对图2所示的产品,可以制定如下测量规划:对自由曲面部分,利用扫描测量得到密集的扫描数据,进行三角曲面建模;对平面部分,只测量几条扫描线即可;采用单点测量方式准确测量产品的边界,对复杂的三维边界应保证测准一个方向上的数据,确保最终模型裁剪边界的准确性;对小孔部分单独测量,包括孔的位置和直径等。

(2)测量及测量数据修正　在测量规划的指导下,利用测量设备对产品进行测量。一般情况下,由于所测量的零件都存在误差和缺陷,需要对测量数据进行必要的修正。修正的内容包括剔除测量过程中产生的噪声点,对测量数据进行局部光顺处理等。

(3)根据测量数据构造三角曲面　由测量数据构造三角曲面模型是三角曲面在逆向工程中应用的重点。在三角曲面构造过程中,除了保证三角曲面的保形性以外,三角曲面的品质也是我们非常关注的问题。由于三角曲面的品质对三角形网格的连接关系十分敏感,因此三角网格的连接优化问题尤其重要。三角曲面的品质好,对后续重构四边曲面(B样条曲面)就奠定了一个好的基础;反之,品质不好的三角曲面会严重影响重构曲面的光顺。图3a、图3b分别是图2产品中根据测量数据构造的三角曲面模型。

(4)三角曲面转化为四边曲面　本文提出的分区域重构曲面方法,充分利用了三角曲面提供的几何信息,对三角曲面模型按照区域分块结果分区域重构B样条曲面,最终得到整体G′光滑拼接的组合B样条曲面模型,实现了三角曲面向四边曲面的转换,为复杂产品逆向工程CAD建模方法解决了一个难点问题。图4a、图4b分别是图2产品中三角曲面部分转换为B样条曲面后的线框图和光照图。

(5)产品再创新设计　对产品零件中一些规则实体,如筋板、凸台等,可以利用通用CAD软件的强大功能进行补充造型,也可以在此模型基础上完成局部创新设计。通过IGES文件将重构好的B样条曲面输入到通用CAD软件中,同时将规则实体的相关测量数据也输入到系统中进行补充造型。在通用CAD软件中可以实现自由曲面部分的延伸、求交、裁剪、过渡等工作,同时利用边界测量数据对曲面进行边界裁剪,确定产品的最终边界,得到需要的CAD模型。

2.3　产品制造检验阶段

完成产品的CAD建模后就可以利用通用CAD/CAM软件产生NC代码完成数控加工或通过RP设备完成产品原型制造。对加工出的零件进行品质和精度检验与评价,判断所用CAD模型是否达到要求,否则可对CAD模型进行修改,最终设计制造出符合用户要求的产品。

3　结论

本文以逆向工程CAD软件QuickForm为基本平台,提出了基于三角曲面模型的逆向工程CAD建模方法。该方法充分利用了三角曲面模型在测量数据造型方面的优势,将三角曲面模型与通用CAD/CAM软件结合起来,达到高效、准确建立产品CAD模型的目的。

本文提出的建模方法经过航空、汽车、摩托车等不同应用领域大量产品造型实例的验证(图5～图8分别是汽车零件和摩托车零件的造型实例)。

通过这些实例充分说明它是解决复杂产品逆向工程CAD快速建模的一种有效手段。以此技术为基础研究开发的逆向工程软件QuickForm将与快速原型系统相结合,可进一步在产品快速开发和创新设计领域推广应用。