CN104573191A - 一种战时损伤武器装备零件快速再制造造型方法 - Google Patents

Abstract

一种战时损伤武器装备零件快速再制造造型方法，先进行损伤零件点云数据的采集，再进行点云预处理，然后将处理后的点云数据通过gemagic？studio转化为多边形，并进行处理，使其表面平整、光顺，再构造拟合曲面片，进行判断，将建好的曲面转化为实体特征，生成的实体模型为损伤零件还原后的较完整准确的参数化再现，进行修复或更换，本发明满足战场环境下大量不同结构和损伤类型武器装备零件的形成和尺寸的快速恢复。

Description

一种战时损伤武器装备零件快速再制造造型方法

技术领域

本发明涉及产品逆向快速制造领域，尤其涉及一种战时损伤武器装备零件快速再制造造型方法。

背景技术

在环境与资源问题越来越引起人们和社会发展的重视下，再制造作为一门新兴产业获得了极大的发展。再制造技术以节省能源、节约资源、保护环境为特色，以多项关键技术作支撑，使产品得到了新的改造，延长了产品寿命，降低了产品全寿命周期的费用，创造出更多的利润，高度契合了我国构建循环经济和重点发展再制造工程的战略需求，成为实现节能减排以及经济循环可持续发展模式的重要途径之一。再制造作为国家新兴战略性产业，高度契合了国家发展循环经济的战略，得到政府和企业的高度重视。随着高技术的发展和新军事变革的不断深入, 以科技为主导的武器装备越来越成为争夺未来战争制高点的关键要素, 世界各国都在积极探索武器装备的发展之路。但我军武器装备基础较为落后, 加之和平时期的长期库存及高新军事技术的迅猛发展, 库存装备落后的压力越来越大， 实践证明，有选择地对武器装备进行现代化改造和再制造，在提高性能的基础上满足新要求，是实现武器装备现代化与控制军备费用增长的理想途径。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种战时损伤武器装备零件快速再制造造型方法，实现武器装备优质高效、稳定可靠的快速修复。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种战时损伤武器装备零件快速再制造造型方法，包括以下步骤：

第一步，损伤零件点云数据的采集：利用激光位移扫描测量设备对损伤零件实物的表面从不同的位置和角度进行三维扫描与测量，获取多组点云数据；

第二步，点云预处理阶段：对采集到的点云数据预处理，需要进行如下操作：

2.1）测量得到的散乱点云数据数据的拼合，在多次扫描采集到的点云中选择四个，进行对齐操作，通过gemagic软件中的自动注册工具实现；

2.2）拼合得到的点云整体的坐标校正，在imagineware中对整体点云进行摆正，使点云的主要视图面与坐标轴对齐，并将零件的中心移动到坐标原点位置；

2.3)对齐后整体点云数据的去噪；

2.4）整体点云数据点的精简，删去零件主体外无关的和孤立的杂点；

2.5）数据点云孔洞的填充，对照现场事实，对计算机软件界面显示的点云孔洞进行填充；

第三步，多边形阶段：将处理后的点云数据通过gemagic studio转化为多边形，并进行处理，使其表面平整、光顺，需以下几步操作：

3.1)进入多边形阶段，在gemagic studio中点击多边形阶段进入；

3.2）多边形表面的处理，对多边形进行松弛、减少噪音操作，使其表面变得光滑；

3.3）多边形部分烂面的删除重补，对破损的烂面进行删除操作，并删除浮动数据，来整理烂面，使零件的整体表面光滑连续，对表面仍不平整的地方用去除特征工具或者用砂纸工具多次重复打磨；

3.4）边界、交接部分的处理，对边界或者交接的地方使用松弛边界工具，使边界光顺，交接连续流畅；

第四步，形状阶段：构造拟合曲面片，具体有以下几步操作：

4.1)进入形状阶段，点击形状阶段进入；

4.2）构造曲面片，指定曲面片数目，或自动估计，如果有路径相交，则要回到前面的多边形阶段对相交部分进行删除再重复上述操作；

4.3）松弛曲面片，构造的曲面片在接合的部分不连续有挤压，为了让它连续平整，点击松弛曲面片，让软件对它自动优化；

4.4）编辑曲面片，软件自动构造的曲面片划分的如果不是很合理，则通过编辑顶点，调节轨迹点来对它进行准确调整；

4.5）构造栅格，调整好曲面片布局图后，点击构造栅格工具，将会在每个嵌片内分布U-V网格线,拟合曲面的控制点将会依据这些网格而产生，定义分辨率值选择修复相交区域,选择检查几何图形；

