摘要： 本文使用了一種有別于傳統(tǒng)測(cè)繪的方法——三維掃描加逆向設(shè)計(jì)，對(duì)挖泥機(jī)具中的泵膽進(jìn)行掃描和建模，以此說明該方法在挖泥機(jī)具測(cè)繪中具有廣闊的應(yīng)用前景。

　　關(guān)鍵詞：三維掃描,逆向設(shè)計(jì),CAD參數(shù)建模

　　1.前言

　　三維掃描加逆向設(shè)計(jì)是目前最為流行產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造方法之一。由于它能極大的縮短產(chǎn)品生產(chǎn)制造時(shí)間，因此在各個(gè)行業(yè)中都有廣泛的應(yīng)用。

　　近幾年疏浚市場(chǎng)的繁榮，各大疏浚公司為滿足生產(chǎn)需要，制造了一批新型挖泥船。它們給各個(gè)疏浚公司創(chuàng)造巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也為其帶來了新的難題——疏浚設(shè)備磨損件備件的制作和更換問題。由于疏浚設(shè)備中很多都是形狀復(fù)雜的設(shè)備件，例如泥泵、絞刀、吸嘴、刀齒等，都是形狀不規(guī)則的鑄造件，故需要對(duì)其進(jìn)行測(cè)繪工作，傳統(tǒng)的測(cè)繪方法效率極低且對(duì)測(cè)繪人員測(cè)繪水平要求較高，否則將很難設(shè)計(jì)制造出滿足要求的疏浚設(shè)備備件。為了克服傳統(tǒng)測(cè)繪方法耗時(shí)長(zhǎng)效率低的缺點(diǎn)，需要使用一種新的方法和設(shè)備來進(jìn)行備件的設(shè)計(jì)和測(cè)繪工作。

　　本文通過使用三維掃描加逆向設(shè)計(jì)，對(duì)挖泥機(jī)具中的泵膽進(jìn)行掃描和建模，以此說明該方法在挖泥機(jī)具測(cè)繪中具有廣闊的應(yīng)用前景。

　　2.三維掃描設(shè)備的介紹

　　三維掃描設(shè)備是一種利用光學(xué)定位技術(shù)，將物體外形生成三維數(shù)據(jù)的設(shè)備。它的優(yōu)點(diǎn)是可以快速準(zhǔn)確的將復(fù)雜的形狀轉(zhuǎn)化為三維數(shù)據(jù)導(dǎo)入到電腦中，從而進(jìn)行設(shè)計(jì)參數(shù)的提取。目前應(yīng)用比較廣泛的有兩種類型，一種是關(guān)節(jié)臂掃描，一種是自定位三維掃描。前者的測(cè)量精度比后者高，但其并不是很適合用于船舶備件的測(cè)量。因?yàn)椋�船舶備件都需要現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，而現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)的空間都比較狹小，這很大程度上制約了關(guān)節(jié)臂掃描設(shè)備的使用，而自定位三維掃描設(shè)備其在掃描的過程中有自行定位的功能，故不需要很大的工作空間，使用起來更為靈活。在對(duì)泥泵的泵膽進(jìn)行掃描和建模的過程中，自定位三維掃描設(shè)備測(cè)量數(shù)據(jù)的精度完全能夠滿足工程要求，圖1為自定位三維掃描設(shè)備實(shí)物圖。

　　圖1自定位三維掃描設(shè)備實(shí)物圖

　　3. 三維掃描加逆向設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)測(cè)繪方法對(duì)比

　　表1 三維掃描加逆向設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)測(cè)繪方法對(duì)比

　　4.泥泵泵膽的三維掃描加逆向設(shè)計(jì)過程

　　通過使用自定位三維掃描設(shè)備對(duì)泥泵泵膽進(jìn)行掃描能直接得到泵膽的三維數(shù)據(jù)，不同的掃描設(shè)備生成的數(shù)據(jù)格式有所不同，但通過相關(guān)三維軟件處理后均能夠相互轉(zhuǎn)化，既不影響精度也不影響后續(xù)的CAD模型處理，圖2為通過自定位三維掃描設(shè)備得到的泥泵泵膽三角網(wǎng)格面片圖形。

　　圖2 泵膽的三角網(wǎng)格面片圖形

　　將生成的三角網(wǎng)格面片導(dǎo)入到三維軟件中進(jìn)行處理，優(yōu)化模型，得到與實(shí)際備件相符的模型。根據(jù)泵膽的實(shí)際幾何特征，運(yùn)用逆向軟件中的相關(guān)擬合方式找到一些關(guān)鍵的面、軸及中心，如下圖3。

　　在找構(gòu)件的關(guān)鍵特征時(shí)要注意，一些關(guān)鍵特征之間的關(guān)系是固定的，在處理的時(shí)候要固定。比如泥泵的出口平面肯定是與泥泵的中心對(duì)稱面是平行的，因?yàn)橛行�時(shí)候比較大尺寸的構(gòu)件測(cè)繪時(shí)是需要通過分塊測(cè)量的，然后再在三維軟件中將各個(gè)分塊組合起來，這樣會(huì)影響構(gòu)件的精度，所以在找這些關(guān)鍵的幾何特征時(shí)就很重要，對(duì)提高測(cè)繪構(gòu)件的精度很有幫組。

　　圖3 擬合關(guān)鍵幾何特征后的泵膽圖

　　通過擬合得到的關(guān)鍵平面、軸及中心，即可得到CAD參數(shù)建模所需的關(guān)鍵曲線和參數(shù)。下圖4中的泵膽橫向最大截面處輪廓線在泵膽的CAD參數(shù)建模中十分重要，而用傳統(tǒng)的測(cè)繪方法要想得到該輪廓線是十分困難的。使用三維掃描加逆向設(shè)計(jì)方法后，這一難題輕易就被攻克了。

　　在尋找掃描截面的時(shí)候，要注意找具有代表意義的截面，比如泥泵的中心漸開線的起始截面和終結(jié)截面，就是掃面能不能順利完成的關(guān)鍵，在這個(gè)泥泵中，終結(jié)截面就要選擇在排出口中心軸與漸開線相切的地方，這樣就可以把泥泵分成圓臺(tái)型的排出口和渦輪行的泵體，在建模的時(shí)候分別建立即可。因此在掃描的時(shí)候要注意這些特征位置。對(duì)這些地方的掃描要做仔細(xì)，相反一些不主要的位置，就可以忽略。泥泵是一個(gè)對(duì)稱體，我們就可以只掃描一半的結(jié)構(gòu)，這樣既可以減少工作量又可以提高精度。

　　圖4 泵膽橫向最大截面處的輪廓線圖

　　經(jīng)過上面抽取重要輪廓線和在三角網(wǎng)格面片模型上量取參數(shù)尺寸的過程后，相關(guān)人員就能夠在CAD建模軟件中建出泵膽的參數(shù)模型，圖5為參數(shù)化的泵膽模型圖。

　　圖5 參數(shù)化的泵膽模型圖

　　5.總結(jié)

　　使用三維掃描加逆向設(shè)計(jì)對(duì)疏浚備件進(jìn)行測(cè)繪是備件測(cè)繪方法的新發(fā)展，它克服了傳統(tǒng)測(cè)繪方法耗時(shí)、耗力、耗人的缺點(diǎn)，極大的提高了生產(chǎn)效率。

　　設(shè)計(jì)得到的參數(shù)模型可用于FEM受力分析，CFD流體分析，也可以為以后進(jìn)行新型疏浚設(shè)備部件的研究和開發(fā)積累重要的模型資料。