反求工程技术在损坏或破坏零件修复中的应用与数控加工

    传统修复零件的方法很多，目前应用较多的是数控加工配合电火花工艺完成修复。而数控加工必须要以精确的产品资料如产品结构图为基础。对于部分待修复的零件，这方面的资料往往不全，甚至没有任何资料，工程技术人员在修复时只能用简单的工具边测量尺寸边修复零件，这势必造成很大的误差，尤其对于形状复杂的零件更是束手无策。逆向工程技术为这一难题提供了一个一体化的解决方案：待修复的复杂零件→数据模型→修复的零件，这是一个高效的三维加工路线。

    在此研究中，采用了两个不同的实例，每个被检测零件表面都有损坏或破坏，如图1所示：凸轮的边缘已经损坏；艺术塑像从模型中取出后，表面就有凹痕或缺口。这些被损坏的部分可以通过获取CAD数字模型修复，然后将CAD模型传送到Pro/Engineer软件的CAM模块，生成G代码并模拟仿真，最后由数控机床加工出真实的零件。

图1 零件破损和损坏区域

1 CAD模型的产生

    1.1 CMM测量与生成数据点云

    系统的构成主要包括：三坐标测量机、探测头、控制单元和PC。这次应用的是D.E.A Scirocco桥式CMM，用Renishaw PH9装配接触式探测头，主要软件是野火版Pro/Engineer CAD/CAE/CAM集成系统、PC-DMIS测量软件以及PC机上的Windows NT操作系统。

    被测零件表面被损坏或破坏的区域如图1所示。零件的物理模型通过CMM的3mm直径的探测头进行扫描（见图2），CMM所测的接触点的数据是根据测量表面触点的曲率半径的变化而确定的。测量的结果是一个适当的数据形式，而非相似数据，这在下一步的处理中是必须的。

图2 用CMM进行扫描测量损坏零件

    1.2 测量点的处理过程

    CMM输出的数值就是被测点的中心在x、y和z轴方向的向量值，输出点的格式与CAD模型的要求不一致。因此输出的测量数据格式必须转换成Pro/Engineer软件可以接受的格式，才可以处理数据直接生成零件的模型。

    1.3 零件3D CAD模型的产生与误差调整

    转换了测量数据的模型格式后，可以直接生成应用于Pro/Engineer CAD/CAE/CAM软件的格式。在CAD模型中，模拟零件表面需要通过获得的数字化点云定义零件的表面特征。表面特征包括连续表面和边界。从自由形态模拟测量的数据产生CAD模型的方法有两种：第一种方法称为曲线模型，在这种方法中，构成曲线首先由测量数据产生，也就是说由构成曲线网格产生曲面；另一种方法称为表面模型，表面直接由所测得点云产生。