1、基于逆向工程的模具修復技術(shù)【摘 要】模具在制造業(yè)中應用日益廣泛，使用過程中不可防止地產(chǎn)生磨損或破損。逆向工程提供了模具修復的新途徑，本文介紹利用逆向工程技術(shù)進展模具修復的方法及其關(guān)鍵技術(shù)，以進步模具修復的精度和效率，降低模具本錢，延長其使用壽命?！娟P(guān)鍵詞】 逆向工程 模具修復 點云數(shù)據(jù)預處理 曲面重構(gòu) 三維實體化模具在制造業(yè)中的應用日益廣泛，在其使用過程中不可防止地產(chǎn)生磨損或破損。對于外表磨損嚴重或有較大破損的模具，尤其是具有復雜曲面的模具，采用逆向工程的技術(shù)手段，可以獲得較好的修復效果。本文介紹逆向工程技術(shù)進展模具修復的方法，并對其中的幾個關(guān)鍵技術(shù)進展討論。1 外表數(shù)據(jù)采集基于逆向工程進展模

2、具修復的首要工作是外表數(shù)據(jù)采集，即分析被測對象的形狀、測量部位，再結(jié)合所選測量設(shè)備的特征參數(shù)如測量范圍、測量精度等制定測量方案。由于受測量系統(tǒng)的測量范圍限制，大型模型需分幾次完成型面測量；對于復雜型面要注意投影編碼盲點和視覺死區(qū)等問題，此時需分區(qū)測量；對于模具上較大的磨損面，應選擇測速效率高的數(shù)字化設(shè)備；對于構(gòu)造形狀復雜的外表，應選擇可以進展復雜輪廓測量的設(shè)備；此外，測量設(shè)備的精度應高于后續(xù)分析的精度。為了高速、高精度數(shù)據(jù)采集，可以采用接觸式與非接觸式相結(jié)合的方法進展測量。對模具破損區(qū)域測量后得到點云數(shù)量要足夠，以保證分析精度要求。2 點云數(shù)據(jù)預處理采用任何測量方式、測量系統(tǒng)所采集到的數(shù)據(jù)均有

3、誤差，因此要進展點云數(shù)據(jù)預處理。主要包括多視點云拼合、數(shù)據(jù)濾波、數(shù)據(jù)精簡、數(shù)據(jù)分塊等幾個方面。2.1 多視點云拼合多視點云拼合是將多個視角獲得的子區(qū)域信息統(tǒng)一到同一坐標系中。其方法主要有兩種：通過專用測量裝置記錄工件測量過程中的挪動量和轉(zhuǎn)動角度，由測量軟件直接完成點云數(shù)據(jù)的拼合；直接操作點云數(shù)據(jù)，以獲得完好的數(shù)據(jù)信息和一致的數(shù)據(jù)構(gòu)造；此外還有基于圖形的多視對齊等。多視點云拼合獲得的數(shù)字化模型應滿足磨損型面數(shù)據(jù)完好，以保證與磨損前模型對齊的精度到達磨損分析的要求。2.2 數(shù)據(jù)過濾由于測量時受到不可防止的誤差和人為因素的影響，使采集點云并非完全落在實體上，會有大量的雜點也稱壞點。用肉眼可以識別的雜

4、點可以手工去除，其他可以采用標準高斯濾波法、平均濾波法和中值濾波法等去除，其中高斯濾波法對保持原始數(shù)據(jù)的形貌有較好的效果，中值濾波在消除數(shù)據(jù)的毛刺方面效果較好。點云數(shù)據(jù)經(jīng)過濾后更平滑和連接，更貼合實物特征。2.3 數(shù)據(jù)精簡過濾后的海量點云數(shù)據(jù)，在不損失模型特征的情況下需要精簡，以進步后續(xù)的工作效率。方法如下：散亂點云可通過隨機采樣精簡；掃描線點云和多邊形點云可采用等間距縮減、倍率縮減、等量縮減、弦偏向等方法精簡；網(wǎng)格化點云可采用等分布密度法和最小包圍區(qū)域縮減。此外還有空穴填補和基于面密度概念的數(shù)據(jù)簡化法等。2.4 數(shù)據(jù)分塊根據(jù)實體外形曲面類型，將不同自取面類型的數(shù)據(jù)劃分為不同類型的數(shù)據(jù)域。點云

5、分塊有基于測量的分割和自動分割兩類，其中自動分割法包括基于邊和基于面兩種。點云數(shù)據(jù)分塊后，經(jīng)過曲面過渡、相交、剪裁等方法將多個分塊的曲面組成一個整體模型，以實現(xiàn)曲面重構(gòu)。點云數(shù)據(jù)預處理后所獲得的純潔數(shù)據(jù)將為后續(xù)模型重構(gòu)奠定根底。3 曲面重構(gòu)曲面重構(gòu)是逆向工程中最復雜、最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。曲面重構(gòu)是將點云數(shù)據(jù)通過插值或者擬合構(gòu)建近似實體原型的模型，主要包括曲面擬合和曲面建模兩方面的內(nèi)容。3.1 曲面擬合曲面擬合前應合理規(guī)劃幾何特征、選擇適宜的算法和參數(shù)；曲面擬合后，應保證區(qū)域內(nèi)的曲面擬合質(zhì)量以及特征線的曲面連續(xù)性。曲面擬合主要有兩種方法。一是由數(shù)據(jù)點擬合出樣條曲線，并對樣條曲線進展曲率分析，確定誤差是

6、否控制在允許范圍內(nèi)，否那么要光順處理，直至合格；然后利用三維造型軟件擬合出曲面。二是直接對測量數(shù)據(jù)點進展曲面片擬合，再經(jīng)過對曲面片的過渡、拼接、裁剪等操作完成曲面擬合。此時要注意曲面之間保證曲率連續(xù)，對生成的曲面進展誤差分析。3.2 曲面建模曲面建模目前主要是通過人工交互來實現(xiàn)。由于特征線是重構(gòu)曲面的邊界限，因此利用特征線劃分點云區(qū)域，再以特征線為中心，利用軟件的點云數(shù)據(jù)處理、曲面修剪等功能，重構(gòu)出完好的曲面模型。曲面模型的幾何特征識別、曲面光順性與準確性，有賴于建模人員的經(jīng)歷和技巧。4 三維實體化與區(qū)域特征提取在對上述曲面模型生成實體的過程中，會產(chǎn)生破損小曲面片，此時將所有曲面按特征劃分為假設(shè)干區(qū)域，對可能出現(xiàn)破碎片的圖層進展檢查，去除破損片體，然后再縫合，得到破損模具三維實體模型。將破損模具實體模型與標準模具模型分析比照，利用三維軟件中的求差方法，獲得破損區(qū)域三維數(shù)據(jù)模型，提取磨破損區(qū)域特征。通過編程軟件對破損區(qū)域進展軌跡編程，將生成的代碼通過機器人運行，在模具磨破損區(qū)域完成準確修補如熔覆專用的金屬粉末等。5 結(jié)語逆向工程技術(shù)提供了新的模具修復的技術(shù)手