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    船用螺旋槳的逆向造型方法與研究

    發(fā)布時間:2016-04-01 10:45  

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    螺旋槳是船舶推進器的核心元件,螺旋槳制造品質的優(yōu)劣將直接影響船舶的整體性能。船用螺旋槳葉片型面較為復雜,導致了其葉片的設計和檢測難度大。采用逆向工程技術對螺旋槳進行三維模型重構,這種方法大大縮短了葉輪的設計周期,并可以方便的進行偏差分析,有效地保證了重構模型的精度。下面介紹應用逆向工程設計制造船用螺旋槳的方法,著重研究逆向工程應用于復雜型面零件再造的關鍵技術。

    1 型面點云數(shù)據(jù)采集

    點云數(shù)據(jù)采集是逆向工程中的一個重要環(huán)節(jié),點云的質量將直接影響造型精度和偏差大小。逆向工程中物體表面三維數(shù)據(jù)的獲取方法根據(jù)測量探頭是否與零件表面接觸,分為接觸式和非接觸式兩類。

    由于螺旋槳型面相對復雜,應用接觸式測量方法難度較大、且效率低下,故采用非接觸是測量更方便、快捷。本文介紹了非接觸式方法對葉輪型面數(shù)據(jù)進行采集的過程,我們所使用的設備為非接觸式三維激光掃描儀,該掃描儀掃描精度可達兩點間距0.2mm。其原理為光學三角形原理,測量速度快且不必逐點測量。所得點云間隔為0.2mm,共有離散點13393個。

    2 對采集的點云數(shù)據(jù)進行處理

    點云數(shù)據(jù)的處理也就是點云截片的截取及去噪、光順等過程。

    葉片點云截片的常用截取方法有兩種。第一種為沿著葉輪軸向截取點云截片,這種方法所截取的點云截片中,其包含的葉片與漿轂連接處的數(shù)據(jù)過少,不利于三維模型的重構。第二種為沿著葉輪徑向截取點云截片,按此方法截取的點云截片,不僅能全面的反映出葉片的型面特征,還包含了大量的葉片與漿轂連接處的數(shù)據(jù),可保證重構模型的質量和精度。

    為提高點云截片的質量,以保證重構模型的質量,需要對已有截片進行刪除噪音點、簡化等處理,并應用高斯光順法進行光順,該方法在光順的同時能較好的保持原數(shù)據(jù)的形貌。

    3 曲線、曲面擬合與CAD模型重構

    基于NURBS曲線、曲面原理利用軟件對已處理過的點云切片為基礎擬合出葉片曲線,進而得出葉片表面曲面。

    4 逆向模型3D偏差分析

    在點云數(shù)據(jù)采集、修整以及曲線曲面擬合過程中會出現(xiàn)偏差和模型失真,所以對重構模型進行偏差分析并修改是必不可少的。在偏差分析中多借用Geomagic Qualify、Polyworks、Copycad等軟件對逆向模型和數(shù)字化模型進行對比和分析,為零件是否合格提供有力依據(jù)。

    由于葉輪類零件在逆向設計過程中的偏差要求及標準尚未有明確規(guī)定,此處以螺旋槳修理后的偏差要求對重構模型進行偏差評定,即偏差小于整體尺寸的0.5%視為I級。

    如果重構三維模型與原始點云偏差在-2~+2mm之間,模型與原始點云偏差較大。通過進一步對點云進行光順、調整曲線控制點等修改后得出重構葉輪模型,再次進行偏差檢驗。此時重構模型與原始點云偏差絕大多數(shù)在-0.5~+0.5mm之間,已滿足精度要求。

    以偏差分析合格為依據(jù)最終得出重構CAD模型,并據(jù)此CAD模型應用快速成型機制造出實體。

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