4.6）拟合曲面，采用默认的控制点和表面张力,生成曲面模型；

第五步，进行比对分析：已经处理好生成的拟合曲面的质量并检测能否准确的与点云数据重合，就要进行以下步骤来进行判断：

5.1)利用曲率分析了解曲面光顺状况，评估曲面品质好坏；

5.2)点击3D比较；

5.3）设定误差值大小，并启动比较；

5.4)误差以彩色图形直观显示，可标出任意点误差；

第六步，曲面到实体阶段：将建好的曲面存为.igs 格式，转入Pro/Engineer软件进一步编辑曲面模型，然后转化为实体特征，操作如下：

6.1）将生成的拟合曲面保存为.igs文件；

6.2）在Pro/Engineer中导入上述.igs文件；

6.3）选择填充，选择底面作为拓扑平面，矩形，确定；

6.4）把导入的特征标识与上述填充合并；

6.5）再次点击合并工具，确认；

6.6）将其选中，点击实体化工具，Pro/Engineer软件将自动将其生成为实体；

 第七步，生成的实体模型为损伤零件还原后的较完整准确的参数化再现，在战场环境下，如果需要直接修复，对缺损零件模型与未缺损零件的模型做布尔运算，求取出工件缺损部位完整的三维模型，并对该模型进行切片分层，并规划每一层的轨迹；如果无法修复，需要直接更换，则可通过快速加工制造，加工出性能更优的替换件，快速更换，保持作战能力和战事需要，在制造方面利用激光熔覆技术和柔性加工技术，完成激光再制造成组工艺决策和成形结构形状控制，实现武器装备优质高效、稳定可靠的快速修复。

本发明的优点：满足战场环境下大量不同结构和损伤类型武器装备零件的形成和尺寸的快速恢复。

附图说明

附图是本发明的流程图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。

参照附图，一种战时损伤武器装备零件快速再制造造型方法，包括以下步骤：

第一步，损伤零件点云数据的采集：利用激光位移扫描测量设备对损伤零件实物的表面从不同的位置和角度进行三维扫描与测量，获取多组点云数据，在点云数据测量过程中，对一些关键部位进行细化测量与精细采集，在大曲率或曲率变化剧烈的区域尽可能的获得较多的测量点，而在相对平坦的区域则测量较少的点；

第二步，点云预处理阶段：对采集到的点云数据预处理，需要进行如下操作：

2.1）测量得到的散乱点云数据数据的拼合，在多次扫描采集到的点云中选择四个，进行对齐操作，通过gemagic软件中的自动注册工具实现；

2.2）拼合得到的点云整体的坐标校正，在imagineware中对整体点云进行摆正，使点云的主要视图面与坐标轴对齐，并将零件的中心移动到坐标原点位置；

2.3)对齐后整体点云数据的去噪；

2.4）整体点云数据点的精简，删去零件主体外无关的和孤立的杂点；

2.5）数据点云孔洞的填充，对照现场事实，对计算机软件界面显示的点云孔洞进行填充，

通过以上的五步，可以实现多个采样点云拼合时准确的贴合和在三维坐标系中位置与各向视图的端正平齐，为下面的点云数据去噪精简处理提供便利。点云数据精简和去噪等一系列操作，去除无关的散乱杂点，保证了接下来曲面重建时的精度。对点云数据孔洞缺失的填充、修补，解决了在损伤零件网格剖分中的漏洞和缺失的补偿问题。

第三步，多边形阶段：将处理后的点云数据通过gemagic studio转化为多边形，并进行处理，使其表面平整、光顺，需以下几步操作：

3.1)进入多边形阶段，在gemagic studio中点击多边形阶段进入；

3.2）多边形表面的处理，对多边形进行松弛、减少噪音操作，使其表面变得光滑；

3.3）多边形部分烂面的删除重补，对破损的烂面进行删除操作，并删除浮动数据，来整理烂面，使零件的整体表面光滑连续，对表面仍不平整的地方用去除特征工具或者用砂纸工具多次重复打磨；

