering)是近年来CAD／CAM技术领域研究的—个热点。简单地讲。如果把传统的从构思一设计一产品这个过程称为正向工程的话。那么,产品模型(或实物)一CAD信息模型一CAM或快速原型件这个过程就称为反求工程。在一个通用CAD系统中自动或部分交互地完成其实体模型的重构,取得完整数据信息的CAD模型,在此基础上,采用适当的转换方式产生模具型腔、采用图象编程技术完成型腔数控加工的工艺规划并产生相应的NC指令,同时可以输出供快速原形制造使用的STL文件,以便快速制造出样件。

二、测量结果的处理与模型重构

1．三坐标测量及数据提取

用于反求工程的测量手段很多、如光切法、层析法、工业CT、CMM(坐标测量法),由于坐标测量法使用方便,且具有较高的精度,适合于企业界使用。故本方案采用坐标精密测量方法。如何测量数据是首先应考虑的问题、能表现出形体特征的数据点是造型的基础,因此测量必须与造型结合起来考虑。以便使测得的数据点能最大限度的满足造型需要,所以必须选择合适的造型方法。当产品形状较为简单。且外表面法线方向在180度以内时,可采用UG／FREEFORMFEATURE／FROMPOINTS和／FROMPOLES模块造型；对于汽车发动机排气管等具有不规则表面的管状物,在三坐标测量时,很难在其上指定一个位置测量以便将来生成截面线。按照截面来测量则较易实现,因此用三坐标测量时尽可能多地测一些完整的截面数据,无法测得完整截面数据处则尽可能地多测一些点以备后用。

测量机检测—个点的完整过程包括下列几方面的工作:

(1)选择测量工具的类型、规格、确定工件的安装状态:测量头作为一种测量工具(相当于加工时的刀具),装于机床的垂直运动部件中,在接触式测量中,测量机的工作效率与精度和测量头密切相关。从结构原理看、测量头可分为机械式、电气式、光学式三种。光学式的非接触测量头应用光学及激光的原理。主要用于计量室中的精密坐标测量机。接触式的测量头又可分为硬测头和软测头两类。硬测头多为机械测头,主要用于受动测量。软测头上装有电气式的传感器,测头可作位移、偏转,故可用于自动测量中。确定工件的安装状态是指把工件安装得易于测量。

(2)测头快速移动到定位点,以一定精度定位。

(3)测头从定位点慢速向工件的被测点趋近,当接触状态达到要求后发出过零的信号,对测量进行检测,读数头在X、Y、Z三个轴上分别取出测量数据。

(4)将该数据送入计算机中进行处理,输出测量结果。

测量方法—般有点位测量法和连续轮廓扫描法两类连续轮廓扫描法又分为仿形连续扫描或通用连续扫描。这些方法都各有特点和应用场合。

(1)点位测量法这是从点到点的测量方法,如图1示。测头从A点趋近测量点B,测完后测头退回到C点,再按规定的步距到D点,重复下一点E的测量等等。点位测量法适用于孔、基准线以及曲面轮廓的测量。对于复杂的曲面一般先是固定一个截面,在一个轴向(如X轴)上逐次移动,进行测量。然后在Y方向移动一个规定距离后对另一截面在X轴向逐次移动测量。

(2)仿形连续扫描法测头连续地在工件表面上移动,而测量点则是按预定的间隔进行采样和记录。整个扫描和测量工作都是自动完成的。

(3)通用连续扫描法也称程序控制连续扫描法,采用此法时测头相对于工件外形轮廓的运动轨迹由存储在计算机中的程序给定。

2．曲面造型及曲面设计

(1)数据的读入三坐标测量机的输出结果可以是按DOS的文本文件格式存放的数据文件。测量时每个截面的数据均有一个数据文件与之对应。由于数据点很多、如果一个点一个点地手工输入,不仅效率低,还容易出错。因此我们用GRIP语言编写了一段程序(read—dat．grs),用来将数据自动读人UG中,并产生相应的坐标点,为了造型的方便,把不同的截面点放在不同的层上,便于曲面造型时的数据选取。READ—DATA．GRS的流程图如图2所示:

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