基于精度控制的鈑金件逆向數字化快速開發

范 鈞，王雷剛

（1.宿遷學院 機電工程系，宿遷 223800；2.江蘇大學 材料科學與工程學院，鎮江 212013）

基于精度控制的鈑金件逆向數字化快速開發

范 鈞1，王雷剛2

（1.宿遷學院 機電工程系，宿遷 223800；2.江蘇大學 材料科學與工程學院，鎮江 212013）

0 引言

鈑金件逆向數字化開發過程長、影響因素多，包括數據采集、模型重建、開發設計、模擬仿真等，精度是成功的關鍵之一。逆向工程在沖壓成形領域精度方面的研究取得了進展[1～5]，鈑金件數字化開發相關方面的研究較多[6～8]，鈑金件逆向數字化開發相關方面的研究較少[9,10]。本文提出了鈑金件逆向數字化快速開發精度分配與控制方法。以覆蓋板為例，利用UG軟件，通過合理分配和控制精度的方法，實現了高精度逆向開發鈑金件數字化產品。

1 鈑金件逆向數字化快速開發精度分析

產品逆向數字化模型構建是產品數字化模型開發的重要方法之一。鈑金件逆向數字化快速開發過程中，總誤差主要由逆向產品模型誤差，再設計誤差，仿真分析誤差，驗收評估誤差等四部分組成。鈑金件逆向數字化快速開發過程誤差分配，如圖1所示。

2 實例

2.1 鈑金件逆向數字化快速開發精度要求

通過ATOS三維光學掃描系統，獲得的原始鈑金件點云如圖2所示。通過利用UG軟件，對其進行逆向數字化快速開發全過程精度要求為0.10mm。

圖1 鈑金件逆向數字化快速開發誤差分配

圖2 原始鈑金件點云

2.2 鈑金件逆向產品模型階段誤差分析

2.2.1 數據采集誤差

ATOS掃描系統掃描鈑金件時,數據采集誤差一般控制在0.05mm左右。

2.2.2 模型重建誤差

基于UG軟件的鈑金件點云劃分區域，如圖3所示。其中，Ⅰ區、Ⅱ區和Ⅲ區為大面積曲面片，Ⅳ區為小面積過渡曲面片。

圖3 原始鈑金件點云分區

基于UG軟件的Ⅰ區曲面片構建如圖4(a)所示，Ⅰ區曲面片構建誤差如圖4b所示。由圖4(b)可知，△Ⅰ區曲面片構建為2.93×10-5mm。

圖4 Ⅰ區曲面片構建

圖5 Ⅱ區曲面片構建

Ⅱ區曲面片構建如圖5(a)所示，Ⅱ區曲面片構建誤差如圖5(b)所示。由圖5(b)可知，△Ⅱ區曲面片構建為2.91×10-5mm。

圖6 Ⅲ區曲面片構建

Ⅲ區曲面片構建如圖6(a)所示，Ⅲ區曲面片構建誤差如圖6(b)所示。由圖6(b)可知，△Ⅲ區曲面片構建為2.85×10-5mm。

圖7 Ⅳ區曲面片構建

Ⅳ區曲面片構建如圖7(a)所示，Ⅳ區曲面片構建誤差如圖7(b)所示。由圖7(b)可知，△Ⅳ區曲面片構建為3.02×10-4mm。

曲面片構建誤差計算方法如公式(1)所示。

根據式(1)，曲面片構建誤差為3.02×10-4mm。

Ⅰ區曲面片、Ⅱ區曲面片、Ⅲ區曲面片和Ⅳ區曲面片的數字化拼接如圖8(a)所示，拼接誤差如圖8b所示。由圖8(b)可知，拼接誤差為0.0085mm。根據圖1，結合式(1)，模型重建誤差公式如式(2)所示。

將曲面片構建誤差3.06×10-4mm，數字化拼接誤差0.0085mm，代入式(2)，模型重建誤差為8.51×10-3mm。由圖8(a)可見，Ⅰ區域存在拼接褶皺缺陷，Ⅱ區域存在拼接孔洞缺陷，需要進行局部修改，消除該缺陷，改善鈑金件整體的光順效果。

