一種基于切面模線(xiàn)的飛機(jī)零件逆向建模方法技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)從模擬量飛機(jī)零件改進(jìn)設(shè)計(jì)和數(shù)字化制造的客觀要求出發(fā)，提出一種基于切面模線(xiàn)的飛機(jī)零件逆向建模方法，可以較為準(zhǔn)確地建立符合現(xiàn)有生產(chǎn)協(xié)調(diào)關(guān)系的飛機(jī)零件實(shí)體數(shù)模，通過(guò)平板式掃描設(shè)備掃描零件的切面模線(xiàn)圖板形成二維光柵圖像，然后借助正交網(wǎng)格線(xiàn)對(duì)二維光柵圖像進(jìn)行失真校正、矢量化處理和擬合光順，最后通過(guò)擬合切面模線(xiàn)對(duì)飛機(jī)零件進(jìn)行實(shí)體建模。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)屬于逆向工程領(lǐng)域，涉及一種飛機(jī)零件逆向建模方法，特別涉及。
技術(shù)介紹
飛機(jī)具有合乎氣動(dòng)力學(xué)的光滑幾何外形，其大量零件具有與氣動(dòng)力外形有關(guān)的復(fù)雜曲面。因此，在飛機(jī)制造中廣泛采用一種與一般機(jī)械制造業(yè)不同的技術(shù)一模線(xiàn)樣板技術(shù)，以保證制造出來(lái)的各種工藝裝備和零件互相協(xié)調(diào)。其中，模線(xiàn)是根據(jù)飛機(jī)設(shè)計(jì)圖紙和工藝要求，按1:1比例精確繪制在圖板上，表示飛機(jī)零部件理論外形和結(jié)構(gòu)軸線(xiàn)的圖樣。模線(xiàn)是飛機(jī)制造過(guò)程中尺寸傳遞的原始依據(jù)，是保證各類(lèi)零部件尺寸協(xié)調(diào)的基本手段。為了便于敘述，以下將采用模線(xiàn)樣板技術(shù)制造的飛機(jī)，稱(chēng)為模擬量飛機(jī)。在模擬量飛機(jī)的制造過(guò)程中，具有復(fù)雜外形曲面的飛機(jī)零件是采用切面模線(xiàn)定義其外形的。所謂飛機(jī)零件的切面模線(xiàn)，是指一組表示飛機(jī)零件切面輪廓的縱橫交錯(cuò)的平面曲線(xiàn)。事實(shí)上，由于以往手工繪圖的局限性，切面模線(xiàn)是通過(guò)描述飛機(jī)零件的特定位置的切面輪廓來(lái)定義整個(gè)飛機(jī)零件的。一般情況下，一個(gè)飛機(jī)零件的切面模線(xiàn)繪制在數(shù)張圖板上，各切面模線(xiàn)之間的三維空間位置關(guān)系通過(guò)定位基準(zhǔn)確定。隨著制造技術(shù)的飛速發(fā)展，全面應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)，已成為航空技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。飛機(jī)研制正面臨一場(chǎng)革命，采用先進(jìn)的數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造手段取代傳統(tǒng)的模線(xiàn)樣板方法已迫在眉睫。然而，模擬量飛機(jī)零件實(shí)體數(shù)模的缺失，阻礙了數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)在我國(guó)航空企業(yè)的應(yīng)用和推廣，導(dǎo)致飛機(jī)制造工裝需求量大、生產(chǎn)準(zhǔn)備周期長(zhǎng)、零部件互換協(xié)調(diào)性差、質(zhì)量難以保證、成本高、批量生產(chǎn)能力不足等一系列問(wèn)題，同時(shí)也極大地限制了模擬量飛機(jī)自身的改型升級(jí)。