座舱外形的逆向建模分析

杨兵

摘 要：座舱是飞机中的重要构件，主要用于设备仪器安装、操作系统安装、飞行员操控和救生系统安装等。座舱的理论外形直接影响飞机的力学性能和安全，座舱的理论外形主要由风挡、座舱盖等组成。逆向技术是一种反求工程，它是将实样等的扫描数据进行数字化处理，进行三维建模的工程。对整个座舱进行扫描，应用逆向技术建模，构造座舱理论外形，并进行定位和对比，是一项复杂的任务。

关键词：逆向建模；三维扫描；座舱外形

1 数据扫描

通过激光扫描设备对整个的座舱部件进行外廓完整扫描，对一些有用的定位基准进行标识，生成扫描数据。扫描要保证精度，对轴线等定位基准进行清楚标识，便于保证零件的空间定位位置。扫描数据由大量的点组成，常用的扫描数据格式有Stl、Iges、3DXml等格式。

2 数据处理

座舱的数据量非常庞大，扫描的多余点也较多，对多余点云进行必要的删除，对删除后的点云进行筛选（选择合适的保留数据比），减少数据量，同时注意保留零件主要特征点，保证数据精度，从而便于进行曲面的构造。处理以后的数据可以进行网格面的生成。但是邮于网格面是虚拟构造，表面较粗糙，无法进行实体命令，不便与进行使用，所以需要在此基础上进行曲面生成。

3 曲面构造

由于扫描数据较大，形状复杂，不便于进行曲面生成，对整个点云进行分析，将座舱盖和风挡等分离，对曲面进行分块，分别进行生成。曲面分块按照座舱的零部件进行拆解，构造较为简单的曲面块，便于曲面的生成。生成曲面前，需进行分块曲面的曲线生成，包括截面线、引导线等，作为曲面生成依据。曲面主要生成方式有强制拟合曲面、多截面曲面、扫略曲面、填充曲面和拼接曲面等。依据不同的曲面形状和结构，进行曲面的生成。然后对生成曲面进行剪裁，保证使用范围。在进行曲面生成时，要保证曲面的光滑度和精度，修复曲率变化大的地方。

4 曲面误差分析

对生成的曲面进行分析，查看与点云的偏差。曲面误差分析命令主要在CATIA中的快速曲面生成和曲面数字化编辑模块，在进行分析时，注意对点云和曲面进行有效分割，编辑误差的大小（以mm为单位），一般要求偏差在正负0.5mm以内的点占90%以上，这样的曲面才可以进行使用。分析最大误差，对曲面进行完善，保证曲面精度。

5 曲面偏移

由于座舱的扫描轮廓与理论外缘有些部分有一定的距离，需要将曲面偏移到理论曲面，对照相应的技术和尺寸要求，进行理论外缘的生成。偏移后的曲面可能在接缝处有间隙，按照桥接或填充命令等进行修补，保证最终曲面的完整性。

6 曲面定位

由于所扫描的座舱数据没有定位关系，需要将所生成曲面定位到机体坐标系中的相应位置。主要依据座舱扫描中所带的一些孔位置、框平面位置、座舱盖口框腹板等进行定位。采用孔定位，主要依据座舱盖口框腹板上的对角线孔进行定位，将生成曲面数模与两口框装配到一起，对口框数模进行固定，然后在曲面数模中拟合生成口框中的对应点，然后将相应的点进行重合约束，以达成将点云生成的曲面定位。采用框面进行定位，主要依据扫描中所带的框和分离面基准生成平面，与飞机坐标系中的框平面进行重合，以达到将曲模定位。当定位困难时，对相应的基准部分进行微调，保证相互重合。

7 定位曲面再分析

对于生成的曲面和需对比曲面进行偏差分析，查看曲面的误差大小，是否满足要求，定位的曲面空间位置是否与对比的曲面相符，得出結论。

8 结束语

通过以上的扫描建模和误差分析，找到一种实体与理论曲面对比的方法。不仅可以提高对比的效率，也能够节省人力物力，达到误差分析的目的。对于没有三维数模或者数模不够准确的零件，逆向建模时一种行之有效的方法。对产品进行三维模型表达，它不仅能够满足设计要求，也能符合生产要求。