CN110222446B - 一种基于逆向工程的缺陷产品模型参数化柔性开发方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于逆向工程的缺陷产品模型参数化柔性开发方法，属于机械工程技术领域，包括数据准备阶段、参数造型阶段、柔性开发阶段及评估阶段，所述数据准备阶段包括数据采集和数据预处理，所述参数造型阶段包括曲线族创建、曲线族修复及参数化造型，柔性开发阶段包括曲线族优化和柔性化设计，所述评估阶段包括评估分析和验收定型。本发明将逆向工程技术、参数化造型技术、柔性设计技术结合在一起，先后实现了缺陷产品的参数化造型与柔性化设计，改善了现有缺陷产品固有的不足之处，优化缺陷产品，使之成为新产品或系列产品，开发出了基于缺陷产品的新产品，使得缺陷产品中所蕴含的有益信息得到了进一步的利用。
Description
技术领域
本发明涉及机械工程技术领域，具体的涉及一种基于逆向工程的缺陷产品模型参数化柔性开发方法。
背景技术
目前，工业产品的研制开发过程中，不断产生着大量的缺陷产品。缺陷产品的处理，主要面对回收或者遗弃，造成了大量的投入浪费，不符合可持续发展的理念与绿色制造的目标。随着逆向工程技术的工业普及，基于逆向工程的缺陷产品研究，主要集中在缺陷修复等方面，但是，缺陷产品自身所蕴含的、丰富的、潜在的、有待开发的价值，尚未被企业充分利用。与此同时，新产品的研究开发，往往时间长、投入多，难度大。因此，针对缺陷产品大量存在的现状，并为了更好地满足数字化快速开发新产品的企业需求，基于缺陷产品的新产品开发，具有重要的现实意义和经济价值。
发明内容
1.要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题在于提供一种基于逆向工程的缺陷产品模型参数化柔性开发方法，其改善了现有缺陷产品固有的不足之处，优化缺陷产品，使之成为新产品或系列产品，开发出了基于缺陷产品的新产品，使得缺陷产品中所蕴含的有益信息得到了进一步的利用。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采取如下技术方案：
一种基于逆向工程的缺陷产品模型参数化柔性开发方法，包括数据准备阶段、参数造型阶段、柔性开发阶段及评估阶段，所述数据准备阶段包括数据采集和数据预处理，所述参数造型阶段包括曲线族创建、曲线族修复及参数化造型，柔性开发阶段包括曲线族优化和柔性化设计，所述评估阶段包括评估分析和验收定型。具体如下：
S1、数据准备阶段：先采集缺陷产品外观的点云数据，再基于该缺陷产品的点云数据进行数据预处理工作；
S2、参数造型阶段：先基于RPO/E软件的逆向造型功能，利用步骤S1中预处理后的点云数据创建该缺陷产品的点云数据曲线族；然后对该曲线族进行参数化修复；再基于CERO软件，结合修复后的曲线族，构建逆向参数化造型；最后基于IMAGEWARE软件，对该缺陷产品的逆向参数化造型进行误差分析；
S3、柔性开发阶段：先基于RPO/E软件，对步骤S2中修复后的曲线族进行优化，并基于此优化逆向参数化造型；再基于CERO软件，对优化后的逆向参数化造型进行柔性化设计；
S4、评估阶段：先基于CERO软件，先后分析步骤S2中逆向参数化造型与步骤S3中柔性化设计的着色曲线高斯曲率分布；再通过评估与验收，对该缺陷产品进行定型，之后便可投入生产。
进一步地，步骤S1中采用三维结构光学扫描仪采集缺陷产品的点云数据；所述数据预处理包括降噪和精简。
进一步地，步骤S2中创建缺陷产品的点云数据曲线族的具体过程为：先导入步骤S1中处理过的高密度的缺陷产品的点云数据，确保数据的完整性；然后基于RPO/E软件的独立几何功能，针对缺陷产品点云，设定“可见百分比”，确保数据的准确性，根据缺陷产品点云数据的形态分布，选择平行剖面组的剖切位置，依次设置“剖面数量”，“接近区域”，“点公差”，通过平行剖面组剖切缺陷产品点云，生成扫描曲线，即创建了该缺陷产品的点云数据曲线族。
基于PRO/E软件的独立几何功能逆向构建该缺陷模型过程中，为了便于定位缺陷点云所在点云数据中的位置，依托点云数据的整体走向，通过平行面组切割点云，基于切割效果，独立构建点云数据扫描线；由于缺陷点云会导致通过该缺陷的点云数据扫描线残缺，因此，通过该现象，可以快速并准确地找到缺陷存在的位置，为后续的修复做好准备。
进一步地，步骤S2中对缺陷产品的逆向参数化造型进行误差分析的具体操作为：先同时导入原始缺陷产品点云数据和逆向参数化造型；然后将它们放置在同一坐标空间内，基于IMAGEWARE软件的测量功能，通过设定“最大检查距离”与“彩色矢量图分辨率”，分析逆向参数化造型与原始缺陷产品点云数据之间的偏差。