發(fā)展模擬量飛機(jī)零件的逆向建模技術(shù)，是提高模擬量飛機(jī)的制造效率和精度的有效手段，也是促進(jìn)模擬量飛機(jī)自身改型升級(jí)的客觀要求。可見(jiàn)，在以模線(xiàn)樣板為協(xié)調(diào)依據(jù)的模擬量飛機(jī)上實(shí)施數(shù)字化技術(shù)，并在不報(bào)廢現(xiàn)有工裝的原則下，采用逆向建模方法建立與現(xiàn)有的生產(chǎn)協(xié)調(diào)關(guān)系一致的飛機(jī)零件實(shí)體數(shù)模，是急需解決的問(wèn)題。常用的零件逆向建模方法是通過(guò)三維CAD軟件對(duì)零件的掃描數(shù)據(jù)點(diǎn)云進(jìn)行處理，然后基于點(diǎn)云進(jìn)行曲面重構(gòu)和實(shí)體建模。文獻(xiàn)“陳文琳等，殼體零件反向建模，制造業(yè)信息化，2 (2009)91-93”公開(kāi)了一種殼體零件的逆向建模方法，具體流程如下:(1)采用三維測(cè)量設(shè)備采集零件的外形點(diǎn)云；(2)將掃描點(diǎn)云導(dǎo)入三維CAD軟件，剔除明顯錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行拼合、去噪、過(guò)濾、修補(bǔ)及網(wǎng)格化等一系列預(yù)處理操作；(3)通過(guò)掃描點(diǎn)云構(gòu)造零件外形曲面，進(jìn)而建立零件實(shí)體數(shù)模。該方法的缺陷表現(xiàn)為:(I)實(shí)施過(guò)程需要掃描大量的零件外形數(shù)據(jù)，加之零件經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用后產(chǎn)生變形和磨損，容易造成難以避免的逆向建模誤差；(2)掃描設(shè)備采集的是無(wú)序的三維數(shù)據(jù)，因而識(shí)別和提取零件結(jié)構(gòu)特征的難度大，難以實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模，進(jìn)而不利于零件自身的改進(jìn)設(shè)計(jì)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了克服現(xiàn)有逆向建模方法的缺陷，本專(zhuān)利技術(shù)從模擬量飛機(jī)零件改進(jìn)設(shè)計(jì)和數(shù)字化制造的客觀要求出發(fā)，提出，可以較為準(zhǔn)確地建立符合現(xiàn)有生產(chǎn)協(xié)調(diào)關(guān)系的飛機(jī)零件實(shí)體數(shù)模。本專(zhuān)利技術(shù)解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:，其特征在于包括以下步驟:步驟1:通過(guò)平板繪圖機(jī)在尺寸穩(wěn)定的透明介質(zhì)上以給定間距繪制MXN條正交網(wǎng)格線(xiàn)，并將網(wǎng)格交點(diǎn)記為Oij，其中i=l、2、…、M，j=l、2、…、N，然后以網(wǎng)格交點(diǎn)O11為坐標(biāo)原點(diǎn)建立正交坐標(biāo)系Χ0Υ，獲取各網(wǎng)格交點(diǎn)Oij的坐標(biāo)；步驟2:將零件的其中一張切面模線(xiàn)圖板平鋪在平板式掃描設(shè)備的工作臺(tái)上，然后將步驟I繪制的透明介質(zhì)置于切面模線(xiàn)圖板上方，并使繪有正交網(wǎng)格線(xiàn)的一面與切面模線(xiàn)圖板的正面相貼，充分貼合后固定，得到帶透視網(wǎng)格線(xiàn)的切面模線(xiàn)圖板；步驟3:采用平板式掃描設(shè)備將帶透視網(wǎng)格線(xiàn)的切面模線(xiàn)圖板進(jìn)行掃描，得到包含掃描切面模線(xiàn)圖板、掃描切面模線(xiàn)、掃描定位基準(zhǔn)、掃描透明介質(zhì)和掃描正交網(wǎng)格線(xiàn)的二維光柵圖像，將二維光柵圖像中的網(wǎng)格交點(diǎn)記為Oij丨,Oij丨與Oij 