[发明专利]一种基于切面模线的飞机零件逆向建模方法

说明书

技术领域

本发明属于逆向工程领域，涉及一种飞机零件逆向建模方法，特别涉及一种基于切面模线的飞机零件逆向建模方法。

背景技术

飞机具有合乎气动力学的光滑几何外形，其大量零件具有与气动力外形有关的复杂曲面。因此，在飞机制造中广泛采用一种与一般机械制造业不同的技术——模线样板技术，以保证制造出来的各种工艺装备和零件互相协调。其中，模线是根据飞机设计图纸和工艺要求，按1：1比例精确绘制在图板上，表示飞机零部件理论外形和结构轴线的图样。模线是飞机制造过程中尺寸传递的原始依据，是保证各类零部件尺寸协调的基本手段。为了便于叙述，以下将采用模线样板技术制造的飞机，称为模拟量飞机。在模拟量飞机的制造过程中，具有复杂外形曲面的飞机零件是采用切面模线定义其外形的。所谓飞机零件的切面模线，是指一组表示飞机零件切面轮廓的纵横交错的平面曲线。事实上，由于以往手工绘图的局限性，切面模线是通过描述飞机零件的特定位置的切面轮廓来定义整个飞机零件的。一般情况下，一个飞机零件的切面模线绘制在数张图板上，各切面模线之间的三维空间位置关系通过定位基准确定。

随着制造技术的飞速发展，全面应用CAD/CAM技术，已成为航空技术发展的必然趋势。飞机研制正面临一场革命，采用先进的数字化设计与制造手段取代传统的模线样板方法已迫在眉睫。然而，模拟量飞机零件实体数模的缺失，阻碍了数字化设计制造技术在我国航空企业的应用和推广，导致飞机制造工装需求量大、生产准备周期长、零部件互换协调性差、质量难以保证、成本高、批量生产能力不足等一系列问题，同时也极大地限制了模拟量飞机自身的改型升级。发展模拟量飞机零件的逆向建模技术，是提高模拟量飞机的制造效率和精度的有效手段，也是促进模拟量飞机自身改型升级的客观要求。可见，在以模线样板为协调依据的模拟量飞机上实施数字化技术，并在不报废现有工装的原则下，采用逆向建模方法建立与现有的生产协调关系一致的飞机零件实体数模，是急需解决的问题。

常用的零件逆向建模方法是通过三维CAD软件对零件的扫描数据点云进行处理，然后基于点云进行曲面重构和实体建模。文献“陈文琳等，壳体零件反向建模，制造业信息化，2（2009）91-93”公开了一种壳体零件的逆向建模方法，具体流程如下：（1）采用三维测量设备采集零件的外形点云；（2）将扫描点云导入三维CAD软件，剔除明显错误的数据，并对其进行拼合、去噪、过滤、修补及网格化等一系列预处理操作；（3）通过扫描点云构造零件外形曲面，进而建立零件实体数模。该方法的缺陷表现为：

（1）实施过程需要扫描大量的零件外形数据，加之零件经过长期使用后产生变形和磨损，容易造成难以避免的逆向建模误差；

（2）扫描设备采集的是无序的三维数据，因而识别和提取零件结构特征的难度大，难以实现参数化建模，进而不利于零件自身的改进设计。

发明内容

为了克服现有逆向建模方法的缺陷，本发明从模拟量飞机零件改进设计和数字化制造的客观要求出发，提出一种基于切面模线的飞机零件逆向建模方法，可以较为准确地建立符合现有生产协调关系的飞机零件实体数模。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于切面模线的飞机零件逆向建模方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：通过平板绘图机在尺寸稳定的透明介质上以给定间距绘制M×N条正交网格线，并将网格交点记为O_ij，其中i=1、2、…、M，j=1、2、…、N，然后以网格交点O₁₁为坐标原点建立正交坐标系XOY，获取各网格交点O_ij的坐标；

步骤2：将零件的其中一张切面模线图板平铺在平板式扫描设备的工作台上，然后将步骤1绘制的透明介质置于切面模线图板上方，并使绘有正交网格线的一面与切面模线图板的正面相贴，充分贴合后固定，得到带透视网格线的切面模线图板；

步骤3：采用平板式扫描设备将带透视网格线的切面模线图板进行扫描，得到包含扫描切面模线图板、扫描切面模线、扫描定位基准、扫描透明介质和扫描正交网格线的二维光栅图像，将二维光栅图像中的网格交点记为O_ij＇，O_ij＇与O_ij一一对应；

步骤4：对二维光栅图像进行失真校正和矢量化处理，得到矢量切面模线和矢量定位基准；

步骤5：参照步骤2～4处理零件的其他切面模线图板，得到零件每一个切面模线图板的矢量切面模线和矢量定位基准；