圖8 數字化拼接

2.2.3 逆向產品模型誤差

模型創建誤差公式如式(3)所示。

將數據采集誤差0.05mm，模型重建誤差8.51×10-3mm，代入式(3)，模型創建誤差為0.051mm。逆向產品模型誤差公式如式(4)所示。

將模型創建誤差0.051mm，模型評估誤差一般控制在0.02mm左右，代入式(4)，逆向產品模型誤差為0.055mm。

2.3 鈑金件再設計階段誤差分析2.3.1 模型局部優化誤差

鈑金件模型局部優化效果如圖9(a)所示，模型局部優化誤差如圖9(b)所示。由圖9(a)可見，Ⅰ區域和Ⅱ區域存在的拼接相關缺陷已經被消除，鈑金件的整體光順效果得到了改善。由圖9(b)可知，模型局部優化誤差為2.2×10-5mm。

圖9 模型局部優化

2.3.2 數字模型改進誤差

鈑金件數字模型改進效果如圖10(a)所示，數字模型改進誤差如圖10(b)所示。由圖10(b)可知，數字模型改進誤差為2.44×10-5mm。

圖10 數字模型改進

將模型局部優化誤差2.2×10-5mm，數字模型改進誤差2.44×10-5mm，代入式(5)，再設計誤差為3.29×10-5mm。

2.4 鈑金件仿真分析階段誤差分析

基于UG軟件的鈑金件數字化再設計模型靜態分析——偏差度量，如圖11所示。由圖11可知，靜態分析誤差為0.001mm。由于鈑金件模型沒有進行動態分析，動態分析誤差可以忽略，即動態分析誤差為0mm。根據圖1，仿真分析誤差公式如式(6)所示。根據式(6)，仿真分析誤差為0.001mm。

2.3.3 再設計誤差

根據圖1，再設計誤差公式如式(5)所示。

圖11 鈑金件數字化再設計模型靜態分析

2.5 鈑金件驗收評估階段誤差分析

根據圖1，驗收評估階段由評估階段和試制階段兩部分組成。驗收評估誤差公式如式(7)所示。

將評估誤差0.02mm，試制誤差0.01mm，代入式(7)，評估驗收誤差為0.022mm。

2.6 全過程誤差分析

根據圖1，全過程總誤差公式如式(8)所示。

將逆向產品模型誤差0.055mm，再設計誤差3.29×10-5mm，仿真分析誤差0.001mm，驗收評估誤差0.022mm，代入式(8)，鈑金件逆向數字化快速開發過程總誤差為0.059mm，低于0.1mm。鈑金件逆向數字化快速開發精度滿足鈑金件逆向數字化開發過程的整體精度要求。

3 結論

數字化開發是產品快速開發過程中的一項重要內容，逆向工程技術是數字化開發領域中的前沿技術，精度控制是逆向產品數字化開發全過程中的關鍵問題。本文提出了鈑金件逆向數字化開發過程中出現誤差的原因及控制方法；基于UG軟件,結合具體鈑金件，實現了基于精度控制的鈑金件逆向數字化快速開發。

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Reverse digital rapid development of the sheet metal based on precision control

FAN Jun1，WANG Lei-gang2

分析了鈑金件數字化開發過程精度影響因素，重點探討了基于逆向工程的鈑金件數字化快速開發全過程中的逆向產品模型、再設計、仿真分析、驗收評估等四個階段的精度影響因素，提出了鈑金件逆向數字化快速開發精度分配與控制方法。以覆蓋板為例，通過合理分配和控制精度，能有效滿足逆向數字化快速開發的精度要求。

逆向工程；數字化開發；鈑金件；精度控制

范鈞（1979 -），男，山西人，講師，碩士，研究方向為基于逆向工程的產品（機械零部件及模具）快速開發與制造、CAD/CAE/CAM。

TP391

A

1009-0134(2014)06(上)-0074-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2014.06(上).21

2014-03-03

高校自然科學研究項目（13KJD460006）；江蘇省宿遷學院科研基金（2013KY41）；江蘇省宿遷學院教材建設基金（2a013YJY16）