范钧，王雷刚

(1.宿迁学院机电工程系，江苏宿迁 223800；2.江苏大学材料科学与工程学院，江苏镇江 212013）

基于逆向工程的叶片模具型面精度控制研究

范钧1，王雷刚2

(1.宿迁学院机电工程系，江苏宿迁 223800；2.江苏大学材料科学与工程学院，江苏镇江 212013）

逆向设计中的曲面重构技术是逆向工程技术中的关键技术，逆向重构的精度会直接影响产品逆向设计的质量。以叶片模具型面精度控制为例，结合ATOS扫描系统，通过对逆向重构过程中每个环节的精度及误差分配进行分析，探讨了逆向重构过程中精度控制的方法，得到了满足逆向重构过程精度要求的叶片模具型面，实现了基于逆向工程的叶片模具型面重构的精度控制。

逆向工程；模具型面；重构；精度控制

逆向重构是逆向设计过程中的重要组成部分，而精度控制又是该项技术中的核心问题。基于逆向重构的精度控制定性分析方面的研究［1－5］较少，定量分析方面的研究［6－9］更少，而结合逆向重构全过程的精度控制定量分析方面的研究极少。基于ATOS扫描系统，结合误差分配与曲面评定原则，通过对逆向重构过程中每个环节的精度控制及误差分配进行分析，探讨了叶片模具型面逆向重构过程中，精度误差定量分析方法，实现了基于逆向工程的叶片模具型面重构精度控制。

1 逆向重构过程精度分析

1.1 逆向重构过程精度

逆向重构是逆向工程中的一个重要组成部分。逆向重构过程分为两个阶段:第一阶段为数据采集阶段；第二阶段为模型重建阶段。逆向重构过程的精度控制由数据采集阶段精度控制、模型重建阶段精度控制两部分组成。逆向重构过程精度分布如图1所示。

图1 逆向重构过程的精度分布图

1.2 逆向重构过程误差分配

1.2.1 误差分配

误差分配是误差合成的逆问题，即在总误差给定的前提下，确定出各分项误差。逆向工程中产生的各种误差是随机的，满足正态分布规律。总误差分配公式［10］如式 (1）所示。

1.2.2 逆向重构过程误差分析

逆向重构过程中，总误差主要由数据采集误差、模型重建误差两部分组成。结合图1，根据公式(1），逆向重构过程总误差分配构成表达式如式 (2）所示重构曲面看作为实际轮廓面，轮廓度公差值等于两倍的重构误差［10］。由于逆向曲面重构的轮廓面为曲面片，曲面重构误差中，拟合误差即曲面片拟合误差，拼接误差即曲面片间拼接误差。

式 (10）中，曲面片拟合误差构成表达式如式(11）所示

2 叶片模具型面的逆向重构精度分析

2.1 叶片模具型面

叶片模具活块如图2所示，该活块需要逆向重构的点云型面1﹑型面2分布如图3所示。

图3 点云型面分布

图2 叶片模具活块

2.2 数据采集误差分析

2.2.1 原型误差分析

原型产品设计误差为0.02mm，制造误差为0.01 mm；由于原型产品是直接从工厂获得的全新原型，使用误差可以忽略，即使用误差为0 mm。

根据原型误差构成表达式，通过公式 (4）计算，原型误差为0.022 mm。

2.2.2 测量误差分析

由坐标系设定产生的偏置误差为0.018 mm。坐标系堆叠产生的偏移误差分布如表1所示。根据公式(7），坐标系堆叠误差为0.042 mm。根据公式 (6），坐标系误差为0.046 mm。ATOS扫描系统在扫描过程中，测距误差为0.014 mm。根据公式 (5），测量误差为0.048 mm。

表1 坐标系堆叠产生的偏移误差分布

在逆向工程中，可以把点云看作为理想轮廓面，

2.2.3 数据采集总误差

根据公式 (3），数据采集总误差为0.053 mm。

2.3 数据预处理误差分析

由于对叶片模具型面点云进行了微小的降噪、光顺、精简等操作，这些操作引入的误差一般控制在0.01 mm；重定位操作时，由于新建坐标系与系统坐标系完全重合，重定位引入的误差可以忽略不计。因此，叶片模具型面点云数据预处理误差为0.01 mm。

2.4 逆向重构过程精度分析

逆向重构过程精度要求控制在0.1 mm。结合公式 (2）和公式 (8），由于数据采集误差和模型重建误差中的数据预处理误差恒定，逆向重构精度的控制可以通过调整模型重建误差中的曲面重构误差来实现。结合数据采集误差和模型重建误差中的数据预处理误差的具体数值，曲面重构误差只要小于0.084 mm，叶片模具型面逆向重构精度就可以得到控制。

3 叶片模具型面逆向重构的精度控制

3.1 曲面片拟合误差分析

曲面片1拟合误差如图4所示。根据公式 (11），曲面片1拟合误差为0.053 mm。

图4 曲面片1拟合误差

曲面片2拟合误差如图5所示。根据公式 (11），曲面片2拟合误差为0.045 mm。根据公式 (10），曲面片间拟合总误差为0.069 mm。

图5 曲面片2拟合误差

3.2 曲面重构误差分析

曲面片1拟合曲面与曲面片2拟合曲面进行拼接，根据公式 (12），拟合曲面间拼接误差为0.041 mm。根据公式 (9），曲面重构总误差为0.080 mm，小于0.084 mm，即叶片模具型面逆向重构精度得到了控制。

4 结论

精度控制是逆向重构过程中的关键问题。对逆向重构过程中每个环节的精度控制及误差分配进行分析，通过对叶片模具曲面重构误差进行调整，实现了基于逆向工程的叶片模具型面重构的精度控制，为今后基于逆向工程的叶片模具设计精度控制提供了依据。

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Study on Precision Control of the Die Face of the Blade Based on Reverse Engineering

FAN Jun1，WANG Leigang2
(1.Department of Mechanical and Electronic Engineering，Suqian College，Suqian Jiangsu 223800，China；2.School of Material Science and Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang Jiangsu 212013，China）

The surface reconstruction technology in the reverse design is the key technology of RE.The precision of reverse reconstruction has direct influence on the quality of the reverse design product.Taking precision controlof the die face of the blade as an example，combining with the ATOS scanner system，analyzing the precision and the error distribution of every aspect during the reverse design process，themethod of precision control during reverse reconstruction was analyzed，the die face of the blademeeting the reverse remodeling process accuracy was obtained，the precision control on the reconstruction of the blade die face based on RE was realized.

Reverse engineering；Die face；Reconstruction；Precision control

TP391

A

1001－3881(2014）10－074－3

10.3969/j.issn.1001-3881.2014.10.022

2013－04－23

江苏省高校自然科学研究资助项目 (13KJD460006）；江苏省宿迁学院科研基金资助项目 (2013KY41）；江苏省宿迁学院教材建设基金资助项目 (2013YJY16）

范钧 (1979—），男，硕士，讲师，主要从事基于逆向工程的机械零部件及模具CAD/CAE/CAM方面的研究。E-mail:fanjun@sqc.edu.cn。