對(duì)應(yīng)；步驟4:對(duì)二維光柵圖像進(jìn)行失真校正和矢量化處理，得到矢量切面模線(xiàn)和矢量定位基準(zhǔn)；步驟5:參照步驟2~4處理零件的其他切面模線(xiàn)圖板，得到零件每一個(gè)切面模線(xiàn)圖板的矢量切面模線(xiàn)和矢量定位基準(zhǔn)；步驟6:將零件的所有矢量切面模線(xiàn)和矢量定位基準(zhǔn)導(dǎo)入三維CAD軟件中，并在保證精度的前提下對(duì)其進(jìn)行擬 合光順，得到擬合切面模線(xiàn)和擬合定位基準(zhǔn)；步驟7:在CAD軟件的三維坐標(biāo)系OXYZ中，借助擬合定位基準(zhǔn)，通過(guò)平移和旋轉(zhuǎn)操作，將擬合切面模線(xiàn)定位到空間理論位置；步驟8:參考零件圖紙和相關(guān)技術(shù)文件，采用曲線(xiàn)曲面操作，通過(guò)擬合切面模線(xiàn)構(gòu)造出飛機(jī)零件的外形面，進(jìn)而采用實(shí)體操作建立零件的實(shí)體數(shù)模；上述步驟4對(duì)二維光柵圖像進(jìn)行失真校正和矢量化處理的具體做法為:步驟(4-1):在圖像校正軟件中打開(kāi)二維光柵圖像，以網(wǎng)格交點(diǎn)O11丨為坐標(biāo)原點(diǎn)建立與XOY協(xié)調(diào)一致的正交坐標(biāo)系O ; Y '，捕獲各網(wǎng)格交點(diǎn)Oij丨的坐標(biāo)；步驟(4-2):以各網(wǎng)格交點(diǎn)Oij ’為待校正點(diǎn)，以各對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格交點(diǎn)Oij為校正目標(biāo)點(diǎn)，對(duì)二維光柵圖像進(jìn)行失真校正；步驟(4-3):將校正后的二維光柵圖像矢量化，得到矢量切面模線(xiàn)和矢量定位基準(zhǔn)，然后以三維CAD軟件兼容的文件格式保存。上述步驟6中擬合切面模線(xiàn)和擬合定位基準(zhǔn)的具體步驟為；步驟(6-1):對(duì)于任意一條矢量切面模線(xiàn)或矢量定位基準(zhǔn)，在其上提取若干個(gè)點(diǎn)；步驟(6-2):通過(guò)提取的點(diǎn)逐一擬合與曲線(xiàn)原始定義類(lèi)型一致的切面模線(xiàn)或定位基準(zhǔn)；步驟(6-3):通過(guò)平板繪圖機(jī)繪制步驟(6-2)擬合的切面模線(xiàn)和定位基準(zhǔn)，并與原切面模線(xiàn)圖板進(jìn)行對(duì)比檢測(cè)，如果超差，參考原切面模線(xiàn)圖板對(duì)其進(jìn)行修正，然后再繪制并進(jìn)行對(duì)比，如此反復(fù)，最終得到滿(mǎn)足設(shè)計(jì)公差要求的擬合切面模線(xiàn)和擬合定位基準(zhǔn)。該方法針對(duì)采用切面模線(xiàn)定義外形的飛機(jī)零件，首先通過(guò)平板式掃描設(shè)備掃描零件的切面模線(xiàn)圖板形成二維光柵圖像，然后借助正交網(wǎng)格線(xiàn)對(duì)二維光柵圖像進(jìn)行失真校正、矢量化處理和擬合光順，最后通過(guò)擬合切面模線(xiàn)對(duì)飛機(jī)零件進(jìn)行實(shí)體建模。