采用点云数据与逆向参数化造型同时导入的方法，通过点云与模型间距的极值范围，限定点云与模型的偏差，可确认逆向参数化造型与缺陷产品点云数据的贴合度，判断逆向参数化造型是否“忠诚”于缺陷产品点云数据。
进一步地，步骤S3中柔性化设计的具体操作为：将优化后的逆向参数化造型导入到CERO软件中，基于CERO软件的柔性建模功能，选择该优化后的逆向参数化造型，动态调整“偏移几何”的距离参数，以优化造型光顺度，改善了原有缺陷产品固有的光顺度残缺。
3.有益效果
本发明将逆向工程技术、参数化造型技术、柔性设计技术结合在一起，提出了一种基于逆向工程的缺陷产品模型参数化柔性开发方法，先后实现了缺陷产品的参数化造型与柔性化设计，分析表明，该缺陷产品柔性化设计的外观效果优于其参数化造型的外观效果，改善了现有缺陷产品固有的不足之处，优化缺陷产品，使之成为新产品或系列产品，开发出了基于缺陷产品的新产品，使得缺陷产品中所蕴含的有益信息得到了进一步的利用。
附图说明
图1为本发明的过程框图；
图2为实施例中缺陷产品的点云数据图；
图3为实施例中创建的初始曲线族效果图；
图4为实施例中曲线族修复后的效果图；
图5为实施例中构建的曲线族的参数化造型图；
图6为曲线族参数化造型的误差分析展示图；
图7为曲线族优化后的效果图；
图8为柔性化设计过程的示意图；
图9为柔性化设计的效果图；
图10为参数化造型的曲率分布图；
图11为柔性化设计的曲率分布图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例
如图1所示的一种基于逆向工程的缺陷产品模型参数化柔性开发方法，包括数据准备阶段、参数造型阶段、柔性开发阶段及评估阶段，所述数据准备阶段包括数据采集和数据预处理，所述参数造型阶段包括曲线族创建、曲线族修复及参数化造型，柔性开发阶段包括曲线族优化和柔性化设计，所述评估阶段包括评估分析和验收定型。具体如下：
S1、数据准备阶段：
(1)数据采集：采用三维结构光学扫描仪采集某缺陷产品外观的点云数据，如图2所示；
(2)数据预处理：基于该缺陷产品的点云数据进行降噪、精简等数据预处理工作；
S2、参数造型阶段：
(1)曲线族创建：基于RPO/E软件的逆向造型功能，利用步骤S1中预处理后的点云数据创建该缺陷产品的点云数据曲线族：先导入步骤S1中处理过的高密度的缺陷产品的点云数据，确保数据的完整性；然后基于RPO/E软件的独立几何功能，从“插入”菜单中，确定“独立几何”，针对缺陷产品点云，设定“可见百分比”为100，确保数据的准确性，根据缺陷产品点云数据的形态分布，选择平行剖面组的剖切位置，依次设置“剖面数量”为45，“接近区域”为0.8，“点公差”为0.4，通过平行剖面组剖切缺陷产品点云，生成扫描曲线，即创建了该缺陷产品的点云数据曲线族，如图3所示；
基于PRO/E软件的独立几何功能逆向构建该缺陷模型过程中，为了便于定位缺陷点云所在点云数据中的位置，依托点云数据的整体走向，通过平行面组切割点云，基于切割效果，独立构建点云数据扫描线；由于缺陷点云会导致通过该缺陷的点云数据扫描线残缺，因此，通过该现象，可以快速并准确地找到缺陷存在的位置，为后续的修复做好准备；
(2)曲线族修复：由于产品表面存在缺损，导致该点云数据曲线族也存在某种程度的缺损，为了改善相应缺损，对缺损的曲线族进行参数化修复，如图4所示；
(3)参数化造型：基于CERO软件，结合修复后的曲线族，构建逆向参数化造型曲面模型，如图5所示；
(4)基于IMAGEWARE软件，对该缺陷产品的逆向参数化造型进行误差分析：先同时导入原始缺陷产品点云数据和逆向参数化造型曲面模型；然后将它们放置在同一坐标空间内，基于IMAGEWARE软件的测量功能，通过设定“最大检查距离”与“彩色矢量图分辨率”，分析逆向参数化造型曲面模型与原始缺陷产品点云数据之间的偏差，如图6所示；其具体操作为：导入带有点云数据的参数化造型曲面模型后，从“测量”菜单中，确定“曲面偏差”，设定“最大检查距离”与“彩色矢量图分辨率”。最后，点击“应用”，在“彩色图示”中，选择“偏差基准”，即可；
采用点云数据与曲面模型同时导入的方法，通过点云与曲面间距的极值范围，限定点云与曲面的偏差，可确认逆向参数化造型曲面模型与缺陷产品点云数据的贴合度，判断逆向参数化造型曲面模型是否“忠诚”于缺陷产品点云数据。
