[發(fā)明專利]一種基于非剛性配準(zhǔn)變形的薄壁零件模型重構(gòu)方法

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• 申請日: 2022-06-24
• 公開（公告）號: CN115146405A
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙正彩;楊伸;林圣濤;傅玉燦;蘇宏華
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06F119/02
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 曹翠珍

本發(fā)明公開了一種基于非剛性配準(zhǔn)變形的薄壁零件模型重構(gòu)方法：1）對零件毛坯表面進(jìn)行數(shù)據(jù)點采樣，并對采樣點進(jìn)行去噪、排序等預(yù)處理操作；2）以采樣點集作為匹配目標(biāo)，對零件的理論CAD模型與預(yù)處理后的采樣點進(jìn)行剛性配準(zhǔn)；3）采用等截面法和相交操作獲取配準(zhǔn)后理論CAD模型不同位置的截面線，并采用等參數(shù)法將截面線離散為點集。以采樣點集作為變形目標(biāo)，對理論截面線的離散點集做非剛性配準(zhǔn)變形，并對變形后的離散點集采用NURBS曲線插值生成截面線；4）通過放樣截面線的方法生成適應(yīng)當(dāng)前零件的加工工藝CAD模型。解決了薄壁零件因熱成形變形引起的實際毛坯幾何外形無法包絡(luò)理論CAD模型而造成的加工余量不足的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機械制造及逆向工程領(lǐng)域，特別涉及一種基于非剛性配準(zhǔn)變形的模型重構(gòu)方法，屬于一種提升逆向建模準(zhǔn)確性和加工精度的輔助方法。

背景技術(shù)

薄壁零件具有質(zhì)量輕、耗材少的優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于航空領(lǐng)域結(jié)構(gòu)件的制造中。但該類材料的剛度較低，易變形，加工精度難以保證。為了實現(xiàn)航空零部件的高效高質(zhì)量制造，熱成形制造結(jié)合數(shù)控銑削的復(fù)合加工是目前薄壁零件的主要制造方式。傳統(tǒng)薄壁零件從整體坯料到最終的零件成型，需要多次對毛坯進(jìn)行數(shù)控減材加工，零件的生產(chǎn)周期長且材料去除率較高。航空領(lǐng)域結(jié)構(gòu)件中，材料往往選擇以鈦合金為代表的難加工材料，價格昂貴，導(dǎo)致了航空領(lǐng)域結(jié)構(gòu)件成本高。

目前，薄壁零件往往采用近凈成型，零件成形后僅留有少量加工余量，通過數(shù)控銑削、磨削等加工方法去除余量，以大幅減少薄壁零件的制造周期，減少材料成本。然而，在近凈成型過程中由于溫度的波動、模具的磨損和熱形變等因素影響，熱成形后的薄壁零件外形與理論形狀存在偏差，使得加工余量分布不均甚至不足，導(dǎo)致銑削加工過程中出現(xiàn)部分區(qū)域欠切或輪廓度、厚度超差，直接影響航空零部件的制造精度甚至產(chǎn)生報廢。

目前主要是通過手工矯形、打磨等操作提高零件的加工精度，嚴(yán)重依賴工人的操作技能與經(jīng)驗，造成零件生產(chǎn)周期較長且質(zhì)量一致性差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)方法的不足，提供一種基于非剛性配準(zhǔn)變形的模型重構(gòu)方法。針對易變形的薄壁零件，通過對理論數(shù)模采用非剛性配準(zhǔn)的變形手段，解決了薄壁零件因熱成形變形引起的實際毛坯幾何外形無法包絡(luò)理論模型CAD模型的問題，使得變形后的理論數(shù)模可被實際毛坯外形包圍，實現(xiàn)對薄壁零件加工工藝數(shù)模的個性化定制。

一種基于非剛性配準(zhǔn)變形的模型重構(gòu)方法，包括以下步驟：

步驟一、通過接觸式的探針或非接觸式的點激光位移傳感器對薄壁零件毛坯表面進(jìn)行數(shù)據(jù)點采樣，以及對采樣點進(jìn)行去噪、排序操作；所述的零件是易變形的薄壁零件，具體來說是薄壁蒙皮零件。

步驟二、將零件理論CAD模型與預(yù)處理后的采樣點進(jìn)行剛性配準(zhǔn)；

步驟三、采用等高截面法獲取配準(zhǔn)后零件理論CAD模型不同高度的截面線，并采用等參數(shù)法將截面線離散為點集；之后以采樣點集作為變形目標(biāo)對理論截面線的離散點集與采樣點集進(jìn)行非剛性配準(zhǔn)變形，并對變形后的離散點集采用NURBS曲線插值生成截面線；

步驟四、通過放樣截面線的方法生成適應(yīng)當(dāng)前零件的加工工藝CAD模型。

為優(yōu)化上述技術(shù)方案，采取的具體措施還包括：

步驟一中所述“對零件表面進(jìn)行數(shù)據(jù)點采樣”，是采用弦高差法對零件CAD模型表面進(jìn)行數(shù)據(jù)點采樣規(guī)劃，將所規(guī)劃采樣區(qū)域的點集擬合成曲線，并將其與零件CAD模型做偏差比較，選取零件線輪廓度加工要求精度為弦公差，作為采樣點數(shù)優(yōu)化約束條件，采樣點在零件曲率突變處分布較多，平滑處較少，反應(yīng)零件外形特征變化。

步驟一中“對采樣點進(jìn)行去噪、排序”，是由于金屬表面的反光特性，以及零件表面清潔度均會對點激光位移傳感器產(chǎn)生影響，使得采樣的數(shù)據(jù)點中有時會摻雜噪點，即不合理的離群點。所以需要通過對采樣點進(jìn)行去噪操作，去除多余、異常點，從而精簡采樣點數(shù)據(jù)，提升運算速率；之后對采樣數(shù)據(jù)點進(jìn)行排序，防止在后續(xù)數(shù)據(jù)點擬合時出現(xiàn)曲線的自相交。