本專(zhuān)利技術(shù)的有益效果是:(1)由于采用切面模線(xiàn)作為逆向建模的數(shù)據(jù)來(lái)源，而切面模線(xiàn)是飛機(jī)零件制造的原始依據(jù)，因此，本專(zhuān)利技術(shù)提出的逆向建模方法的建模精度高，所建立的零件實(shí)體數(shù)模能夠符合現(xiàn)有的生產(chǎn)協(xié)調(diào)關(guān)系，不會(huì)造成現(xiàn)有工裝的報(bào)廢，可直接代替原切面模線(xiàn)圖板作為零件數(shù)字化制造的依據(jù)。(2)針對(duì)圖板掃描過(guò)程產(chǎn)生的圖像失真，本專(zhuān)利技術(shù)借助正交網(wǎng)格線(xiàn)實(shí)現(xiàn)了圖像失真的快速校正，避免了建立失真模型和標(biāo)定失真參數(shù)等復(fù)雜的圖像校正過(guò)程，有效提高了逆向建模的效率和準(zhǔn)確性。(3)與常用的基于掃描點(diǎn)云的逆向建模方法相比，本專(zhuān)利技術(shù)直接將切面模線(xiàn)作為零件實(shí)體建模的特征線(xiàn)，無(wú)需識(shí)別和提取零件結(jié)構(gòu)特征，生成零件實(shí)體數(shù)模的操作過(guò)程簡(jiǎn)單，工作量小。更重要的是，本專(zhuān)利技術(shù)實(shí)現(xiàn)了以切面模線(xiàn)為特征參數(shù)的飛機(jī)零件參數(shù)化逆向建模，有利于零件自身的改進(jìn)設(shè)計(jì)。【附圖說(shuō)明】圖1是本專(zhuān)利技術(shù)實(shí)施例零件的其中一張切面模線(xiàn)圖板；圖2是本專(zhuān)利技術(shù)實(shí)施例繪制的含有正交網(wǎng)格線(xiàn)的聚酯薄膜膠板；圖3是本專(zhuān)利技術(shù)實(shí)施例掃描得到的二維光柵圖像；圖4是本專(zhuān)利技術(shù)實(shí)施例獲得的擬合切面模線(xiàn)和擬合定位基準(zhǔn)；圖5是本專(zhuān)利技術(shù)實(shí)施例定位到理論位置的擬合切面模線(xiàn)和擬合定位基準(zhǔn)；圖6是本專(zhuān)利技術(shù)實(shí)施例建立的零件實(shí)體數(shù)模。圖中編號(hào)說(shuō)明:1切面模線(xiàn)圖板、2切面模線(xiàn)、2 ’掃描切面模線(xiàn)、2擬合切面模線(xiàn)、3定位基準(zhǔn)、3'掃描定位基準(zhǔn)、3擬合定本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于切面模線(xiàn)的飛機(jī)零件逆向建模方法，其特征在于包括以下步驟：步驟1：通過(guò)平板繪圖機(jī)在尺寸穩(wěn)定的透明介質(zhì)上以給定間距繪制M×N條正交網(wǎng)格線(xiàn)，并將網(wǎng)格交點(diǎn)記為Oij，其中i=1、2、…、M，j=1、2、…、N，然后以網(wǎng)格交點(diǎn)O11為坐標(biāo)原點(diǎn)建立正交坐標(biāo)系XOY，獲取各網(wǎng)格交點(diǎn)Oij的坐標(biāo)；步驟2：將零件的其中一張切面模線(xiàn)圖板平鋪在平板式掃描設(shè)備的工作臺(tái)上，然后將步驟1繪制的透明介質(zhì)置于切面模線(xiàn)圖板上方，并使繪有正交網(wǎng)格線(xiàn)的一面與切面模線(xiàn)圖板的正面相貼，充分貼合后固定，得到帶透視網(wǎng)格線(xiàn)的切面模線(xiàn)圖板；步驟3：采用平板式掃描設(shè)備將帶透視網(wǎng)格線(xiàn)的切面模線(xiàn)圖板進(jìn)行掃描，得到包含掃描切面模線(xiàn)圖板、掃描切面模線(xiàn)、掃描定位基準(zhǔn)、掃描透明介質(zhì)和掃描正交網(wǎng)格線(xiàn)的二維光柵圖像，將二維光柵圖像中的網(wǎng)格交點(diǎn)記為Oij＇，Oij＇與Oij一一對(duì)應(yīng)；步驟4：對(duì)二