模具在制造業(yè)中的應用日益廣泛，在其使用過程中不可避免地產生磨損或破損。
對于表面磨損嚴重或有較大破損的模具，尤其是具有復雜曲面的模具，采用逆向工程的技術手段，可以獲得較好的修復效果。本文介紹采用逆向工程技術進行模具修復的方法，并對其中的幾個關鍵技術進行討論。
一. 表面數(shù)據采集
基于逆向工程進行模具修復的首要工作是表面數(shù)據采集，即分析被測對象的形狀、測量部位，再結合所選測量設備的特征參數(shù)（如測量范圍、測量精度等）制定測量方案。
由于受測量系統(tǒng)的測量范圍限制，大型模型需分幾次完成型面測量。對于復雜型面，要注意投影編碼盲點和視覺死區(qū)等問題，此時需分區(qū)測量；對于模具上較大的磨損面，應選擇測速效率高的數(shù)字化設備；對于結構形狀復雜的表面，應選擇可以進行復雜輪廓測量的設備；此外，測量設備的精度應高于后續(xù)分析的精度。為了高速、高精度數(shù)據采集，可以采用接觸式與非接觸式相結合的方法進行測量。
對模具破損區(qū)域測量后得到點云數(shù)量要足夠，以保證分析精度要求。
二. 點云數(shù)據預處理
采用任何測量方式、測量系統(tǒng)所采集到的數(shù)據均有誤差，因此，要進行點云數(shù)據預處理。主要包括：多視點云拼合、數(shù)據濾波、數(shù)據精簡、數(shù)據分塊等幾個方面。
2.1 多視點云拼合
多視點云拼合，是將多個視角獲得的子區(qū)域信息統(tǒng)一到同一坐標系中。其方法主要有兩種：（1）通過專用測量裝置記錄工件測量過程中的移動量和轉動角度，由測量軟件直接完成點云數(shù)據的拼合；（2）直接操作點云數(shù)據，以獲得完整的數(shù)據信息和一致的數(shù)據結構；此外，還有基于圖形的多視對齊等。
多視點云拼合獲得的數(shù)字化模型，應滿足磨損型面數(shù)據完整，以保證與磨損前模型對齊的精度，達到磨損分析的要求。
2.2 數(shù)據過濾
由于測量時受到不可避免的誤差和人為因素的影響，使采集點云并非完全落在實體上，會有大量的雜點（也稱壞點）。用肉眼能夠識別的雜點可以手工去除，其他可以采用標準高斯濾波法、平均濾波法和中值濾波法等去除，其中，高斯濾波法對保持原始數(shù)據的形貌有較好的效果，中值濾波在消除數(shù)據的毛刺方面效果較好。
點云數(shù)據經過濾后更平滑和連貫，更貼合實物特征。
2.3 數(shù)據精簡
過濾后的海量點云數(shù)據，在不損失模型特征的情況下需要精簡，以提高后續(xù)的工作效率。方法如下：散亂點云可通過隨機采樣精簡；掃描線點云和多邊形點云可采用等間距縮減、倍率縮減、等量縮減、弦偏差等方法精簡；網格化點云可采用等分布密度法和最小包圍區(qū)域縮減。此外，還有空穴填補和基于面密度概念的數(shù)據簡化法等。
2.4 數(shù)據分塊
根據實體外形曲面類型，將不同自取面類型的數(shù)據劃分為不同類型的數(shù)據域。
點云分塊有基于測量的分割和自動分割兩類，其中，自動分割法包括基于邊和基于面兩種。點云數(shù)據分塊后，經過曲面過渡、相交、剪裁等方法將多個分塊的曲面組成一個整體模型，以實現(xiàn)曲面重構。
點云數(shù)據預處理后所獲得的純凈數(shù)據，將為后續(xù)模型重構奠定基礎。
三. 曲面重構
曲面重構是逆向工程中最復雜、最關鍵的環(huán)節(jié)。曲面重構是將點云數(shù)據通過插值或者擬合構建近似實體原型的模型，主要包括曲面擬合和曲面建模兩方面的內容。
3.1 曲面擬合
曲面擬合前，應合理規(guī)劃幾何特征、選擇合適的算法和參數(shù)。曲面擬合后，應保證區(qū)域內的曲面擬合質量以及特征線的曲面連續(xù)性。
曲面擬合主要有兩種方法：
一是由數(shù)據點擬合出樣條曲線，并對樣條曲線進行曲率分析，確定誤差是否控制在允許范圍內，否則要光順處理，直至合格；然后利用三維造型軟件擬合出曲面。
二是直接對測量數(shù)據點進行曲面片擬合，再經過對曲面片的過渡、拼接、裁剪等操作完成曲面擬合。此時，要注意曲面之間保證曲率連續(xù)，對生成的曲面進行誤差分析。
3.2 曲面建模
曲面建模目前主要是通過人工交互來實現(xiàn)。由于特征線是重構曲面的邊界線，因此，利用特征線劃分點云區(qū)域，再以特征線為中心，利用軟件的點云數(shù)據處理、曲面修剪等功能，重構出完整的曲面模型。
曲面模型的幾何特征識別、曲面光順性與精確性，有賴于建模人員的經驗和技巧。
四. 三維實體化與區(qū)域特征提取
在對上述曲面模型生成實體的過程中，會產生破損小曲面片，此時，將所有曲面按特征劃分為若干區(qū)域，對可能出現(xiàn)破碎片的圖層進行檢查，清除破損片體，然后再縫合，得到破損模具三維實體模型。
將破損模具實體模型與標準模具模型分析對比，利用三維軟件中的求差方法，獲得破損區(qū)域三維數(shù)據模型，提取磨破損區(qū)域特征。
通過編程軟件對破損區(qū)域進行軌跡編程，將生成的代碼通過機器人運行，在模具磨破損區(qū)域完成精確修補（如熔覆專用的金屬粉末等）。
五. 結語
逆向工程技術提供了新的模具修復的技術手段，對于提高修復精度和效率、降低模具成本、延長模具使用壽命具有重要意義。利用逆向工程技術進行模具修復具有良好的發(fā)展前景。
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本文標題：逆向工程的模具修復技術
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