一种基于逆向工程的零部件再制造方法
【专利摘要】本发明公开一种基于逆向工程的零部件再制造方法，包括以下步骤：1)获取废旧零部件的表面点云数据模型。2)获取所述废旧零部件的原始CAD模型。3)将步骤1)的表面点云数据模型与步骤2)的原始CAD模型配准。4)根据步骤3)的配准的结果，获得所述废旧零部件的最大损伤深度。5)若步骤4)获得的最大损伤深度低于阈值，以所述最大损伤深度为进给量，对所述废旧零部件进行减式修复。若步骤4)获得的最大损伤深度高于阈值，对所述废旧零部件进行加式修复。
【专利说明】一种基于逆向工程的零部件再制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机械再制造领域。
【背景技术】
[0002] 随着资源短缺与环境问题的日益加剧，再制造工程受到了广泛的关注。再制造可 使废旧资源中蕴含的价值得到最大限度的开发和利用，缓解资源短缺与资源浪费的矛盾， 减少大量的失效、报废产品对环境的危害，是废旧机电产品资源化的最佳形式和首选途径， 是节约资源的重要手段。
[0003] 然而，当前废旧零部件的再制造过程存在人工参与多，经验依赖性强，修复效率 低、可靠性差，修复过程不可逆等问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是解决废旧零部件的再制造过程中，修复方式和参数难以标准化和 量化的问题。
[0005] 为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种基于逆向工程的零部件再制 造方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0006] 1)获取废旧零部件的表面点云数据模型。获取物体表面点云数据模型的方式很 多，根据测量探头是否与测量表面接触，可以分为接触式测量和非接触式测量两大类。接触 式测量常用设备为三坐标测量机（CMM)，非接触式测量常用设备包括激光扫描仪，结构光扫 描仪，工业CT机等。
[0007] 2)获取所述废旧零部件的原始CAD模型；
[0008] 3)将步骤1)的表面点云数据模型与步骤2)的原始CAD模型配准；
[0009] 4)根据步骤3)的配准的结果，获得所述废旧零部件的最大损伤深度；
[0010] 5)若步骤4)获得的最大损伤深度低于阈值，以所述最大损伤深度为进给量，对所 述废旧零部件进行减式修复。值得说明的是，减式修复是指在原零部件基体上去除材料的 修复方式，即通过车、铣、磨等机械加工方式对零部件损伤表面进行再加工，直至将表面损 伤完全去除。
[0011] 若步骤4)获得的最大损伤深度高于阈值，对所述废旧零部件进行加式修复。值得 说明的是，加式修复是指在废旧零部件基体上添加材料的修复方式，常见加式修复工艺有 激光熔敷、热喷涂、堆焊等，激光熔敷工艺因其适用的材料体系广泛、熔覆层与基体结合强 度高、基体热变形小及工艺过程易于实现自动化等特点，已越来越多的应用于再制造修复 中。
[0012] 本专利从系统的角度提出了基于逆向工程的废旧零部件再制造流程框架，该框架 包含加式修复与减式修复两条主线，在分析废旧零部件表面点云数据模型与原始CAD模型 间差异的基础上，对废旧零部件展开修复。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1为基于逆向工程的废旧零部件再制造流程框架；
[0014] 图2为废旧零部件表面点云数据模型采集步骤；
[0015] 图3为废旧零部件表面点云数据模型采集结果；
[0016] 图4为废旧零部件表面点云数据模型预处理；
[0017] 图5为废旧零部件表面点云数据模型的损伤边界划分；
[0018] 图6为废旧零部件原始CAD模型的重构；
[0019]图7为废旧零部件缺失部位模型的提取；
[0020] 图8为表面点云数据模型与原始CAD模型配准示意图；
[0021] 图9为改进ICP配准算法流程；
[0022] 图10为废旧零部件表面损伤深度示意图；
[0023] 图11为废旧模具表面点云数据采集步骤；
[0024] 图12为废旧模具减式修复流程；
[0025] 图13为传统ICP与改进ICP算法配准结果对比；
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题 范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知 识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
