基于CATIAV5的汽轮机叶片的反求设计

　　0 前言

　　反求工程是将实物转变为CAD模型相关的数字化技术、几何模型重建技术和产品制造技术的总称。几何模型重构技术是整个逆向工程的关键技术。CATIA逆向工程流程为：输入由扫描实物得到的点云数据，然后对扫描的点云进行预处理，由点云构造3D轮廓线框，再由点云直接拟合成摹本曲面，并对生成的曲面进行裁剪、倒角等后处理，并检测构建的曲面与点云数据的偏差情况，根据精度和曲面质量要求进行修改，最后由构建好的曲面通过缝合、增厚曲面等方式生成实体。

　　1 数据采集

　　根据测量探头是否和零件表面接触，逆向工程中物体表面三维数据的获取方法基本分为接触式和非接触式两大类。基于激光测头的非接触测量方法获取物体表面的三维几何数据是大批量、无序的点云数据，这类测量数据的特点是没有明显的几何分布特征，成散乱无序状态。本文采用激光测头的非接触式测量机来测量叶片的点云数据将测量完的数据保存为“igs”格式文件，最后导入CATIA V5软件，为下一个反求环节做准备。

　　2 几何模型重构

　　CATIA V5的数字曲面编辑模块(Digitized Shape Editor)和快速曲面重构模块(Quick Surface Reconstruction)是逆向工程的专用模块，可以提供多种格式的点云输入和输出数据，除了具有对点云数据进行处理功能外，还提供了强大的曲面和曲线直接拟合功能，由于植入了STYLER算法，CATIA的POWER FIT功能比专用逆向工程软件IMAGEWARE的FIT FREEROM要强大很多。这两个逆向工程模块结合并综合应用创成式曲面设计模块(Generative Shape Design)和自由曲面造型模块(Freestyle Shape)，实现了逆向工程与正向设计曲面功能的交互应用，其使用变得更为简便、灵活。在外表面曲面完成之后，使用实体设计(Part Design)模块使曲面缝合成实体。这些模块之间交互应用，可以得到精度和质量很高的曲面，可以满足大部分产品设计的要求。

　　2.1 点云数据预处理

　　在“Cloud Import”工具栏中单击“Import”按钮，可直接导入由扫描仪测得的叶片点云数据。导入点云如图1所示。在实体测量过程中，有可能将一些错误的数据点录入，所以应先对数据点进行降噪处理。这部分一般是手工处理，即对数据点进行放大观察，删除一些明显与结构无关的点。激光扫描测量的点云数目是非常庞大的，如果直接对点云进行造型处理，将会造成文件过大，处理速度慢，因此有必要在保证一定精度的前提下减少数据量，即在曲率变化缓慢的地方，点密度较稀疏，在曲率变化较大部分需要密集的取点。使用CATIA的过滤功能(Filter)来过滤数据点，选用弦高偏差法(Adaptative)选项对点云进行过滤，过滤得到的点云如图2所示。