基于RE技术对阀体内腔反求的设计方案.pdf

文章编号 10025855 2010 03002603 作者简介 杨曾钢 1981- , 男, 助理工程师, 从事阀门管理工作。 基于 RE技术对阀体内腔反求的设计方案 杨曾钢 1, 崔 硕2, 晏 宇2, 解 凯2, 杨红山2, 王 兵2 1哈尔滨汽轮机厂有限责任公司, 黑龙江 哈尔滨 150046; 2沈阳盛世高中压阀门有限公司, 辽宁 沈阳 110142 摘要 结合 RE技术对阀体内腔部分进行了逆向设计。通过三坐标测量机对阀门实物的数据 采集, 得到阀门的点云数据。通过对点云数据的特征采集获取需要的实体建模数据。给出了阀体 内腔反拓建模的技术路线。 关键词 阀体; 逆向设计; 点云; 建模; CAD 中图分类号 TH134 文献标识码 A uating the design progra m reversibly to the body cavity based on RE technology YANG Zhenggang 1, CU I Shuo2, YAN Y u2, X IE Kai2, YANG Hongshan2, WANG B ing2 1Harbin stea m turbine factory li m ited liability company, Harbin 150046, China ; 2Shenyang shengshiH igh andM edium PressureV alve Co, L td, Shenyang 110142, China Abstract The reverse design of body cavity is perfor m ed in com bination w ith RE technologies . The collection of valve data in kind by the coordinatem easuring m achine is to get the valve point cloud data and obtain the necessary physical constraction of analog data by the characteristicsof cloudsdata co llec tion . G ives the body cavity for m ation m odeling of anti- technology line . Key words valve body; reverse design; clouds ; modeling; CAD 1 概述 逆向工程 RE- Reverse Engineering也称反求 工程, 是一项新的先进制造技术。其要求将质量控 制从最终产品的检验和检测, 提前到产品的开发设 计阶段。减小开发风险, 降低开发成本, 加快产品成 功开发的周期。RE是针对一现有的样品, 利用 3D 数字化测量仪器准确、 快速的测得其轮廓坐标, 并进 行三维 CAD 曲面重构, 编辑修改后, 传至一般的 CAD /CAM 系统, 再由 CAM 产生刀具的 NC加工程 序代码送至 CNC加工设备制作所需的模具, 或者送 到快速成型机将样品制作出来。而传统的设计工程 根据二维图纸或设计规范及几何图形的要求, 借 助 CAD软件, 先建立产品的三维模型, 再以此为依 据编制数控加工程序, 驱动数控机床或其他数控设 备, 经历不同的工序, 生产出最终的产品。此类开发 模式称为预定模式, 开发工程称为顺向工程 是根 据产品的功能和用途首先进行概念设计, 然后通过 CAD输出产品的设计图纸, 经审查无误后, 编制 NC 代码并输入 CNC加工设备进行产品加工或者通过 快速成型机制作样品。 2 设计方法分析 传统的复制设计方法是用立体雕刻机或液压三 次元靠模铣床制作出 11成等比例的模具, 再进行 量产。这种方法属称类比式 Analog type复制, 无 法建立工件尺寸图档, 也无法做任何的外形修改。 这为后续的改进设计造成很大的麻烦。而且时间 长, 效果差, 已逐渐为新型数字化的 RE系统取代。 RE系统为制造业提供了一个全新、 高效的三维 制造路线, 并给出一个从样品 数据 产品的一体 化解决方案。RE通常是以专案方式执行一模型的 仿制工作。往往制作的产品没有原始设计图档, 仅 是根据一件样品或模型复制出来。 RE是由高速三维激光扫描机对已有的样品或 模型进行准确、 高速的扫描, 得到其三维轮廓数据, 26 阀 门 2010年第 3期 配合逆向软件进行曲面重构, 并对重构的曲面进行 在线精度分析, 评价构造效果, 最终生成 IGES或 STL数据, 据此就能进行快速成型或 CNC数控加 工。因为长期专门从事逆行工作, 所以工作效率很 高, 三维模型精确而专业。 I GES数据可传给一般的 CAD 系统 如 UG、 MDT等 , 进行进一步修改和再设计。另外, 也可传 给一些 CAM 系统 如 UG、 MASTERCAM、 S MART- CAM 等 , 做刀具路径设定, 产生数控代码, 由 CNC 机床将实体加工出来。 