3.4）边界、交接部分的处理，对边界或者交接的地方使用松弛边界工具，使边界光顺，交接连续流畅；

    多边形阶段点云数据通过设定控制点数目和曲线曲率值，软件会自动地进行曲线拟合，点组便变成了由一系列拟合曲线组成的多边形的线框结构，通过对控制点的调节控制能使曲线更真实的反映零件结构，对多边形表面以及边界、烂面的处理，使得多边形更加光滑，曲线更加流畅连续。所以这个阶段同样也是逆向工程的重要组成。

第四步，形状阶段：构造拟合曲面片，具体有以下几步操作：

4.1)进入形状阶段，点击形状阶段进入；

4.2）构造曲面片，指定曲面片数目，或自动估计，如果有路径相交，则要回到前面的多边形阶段对相交部分进行删除再重复上述操作；

4.3）松弛曲面片，构造的曲面片在接合的部分不连续有挤压，为了让它连续平整，点击松弛曲面片，让软件对它自动优化；

4.4）编辑曲面片，软件自动构造的曲面片划分的如果不是很合理，则通过编辑顶点，调节轨迹点来对它进行准确调整；

4.5）构造栅格，调整好曲面片布局图后，点击构造栅格工具，将会在每个嵌片内分布U-V网格线,拟合曲面的控制点将会依据这些网格而产生，定义分辨率值选择修复相交区域,选择检查几何图形；

4.6）拟合曲面，采用默认的控制点和表面张力,生成曲面模型；

第五步，进行比对分析：已经处理好生成的拟合曲面的质量并检测能否准确的与点云数据重合，就要进行以下步骤来进行判断：

5.1)利用曲率分析了解曲面光顺状况，评估曲面品质好坏；

5.2)点击3D比较；

5.3）设定误差值大小，并启动比较；

5.4)误差以彩色图形直观显示，可标出任意点误差；

第六步，曲面到实体阶段：将建好的曲面存为.igs 格式，转入Pro/Engineer软件进一步编辑曲面模型，然后转化为实体特征，操作如下：

6.1）将生成的拟合曲面保存为.igs文件；

6.2）在Pro/Engineer中导入上述.igs文件；

6.3）选择填充，选择底面作为拓扑平面，矩形，确定；

6.4）把导入的特征标识与上述填充合并；

6.5）再次点击合并工具，确认；

6.6）将其选中，点击实体化工具，Pro/Engineer软件将自动将其生成为实体；

第七步，生成的实体模型为损伤零件还原后的较完整准确的参数化再现，在战场环境下，如果需要直接修复，对缺损零件模型与未缺损零件的模型做布尔运算，求取出工件缺损部位完整的三维模型，并对该模型进行切片分层，并规划每一层的轨迹；如果无法修复，需要直接更换，则可通过快速加工制造，加工出性能更优的替换件，快速更换，保持作战能力和战事需要，在制造方面利用激光熔覆技术和柔性加工技术，完成激光再制造成组工艺决策和成形结构形状控制，实现武器装备优质高效、稳定可靠的快速修复。

 对于逆向测试所得数据与其他分析软件的应用文件不一致的问题，由于激光位移扫描设备所输出的零件点云扫描数据的文件格式不能被其他逆向软件和三维软件系统所识别，在本发明中采用igs 初始图形交换标准，将激光位移扫描设备输出的数据点云拟合成由线组成的多边形，然后将多边形拟合构成拟合曲面面，再在三维建模软件Pro/Engineer中将拟合曲面构成实体，从而完成对三维实体的重构以及与其它分析软件进行数据交换的目的。

本发明一种针对战场环境下大量不同结构和损伤类型武器装备零件的形成和尺寸的快速、有效、稳定、恢复的装备再制造方法，基于逆向工程的具体实施步骤可以参照如上所述。其他关于激光熔覆和柔性制造的部分未加以详细说明，目的在于提供一种思想和方法供此领域的技术人员予以实施，最终形成一套以再制造工程为应用背景，并结合激光快速成形技术，对局部损坏的机械零部件进行再制造成形，使损坏的零件恢复原有形状尺寸和使用性能的武器装备激光再制造技术。集先进高能束技术、再制造技术、先进数控和计算机技术、CAD/CAM技术、先进材料技术、光电检测控制技术为一体，形成了一门新的光、机、电、计算机、自动化、材料综合交叉的特种加工技术。

