• 車體零部件的三維數字化技術及應用

    時間:2019-08-13 16:34:34 點擊:

        在模具及產品的開發和制造過程中,許多產品并非由CAD模型描述。設計和制造者面對的是實物樣件,有的甚至可能連參考的圖紙也沒有,而客戶還要求對樣件進行優化改進。即使用模具成形(型)的零件,需要檢測其三維數據,為用戶提供檢測報告。為了適應先進制造技術的發展,必須通過各種測量手段及三維幾何建模方法,對原有實物模型進行幾何形狀的反求,建立實物的三維數字化模型,如果有理論模型,還可以與其進行比較,從而實現產品模具的設計與制造。
       微深采用非接觸式的藍光光柵的VTOP系列的掃描儀獲得的數據更準確更快速,在逆向設計與掃描檢測中同樣起到重要作用。使用三維掃描儀對零件整個部分多個角度的不同方式進行掃描。經過微深自主研發的軟件可以將掃描時的二維數據自動拼接成三維數據點云文件。
       可根據不同大小的零件,選擇不同幅面的面掃描系統,并且不同幅面的掃描可相互結合使用,能夠非常好的將大型模型的細小部位表現出來。根據要建構的車體大小,選用300×300幅面的掃描系統進行掃描。
    為了方便零件的掃描和保證掃描的精確性,需要對車體部件做必要的前期準備,如貼參考點、物體表面噴涂現象劑和儀器與軟件校準等。對車體部件進行簡單的表面處理工作,使用顯影劑均勻噴涂表面,再在其上貼一定數量的非編碼點,非編碼點的意義在于使得部件上的非編碼點中心的坐標是相對固定的,如圖1處理過的車體部件表面。
     
      圖1 處理過的車體部件表面
     
       對車體部件進行攝影測量,得到全局坐標點,用光學攝影測量系統將拍攝的照片導入到應用軟件中,在軟件中確定已標定好長度及編號的標尺,既可將所有的非編碼點的相對坐標確定下來。再導出非編碼點的坐標文件,做為全局標志點。
      在全局標志點的控制下,對車體部件進行面掃描,所看見的綠框既為面掃描系統現在正在掃描的區域,這樣對大型工件可以很方便觀察它的即時掃描位置,不僅方便觀察,也減少了過多的重疊面,這是采用非接觸式結構光掃描的優勢,且提高其掃描工件的精確度。經過幾次掃描,即可將整個模型的點云全部精確掃描下來,如圖2掃描出的完整的車體部件模型優化。
                                                                                 圖2 掃描出的完整的車體部件
       應用軟件將掃描出的三維數字數據轉為造型階段,使得在多邊形上創建NURBS曲線。將低曲率區域的模型進行分割,可將曲面用不同種的顏色進行劃分,曲面被顯示成紅色的輪廓帶劃分,也可以自己手動增加減少輪廓帶,來更好的劃分曲面,如圖3所示分割的曲面
            
     
                                                                                             圖3 分割的曲面
       應用軟件將每個區域劃分成面片。應用軟件將曲面的面片網格化。應用軟件將曲面轉成NURBS曲面,保存為IGS、STP等格式,可被Pro/E、UG、CATIA等CAD、CAM軟件打開,如圖4所示為NURBS曲面的車體部件。
    圖4 NURBS曲面的車體部件
         車體部件曲面在有理論數模的情況下,需要和理論數模進行比對,可以進行色譜、剖切分析等,比較分析實際與理論偏差。應用軟件對點云進行后處理,完成零件的三維造型,比較分析最終重構的三維造型和掃描的點云之間的偏差,檢測通過使用云圖將差異顯示出來,分析曲面與點云之間的差異值,從而檢測掃描測量的精確性,是質量監控的有效方法。
     
         逆向設計與掃描檢測技術的應用非常寬廣,它是正向設計的對稱應用,它可以將設計、生產、實驗、使用等過程中的變化內容重構回來,然后進行各種結構特性分析、檢測、模擬、仿真、虛擬現實、柔性制造、虛擬制造、虛擬裝配等。它可以有效地被應用在工藝監控、變形分析、焊接質量、產品與設計方案的比對等方面,這為廣闊的應用領域開辟了一個新的前景。
     
     






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