如图6所示，基于IMAGEWARE软件，对该缺陷产品的逆向参数化造型进行误差分析，误差最大为5.96×10-5mm，远低于一般的0.1mm。由此可见，该缺陷产品的逆向参数化造型曲面模型的逆向重建的精度较高。但是，其外观却存在大量的褶皱或粗糙，致使其光顺度较差。
S3、柔性开发阶段：
(1)曲线族优化：基于RPO/E软件，对步骤S2中修复后的曲线族进行优化，并基于此优化逆向参数化造型曲面模型，如图7所示；
(2)柔性化设计：基于CERO软件，对优化后的逆向参数化造型曲面模型进行柔性化设计：将优化后的逆向参数化造型曲面模型导入到CERO软件中，基于CERO软件的柔性建模功能，从“柔性建模”的菜单中确定“偏移”，选择该优化后的逆向参数化造型曲面模型，在此基础上，将其进行网格划分，如图8所示，通过整体网格的动态调整，动态调整“偏移几何”的距离参数，使该曲面模型趋于光顺，如图9所示，确定即可。其实现了该曲面模型表面光顺度的优化，改善了原有缺陷产品固有的光顺度残缺；
S4、评估阶段：
(1)评估分析：基于CERO软件，先后分析步骤S2中逆向参数化造型曲面模型与步骤S3中柔性化设计的着色曲线高斯曲率分布，如图10和图11所示；
(2)验收定型：通过评估与验收，对该缺陷产品进行定型，之后便可投入生产。
根据图10与图11的数据信息，对缺陷产品参数化造型曲面模型与柔性化设计的高斯曲率分布进行对比，如表1所示；
表1高斯曲率分布对比
由表1可见，柔性化设计的变化范围小于参数化造型的变化范围，与此同时，柔性化设计的曲面基体数据小于参数化造型的曲面基体数据，说明柔性化设计光顺度好于参数化造型光顺度，柔性化设计的曲面变化更趋自然、更趋合理。
本发明将逆向工程技术、参数化造型技术、柔性设计技术结合在一起，提出了一种基于逆向工程的缺陷产品模型参数化柔性开发方法，先后实现了缺陷产品的参数化造型与柔性化设计，分析表明，该缺陷产品柔性化设计的外观效果优于其参数化造型的外观效果，改善了现有缺陷产品固有的不足之处，优化缺陷产品，使之成为新产品或系列产品，开发出了基于缺陷产品的新产品，使得缺陷产品中所蕴含的有益信息得到了进一步的利用。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求范围内。
Claims (3)
1.一种基于逆向工程的缺陷产品模型参数化柔性开发方法，其特征在于，包括如下阶段：
S1、数据准备阶段：先采集缺陷产品外观的点云数据，再基于该缺陷产品的点云数据进行数据预处理工作；
S2、参数造型阶段：先基于RPO/E软件的逆向造型功能，利用步骤S1中预处理后的点云数据创建该缺陷产品的点云数据曲线族；然后对该曲线族进行参数化修复；再基于CERO软件，结合修复后的曲线族，构建逆向参数化造型；最后基于IMAGEWARE软件，对该缺陷产品的逆向参数化造型进行误差分析；
S3、柔性开发阶段：先基于RPO/E软件，对步骤S2中修复后的曲线族进行优化，并基于此优化逆向参数化造型；再基于CERO软件，对优化后的逆向参数化造型进行柔性化设计；
S4、评估阶段：先基于CERO软件，先后分析步骤S2中逆向参数化造型与步骤S3中柔性化设计的着色曲线高斯曲率分布；再通过评估与验收，对该缺陷产品进行定型，之后便可投入生产；
步骤S2中创建缺陷产品的点云数据曲线族的具体过程为：先导入步骤S1中处理过的高密度的缺陷产品的点云数据，确保数据的完整性；然后基于RPO/E软件的独立几何功能，针对缺陷产品点云，设定“可见百分比”，确保数据的准确性，根据缺陷产品点云数据的形态分布，选择平行剖面组的剖切位置，依次设置“剖面数量”，“接近区域”，“点公差”，通过平行剖面组剖切缺陷产品点云，生成扫描曲线，即创建了该缺陷产品的点云数据曲线族；
步骤S3中柔性化设计的具体操作为：将优化后的逆向参数化造型导入到CERO软件中，基于CERO软件的柔性建模功能，选择该优化后的逆向参数化造型，动态调整“偏移几何”的距离参数，以优化造型光顺度。
2.根据权利要求1所述的一种基于逆向工程的缺陷产品模型参数化柔性开发方法，其特征在于，步骤S1中采用三维结构光学扫描仪采集缺陷产品的点云数据；所述数据预处理包括降噪和精简。
3.根据权利要求1所述的一种基于逆向工程的缺陷产品模型参数化柔性开发方法，其特征在于，步骤S2中对缺陷产品的逆向参数化造型进行误差分析的具体操作为：先同时导入原始缺陷产品点云数据和逆向参数化造型；然后将它们放置在同一坐标空间内，基于IMAGEWARE软件的测量功能，通过设定“最大检查距离”与“彩色矢量图分辨率”，分析逆向参数化造型与原始缺陷产品点云数据之间的偏差。
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