Claims (1)

1.一种战时损伤武器装备零件快速再制造造型方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，损伤零件点云数据的采集：利用激光位移扫描测量设备对损伤零件实物的表面从不同的位置和角度进行三维扫描与测量，获取多组点云数据；

第二步，点云预处理阶段：对采集到的点云数据预处理，需要进行如下操作：

2.1）测量得到的散乱点云数据数据的拼合，在多次扫描采集到的点云中选择四个，进行对齐操作，通过gemagic软件中的自动注册工具实现；

2.2）拼合得到的点云整体的坐标校正，在imagineware中对整体点云进行摆正，使点云的主要视图面与坐标轴对齐，并将零件的中心移动到坐标原点位置；

2.3)对齐后整体点云数据的去噪；

2.4）整体点云数据点的精简，删去零件主体外无关的和孤立的杂点；

2.5）数据点云孔洞的填充，对照现场事实，对计算机软件界面显示的点云孔洞进行填充；

第三步，多边形阶段：将处理后的点云数据通过gemagic studio转化为多边形，并进行处理，使其表面平整、光顺，需以下几步操作：

3.1)进入多边形阶段，在gemagic studio中点击多边形阶段进入；

3.2）多边形表面的处理，对多边形进行松弛、减少噪音操作，使其表面变得光滑；

3.3）多边形部分烂面的删除重补，对破损的烂面进行删除操作，并删除浮动数据，来整理烂面，使零件的整体表面光滑连续，对表面仍不平整的地方用去除特征工具或者用砂纸工具多次重复打磨；

3.4）边界、交接部分的处理，对边界或者交接的地方使用松弛边界工具，使边界光顺，交接连续流畅；

第四步，形状阶段：构造拟合曲面片，具体有以下几步操作：

4.1)进入形状阶段，点击形状阶段进入；

4.2）构造曲面片，指定曲面片数目，或自动估计，如果有路径相交，则要回到前面的多边形阶段对相交部分进行删除再重复上述操作；

4.3）松弛曲面片，构造的曲面片在接合的部分不连续有挤压，为了让它连续平整，点击松弛曲面片，让软件对它自动优化；

4.4）编辑曲面片，软件自动构造的曲面片划分的如果不是很合理，则通过编辑顶点，调节轨迹点来对它进行准确调整；

4.5）构造栅格，调整好曲面片布局图后，点击构造栅格工具，将会在每个嵌片内分布U-V网格线,拟合曲面的控制点将会依据这些网格而产生，定义分辨率值选择修复相交区域,选择检查几何图形；

4.6）拟合曲面，采用默认的控制点和表面张力,生成曲面模型；

第五步，进行比对分析：已经处理好生成的拟合曲面的质量并检测能否准确的与点云数据重合，就要进行以下步骤来进行判断：

5.1)利用曲率分析了解曲面光顺状况，评估曲面品质好坏；

5.2)点击3D比较；

5.3）设定误差值大小，并启动比较；

5.4)误差以彩色图形直观显示，可标出任意点误差；

第六步，曲面到实体阶段：将建好的曲面存为.igs 格式，转入Pro/Engineer软件进一步编辑曲面模型，然后转化为实体特征，操作如下：

6.1）将生成的拟合曲面保存为.igs文件；

6.2）在Pro/Engineer中导入上述.igs文件；

6.3）选择填充，选择底面作为拓扑平面，矩形，确定；

6.4）把导入的特征标识与上述填充合并；

6.5）再次点击合并工具，确认；

6.6）将其选中，点击实体化工具，Pro/Engineer软件将自动将其生成为实体；

 第七步，生成的实体模型为损伤零件还原后的较完整准确的参数化再现，如果需要直接修复，对缺损零件模型与未缺损零件的模型做布尔运算，求取出工件缺损部位完整的三维模型，并对该模型进行切片分层，并规划每一层的轨迹；如果无法修复，需要直接更换，则通过快速加工制造，加工出性能更优的替换件，快速更换。