逆向工程在鍛件荒坯生產(chǎn)中的應(yīng)用

羅恒軍　張海成　曾德濤　謝　靜

(中國第二重型機械集團萬航模鍛有限責(zé)任公司，四川618013)

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生產(chǎn)技術(shù)

逆向工程在鍛件荒坯生產(chǎn)中的應(yīng)用

羅恒軍張海成曾德濤謝靜

(中國第二重型機械集團萬航模鍛有限責(zé)任公司，四川618013)

利用逆向工程軟件CATIA對3D掃描獲得的鍛件荒坯點云模型進(jìn)行處理，能得到真實和準(zhǔn)確反映實際生產(chǎn)的荒坯數(shù)據(jù)和模型。將處理后的荒坯模型導(dǎo)入DEFORM模擬軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，能夠科學(xué)有效地指導(dǎo)實際生產(chǎn)。

逆向工程；鍛件荒坯；點云模型

鍛件荒坯的設(shè)計和生產(chǎn)是鍛件生產(chǎn)制造過程中的一個重要環(huán)節(jié)，荒坯質(zhì)量的好壞直接影響最終鍛件的質(zhì)量。但通常情況下，實際生產(chǎn)的荒坯與設(shè)計的荒坯存在差異，為保證工藝的穩(wěn)定性和最終鍛件的質(zhì)量，有必要獲得實際荒坯的數(shù)據(jù)和模型。

逆向工程是一種高效的產(chǎn)品設(shè)計思路和方法，可以迅速、準(zhǔn)確、方便地獲得實物的三維數(shù)據(jù)及模型，改變了傳統(tǒng)產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)模式，大大縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高了產(chǎn)品研發(fā)的成功率。對鍛件荒坯進(jìn)行逆向工程是針對制坯過程控制提出的一個新要求。一方面通過對實際荒坯三維數(shù)據(jù)的測量，能夠加強對荒坯制造過程的控制，保證荒坯尺寸的一致性；另一方面基于實際荒坯模型開展的數(shù)值模擬能更真實的反映實際生產(chǎn)情況，有助于產(chǎn)品的工藝優(yōu)化。

本文通過一個鍛件荒坯實例，介紹了逆向工程在荒坯生產(chǎn)中的應(yīng)用。利用逆向工程軟件CATIA對從掃描設(shè)備獲取的點云模型進(jìn)行處理，以獲得實際生產(chǎn)荒坯的數(shù)據(jù)和模型。將處理后的點云模型導(dǎo)入DEFORM等數(shù)值模擬軟件進(jìn)行模擬，能夠科學(xué)有效地指導(dǎo)實際生產(chǎn)。

1　點云模型獲取

荒坯逆向工程的第一步是獲取荒坯的點云模型。先使用3D掃描設(shè)備對荒坯進(jìn)行三維掃描，為了提高掃描精度，在掃描前需將荒坯表面清理干凈。清理完畢后，將荒坯放在測量臺上墊穩(wěn)，避免在掃描過程中發(fā)生晃動。由于荒坯形狀復(fù)雜，一次掃描無法獲得全部數(shù)據(jù)，而需進(jìn)行多次掃描才能獲取完整的點云模型。圖1是荒坯實物，圖2為荒坯掃描后的點云模型。

圖1　荒坯實物Figure 1　Forging blank

圖2　荒坯掃描后的點云模型Figure 2　Point cloud model after scanning forging blank

2　點云模型處理

第二步是對荒坯點云模型進(jìn)行處理。點云模型的處理主要包括模型的導(dǎo)入、過濾、刪除、網(wǎng)格劃分鋪面、診斷和修補。在CATIA的DSE模塊中，通過Inset/Importcloud命令將點云模型導(dǎo)入。由于掃描設(shè)備所獲取的點云模型非常密集，存在大量的冗余，如果直接對點云模型進(jìn)行存儲和處理，將大大降低數(shù)據(jù)處理的速度，所以需要對點云模型進(jìn)行數(shù)據(jù)精簡。選擇Insert/CloudEdition/CloudFilter命令過濾掉重復(fù)點，降低點云密度。還需通過Insert/CloudEdition/RemovePoint操作，將在掃描過程中邊界部分產(chǎn)生的一些誤點和缺陷點刪除，以獲得最終過濾后的點云模型，如圖3所示。

選擇Insert/Mesh/MeshCreation操作對過濾后的點云模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分鋪面。鋪面主要是為了提高點云的可視性，以便提高曲面造型的效率。圖4為鋪面后的點云模型。如果網(wǎng)格面有破洞存在，不能單純增加Neighborhood的值，否則一些不該補的部分也會被鋪成面，在這里可用Insert|Mesh|FillHoles完成破洞的手動修補。

圖3　過濾后的點云模型Figure 3　Point cloud model after filtering

圖4　鋪面后的點云模型Figure 4　Point cloud model after disposing surface

3　點云模型應(yīng)用

最后是點云模型的應(yīng)用。由于掃描獲得的點云模型是以3D掃描設(shè)備中的坐標(biāo)系保存的，會存在荒坯理論模型與點云模型坐標(biāo)系不統(tǒng)一的問題，因此需要對坐標(biāo)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換。利用BestFit功能將點云模型與荒坯理論模型進(jìn)行擬合對齊，并可根據(jù)對齊效果進(jìn)行手動調(diào)整。圖5為點云模型與理論模型之間的偏差。最后，將處理后的點云模型與荒坯理論模型進(jìn)行尺寸對比，以獲得實際生產(chǎn)偏差，指導(dǎo)生產(chǎn)工藝優(yōu)化。還可將處理后的點云模型網(wǎng)格劃分后另存為STL格式，導(dǎo)入DEFORM軟件進(jìn)行數(shù)值模擬。

圖5　點云模型與理論模型的偏差Figure 5　The deviation between the pointcloud model and the theoretical model

4　結(jié)論

不同于以往采用人工測量鍛件荒坯的傳統(tǒng)方法，本文提出的逆向工程方法是利用逆向工程軟件CATIA對3D掃描獲得的點云模型進(jìn)行處理，能獲得真實和準(zhǔn)確反映實際生產(chǎn)的荒坯數(shù)據(jù)和模型，處理后的荒坯模型可以直接導(dǎo)入DEFORM等模擬軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，能科學(xué)有效地利用模擬結(jié)果指導(dǎo)實際生產(chǎn)。

編輯杜敏

ApplicationofReverseEngineeringonProductionofForgingBlank

LuoHengjun,ZhangHaicheng,ZengDetao,XieJing

ByadoptingthereverseengineeringsoftwareCATIA,thepointcloudmodelofforgingblankobtainedfrom3Dscanninghasbeenprocessedtogetthedataandmodelofblankwhichcanreflecttheactualproductionaccurately.ThenumericalsimulationcanbeperformedbymeansofimportingtheprocessedblankmodelintoDEFORMsimulationsoftware,soastoguidetheactualproductionscientificallyandeffectively.

reverseengineering;forgingblank;pointcloudmodel

2015—12—25

羅恒軍(1982—)，男，碩士研究生，工程師，主要從事鍛造工藝研究。

O242.1B