維光柵圖像進(jìn)行失真校正和矢量化處理，得到矢量切面模線(xiàn)和矢量定位基準(zhǔn)；步驟5：參照步驟2～4處理零件的其他切面模線(xiàn)圖板，得到零件每一個(gè)切面模線(xiàn)圖板的矢量切面模線(xiàn)和矢量定位基準(zhǔn)；步驟6：將零件的所有矢量切面模線(xiàn)和矢量定位基準(zhǔn)導(dǎo)入三維CAD軟件中，并在保證精度的前提下對(duì)其進(jìn)行擬合光順，得到擬合切面模線(xiàn)和擬合定位基準(zhǔn)；步驟7：在CAD軟件的三維坐標(biāo)系OXYZ中，借助擬合定位基準(zhǔn)，通過(guò)平移和旋轉(zhuǎn)操作，將擬合切面模線(xiàn)定位到空間理論位置；步驟8：參考零件圖紙和相關(guān)技術(shù)文件，采用曲線(xiàn)曲面操作，通過(guò) 擬合切面模線(xiàn)構(gòu)造出飛機(jī)零件的外形面，進(jìn)而采用實(shí)體操作建立零件的實(shí)體數(shù)模。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于切面模線(xiàn)的飛機(jī)零件逆向建模方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟1:通過(guò)平板繪圖機(jī)在尺寸穩(wěn)定的透明介質(zhì)上以給定間距繪制MXN條正交網(wǎng)格線(xiàn)，并將網(wǎng)格交點(diǎn)記為Oij，其中i=l、2、…、M，j=l、2、…、N，然后以網(wǎng)格交點(diǎn)O11為坐標(biāo)原點(diǎn)建立正交坐標(biāo)系Χ0Υ，獲取各網(wǎng)格交點(diǎn)Oij的坐標(biāo)； 步驟2:將零件的其中一張切面模線(xiàn)圖板平鋪在平板式掃描設(shè)備的工作臺(tái)上，然后將步驟I繪制的透明介質(zhì)置于切面模線(xiàn)圖板上方，并使繪有正交網(wǎng)格線(xiàn)的一面與切面模線(xiàn)圖板的正面相貼，充分貼合后固定，得到帶透視網(wǎng)格線(xiàn)的切面模線(xiàn)圖板； 步驟3:采用平板式掃描設(shè)備將帶透視網(wǎng)格線(xiàn)的切面模線(xiàn)圖板進(jìn)行掃描，得到包含掃描切面模線(xiàn)圖板、掃描切面模線(xiàn)、掃描定位基準(zhǔn)、掃描透明介質(zhì)和掃描正交網(wǎng)格線(xiàn)的二維光柵圖像，將二維光柵圖像中的網(wǎng)格交點(diǎn)記為Oij丨，Oij丨與Oij —一對(duì)應(yīng)； 步驟4:對(duì)二維光柵圖像進(jìn)行失真校正和矢量化處理，得到矢量切面模線(xiàn)和矢量定位基準(zhǔn)； 步驟5:參照步驟2~4處理零件的其他切面模線(xiàn)圖板，得到零件每一個(gè)切面模線(xiàn)圖板的矢量切面模線(xiàn)和矢量定位基準(zhǔn)； 步驟6:將零件的所有矢量切面模線(xiàn)和矢量定位基準(zhǔn)導(dǎo)入三維CAD軟件中，并在保證精度的前提下對(duì)其進(jìn)行擬合光順，得到擬合切面模線(xiàn)和擬合定位基準(zhǔn)； 步驟7:在CAD軟件的三維坐標(biāo)系OXYZ中，借助擬合定位基準(zhǔn)，通過(guò)平移和旋轉(zhuǎn)操作，將擬合切面模線(xiàn)定位到空間理...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：彭艷敏，陳金平，黨建衛(wèi)，韓強(qiáng)儒，楊亮，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：中航飛機(jī)股份有限公司西安飛機(jī)分公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：