[0027] 实施例1 :
[0028] 一种基于逆向工程的零部件再制造方法，包括以下步骤：
[0029] 1)获取废旧零部件的表面点云数据模型。参见图2,图中，采用ATOS光学三维扫 描仪对废旧零部件进行数据采集，该设备机动性强，数据采集速度快，能够得到各类零部件 表面点云数据。实施例中，采集前将被测废旧零部件的表面喷涂白色显影剂，以增强效果。 采集的结果如图3。
[0030] 实施例中，优选地，对图3所示的采集结果进行了预处理（过滤、消除噪声、数据精 简等），获得了如图4所示的废旧零部件表面点云数据模型，可以将其作为后续步骤的处理 对象。
[0031] 2)获取所述废旧零部件的原始CAD模型（未磨损的）。本实施例中，所述废旧零 部件的原始CAD模型是能够直接获取的，即厂商或设计人员保存了该原始CAD模型。在原 始CAD模型丢失的情况下，参见实施例2公开的获取原始CAD模型的方法。
[0032] 3)参见图7,将步骤1)的表面点云数据模型与步骤2)的原始CAD模型配准。即， 将两个模型统一在（放在）同一个坐标系中，能够比较出两个模型的差异，获知所述表面点 云数据模型的缺失部分以及废旧零部件的最大损伤深度。
[0033] 4)根据步骤3)的配准的结果，获得所述废旧零部件的最大损伤深度。实施例中， 所述废旧零部件是磨损的部件，有若干处磨损位置。图10示出了该部件其中一处磨损位 置，其中虚线代表零部件的原始轮廓，圆圈点表示原始轮廓上的点，实线表示零件损伤后的 轮廓，十字叉表示损伤轮廓上的点，其磨损深度为H。该部件中，磨损最深的一处磨损位置的 磨损深度为下文提到的最大损伤深度。
[0034] 5)若步骤4)获得的最大损伤深度低于阈值（小于整体尺寸的5% )，以所述最大 损伤深度为进给量，对所述废旧零部件进行减式修复。即将废旧零部件作为毛坯，以给定的 进给量对其进行切削加工。
[0035] 若步骤4)获得的最大损伤深度高于阈值（大于整体尺寸的5%)，对所述废旧零 部件进行加式修复。即通过在磨损位置添加材料的方法，来修复所述废旧零部件。
[0036] 实施例2
[0037] 废旧零部件的修复过程中，可能会遇到零部件原始CAD文件丢失的情况，此时需 要根据采集到的表面点云数据中的残余信息重构其原始CAD模型。与传统逆向建模不同， 在重构废旧零部件的原始CAD模型时，由于采集到的点云数据中包含零部件的损伤区域， 这部分点云数据与其它完好区域的点云不连续，不能反映零部件的原始表面形貌，故在逆 向重构时应避免使用损伤区域的点云数据。
[0038] 本实施例的主要步骤同实施例1，只是，需要通过以下步骤获取步骤2)所述的原 始CAD模型。
[0039] 实施例中，通过计算点云数据中各点的高斯曲率，提取出点云数据中曲率突变的 点，根据这些点构造一条近似的损伤区域边界线，并检查逆向建模中重构的特征轮廓线是 否经过损伤区域，确保建模精度。其主要步骤为：
[0040] 1)估算点云曲率
[0041] 点云曲率估算的方法很多，常用的方法如：抛物面拟合法，3DSh印ard曲面拟合 法，Gauss-Bonnet法等，由于抛物面拟合法对含噪声点云数据的处理较其他方法更为准 确，故采用抛物面拟合法来估算点云网格顶点处的曲率，该方法用一个二阶的解析曲面来 逼近给定点及其邻域内的点，用于拟合的二阶曲面表达式由公式（1)所示。
[0042]z=f(x,y) =a0+a1x+a2y+a3xy+a4x2+a5y2 (I)
[0043] 对点云数据中的某一数据点Pi,取该点的k-邻域组成局部点云，对该局部点云内 所有的点（Xj，y,.，Zj)，按式（2)做最小二乘拟合，即求解：
[0044]
【权利要求】
1. 一种基于逆向工程的零部件再制造方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 获取废旧零部件的表面点云数据模型； 2) 获取所述废旧零部件的原始CAD模型； 3) 将步骤1)的表面点云数据模型与步骤2)的原始CAD模型配准； 4) 根据步骤3)的配准的结果，获得所述废旧零部件的最大损伤深度； 5) 若步骤4)获得的最大损伤深度低于阈值，以所述最大损伤深度为进给量，对所述废 旧零部件进行减式修复； 若步骤4)获得的最大损伤深度高于阈值，对所述废旧零部件进行加式修复。
【文档编号】G06F17/50GK104484507SQ201410691799
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月26日 优先权日:2014年11月26日
【发明者】李聪波, 顾小进, 李玲玲, 易茜, 肖卫洪, 赵来杰 申请人:重庆大学