STL 数据经曲面断层处理 后, 可以直接由激光快速成型方式将实体制作出来。 3 逆向设计在阀门行业中的应用 逆向技术在飞机设计、 汽车设计、 模具制造等行 业已广泛的应用, 但在阀门行业中应用的比较少, 阀 门产品的反求大多还延续着传统的测绘手段, 生产 效率低。为配合快节奏的生产现状, 需采用先进的 设计理念, 缩短产品的设计周期, 节约设计成本, 并 设计出更优化的产品。以船用消防阀阀体 图 1内 腔逆向设计为例, 介绍 RE技术的操作方法。 图 1 待测实物 4 阀体内腔反求 41 零件分析 根据要求, 应在不破坏产品的情况下对阀门内 腔进行准确测量。但是阀门内腔结构复杂, 曲面形 状不规则, 不适合使用传统的测量工具测量。 42 解决方案 1浇灌硅胶填充内腔反型, 使用精密三坐标 测量机和激光头采集点云数据 图 2。 2依据点云数据提取特征在 Solid Works中建 立数学模型。 3运用专业检测软件 Qulify , 对建立的数学模 型和点云数据进行比对。可以对数学模型检测、 后 期再设计及其数学模型修正, 提供可信度很高的数 据。 图 2 三坐标柔性测量臂 43 数据提取及模型建立 由于阀门是在工作压力及温度较高的环境下运 行, 这样导致阀体局部变形, 从而在还原原始的设计 意图方面难度较大。但通过检测软件的对比分析, 方便的获取了原始的设计意图, 为阀门后期的实体 建模提供了专业而权威的设计数据。 检测测量设备为 FARO三坐标测量臂及其点云 数据采集 系统, 点云 数据采 集软件 为 Raindrop Geomagic Studio 80, 逆向数据提取及检测和建模软 件 为 Qulify70I mageware Solid W orks 2007 Catia v5r17 。 图 3 阀体内腔硅胶拓型 由于是硅胶浇灌内腔, 在反内腔提取点云的时 候内腔硅胶会有变形 图 3, 由于内腔的中心母线 和外壳是重合的, 所以采用外壳母线进行定位, 再根 据内腔的点云提取特征截面曲线进行实体建模 图 4和图 5。 阀体类产品外型不规整, 很难应用普通的测量 方法获得准确的表面形状, 然而数字模型精度要求 较高。但是应用柔性三坐标测量系统, 从工件表面 272010年第 3期 阀 门 提取点数据, 正确的表达了阀体的外型, 建立了阀体 的数字模型。 图 4 实体点云采集 图 5 数据提取建立三维实体 测绘建模数模与点云采集结果比对分析 图 6 可以看出, 大部分区域数模与点云很匹配, 误差较 小。但有些部位与点云偏离较大, 这是由于样件凸 凹不平的修整区域造成的。因为在设计过程中做了 平滑修整。同时, 由于样件不对称, 为得到一个受力 均匀对称的结构, 数模做了一些调整。 图 6 三维数模与点云误差分析 5 结语 RE作为对已有产品进行数据测量拟合、 分析、 改进设计和实现新产品开发的一种重要手段, 有效 地加快了新产品响应市场的速度。RE可以输出快 速原型制作及模具加工的多种数据格式, 并支持不 同用途。通过应用 RE对阀门的原始设计意图反 求, 得到了数模, 也从对比中发现了易损和变形的部 位, 为阀门的改进提供了可靠的依据。 参考文献 ∀1 刘之生,黄存颖. 反求工程技术∀M . 北京 机械工程出版社, 1999 . ∀2 李明, 杨洪夫, 陈东帆. 逆向工程技术在模具制造中的应用. 模 具工业∀J, 1998. 9, 3- 6. ∀3 周赫赫,单忠德, 梁剑江, 等. 基于反求工程和快速成型的模具 制造技术∀J. 昆明理工大学学报, 2001 , 26 . ∀4 朱心雄. 自由曲线曲面造型技术 ∀M . 北京 科学出版社, 2000 . ∀5 FARO 柔性扫描测量系统使用手册∀M. 北京 机械工业出版 社, 2000 . 收稿日期 20100110 书讯 1∃新编英汉阀门技术词汇 本书由机械工业出版社 2009年 2月出版发行, 尹玉杰主编。本书是 根据我国机械工业和阀门行业科技创新及阀门产品研发的需要, 从国内已出版的书籍、 国外科技文献和国外 阀门标准等资料中广泛收集了大量的与阀门相关的专业词汇 3万余条汇编而成, 其特点是词汇量大, 内容充 实, 译词准确, 可供从事阀门行业和相关专业的科技人员使用。书号 ISBN 978- 111- 25402- 7, 定价 2900 元 /册。 2∃2008机电产品报价手册 - 阀门分册 本书由机械工业信息研究院编, 机械工业出版社出版发 行。本书是中国阀门价格信息数据库 2008年版的纸质出版物, 产品价格信息由各单位自报, 其内容包括产 品名称、 名称规格、 主要技术参数及备注、 参考价格、 生产厂家、 地址、 邮政编码及电话等。书号 ISBN 978- 7 - 111- 21952- 1, 定价 13500元 /册。 每册加收书价 10 的邮寄包装费, 需要者, 请与沈阳经济技术开发区开发大路 15号沈阳阀门研究所科 技开发信息中心的尹玉杰联系, 邮编 110142 , 电话 024- 25653780 。 E- mai l sfskkxz chinavalveinfonethttp / /wwwchinavalveinfonet 28 阀 门 2010年第 3期