王帅骁
航空工业沈阳飞机工业（集团）有限公司制造数据中心 沈阳 110850
摘要：现如今，我公司飞机导管逆向建模工作是应用CATIA软件内的DSE及QAR模块，基于点云数据来进行曲面构建的。本文将对几种典型的导管建模方式进行分析研究，旨在归纳出应对不同类型导管的高效、准确的建模方法。
关键词：管类零件；点云数据；CATIA建模；截面线法；网格拟合法
1引言
航空制造工业发展到今天，数字化制造技术已经取得突破性的进展，在飞机导管制造、发动机导管制造过程中大量采用数字化制造技术，传统的模拟量传递方法已经逐渐被数字量传递方法取代。在实际应用过程中，使用三维扫描设备进行取样，并通过逆向软件建模进而进行数字化生产的方法已经趋于成熟。
逆向技术的应用，为导管的制造提供了新方法，在减小了手工加工模胎工作强度的同时，也大大提升了导管制造的准确性。采用逆向技术进行导管模胎的制造，提高了从实样到模胎的制作效率。以往模拟量传递制造过于依赖工人的手艺，误差积累较为严重。而在数控设备日益推广的今天，零件制造越来越迫切的需要建立各类符合生产要求的数据模型，以实现零件高效、精确的生产。
2 管类零件的逆向建模方法
本文所讨论的逆向建模方法主要是基于CATIA内快速曲面构建模块(Quick Surface Reconstruction,简称QSR)及数字化编辑模块（Digitized Shape Editor，简称DSE)模块，并结合创成式外形设计、自由曲面等模块所进行的曲面构建。
2.1“截面线”法
所谓“截面线”法，顾名思义，就是以导管逆向数据的管路趋势线为轴，用若干平面与扫描数据相交成截面线，然后，在各个截面的草图里优化截面线或基于截面线进行轮廓重构，再使用多截面曲面命令和桥接命令生成曲面的一种方法。
在应用此方法的建模过程中，各相邻截面线在“管轴”趋势性下的空间相对位置是否光滑、连续决定了生成曲面质量的好坏。因为截面的不规则变化会影响生成曲面的光顺度，曲面的光顺度差可能导致曲面无法进行偏移操作，甚至影响最后的实体创建。其原因是：对于曲面，其变化趋势可以看成是多个圆弧的连接，在曲率变化大的部位，其曲率半径较小，当此半径小于材料厚度时，就超出了偏移极限，所以无法进行曲面偏移，即无法依据该曲面进行实体的生成。由于通过三维扫描实样得到的逆向数据是导管外侧面的，而在制造模具时，工装制造单位提取使用的是导管的内形面，两者相差一个材料厚度。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如果无法对重构曲面进行偏移等操作，就不能得到内形面的制造数据。为解决此问题，设计者可先将点云数据进行偏移，得到内形面的逆向点云数据，然后利用“截面线”法进行曲面的构建，这样可以大大减少设计者后期的修改工作，巧妙避免了重构的零件外形面无法偏移的问题。根据该方法的原理，我们不难看出，截面线的数量可在一定程度上影响着曲面的质量。
综上所述，该方法在对弯曲曲率小、扫描效果好且管径大小无变化的零件建模中应用效果较好。由于该方法有着较大的局限性，对扫描效果、零件特征有着较高的要求，并且建模步骤、过程较为繁琐，所以在日常的管类零件建模中应用较少。
2.2“网格区域拟合”法
“网格区域拟合”法，重点在于“区域拟合”，与“截面线”法由线构面的原理不同，该方法的构建结果直接为曲面。现以一变径导管的建模过程为例，介绍此方法。
该导管中间部分为不规则椭圆形, 端头为规则圆形，该数模曲面的建立难点在于中间段和两端曲面的连接过渡区域：按照扫描数据形成导管主要部分后，在设定端头直径为恒定值后进行桥接，生成的过渡曲面容易扭曲变形无法保证曲面的光滑连续。
应用“网格区域拟合”法：首先作出如图2所示的4条截面线（具体方法在这里不再赘述），线所包围的区域可视扫描数据的情况尽可能大，但一定要包括截面变化的过渡部分。
在 QSR模块下，应用Curves Network命令，分别选中四条曲线，其他选项默认，点击确定，便自动修剪并生成一条封闭曲线（图3所示）。在这里需要注意的是，为实现后续曲面的生成操作，在该命令中的四条曲线必须完全在点云网格上。
然后，继续在该模块下，应用Surfaces Network命令，依次点击上一命令所生成的线框、扫描数据，点击确定，便自动生成基于该区域网格数据的曲面（图4）。
该方法生成的曲面具有曲率连续性好、光顺程度高的特点，并且方法简单，在对导管变径区、大曲率过渡区、多通管连接区的曲面构建上，起到化繁为简、举重若轻的作用。但该方法也有一定的局限性，它对于点云数据质量较差、区域内存在漏洞等情况无法智能的自行弥补，从而造成曲面构建失败。此种情况下，可在DSE模块中，对点云数据进行编辑、修补，在一定程度上完善点云的信息，进而使“区域拟合”法得以顺利应用。
3 结束语
导管类零件使用逆向方法建立的数模与传统按图纸尺寸建立的数模相比，精度较低，且无尺寸约束。但结合实际生产工艺，在数模建立过程中进行适当补偿，可使数模极大程度的符合实际生产要求，显著提高导管零件的一次成型率。同时，也可以为导管建立稳定的数字化资源，从而为后期的维护提供参考依据，降低维修成本。
采用最适、最优的建模方法可高效、准确地生成优质曲面，有利于后续生产阶段的顺利进行。本文介绍了两种导管逆向建模的常用方法，在实际工作中可根据实际情况进行选择或结合性应用。
论文作者:王帅骁
论文发表刊物:《防护工程》2018年第18期
论文发表时间:2018/11/13
标签：曲面论文; 导管论文; 截面论文; 建模论文; 方法论文; 零件论文; 数据论文; 《防护工程》2018年第18期论文;