××逆向设计方案

1、XX飞机逆向设计背景：XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXX。逆向设计方法、 手段众多， 可以采用的软件平台也比较多， 但其核心目标是按照精度、 质量要求重建实物数据模型。逆向工程通常包括数据采集、数据处理和数字模型重建三个主要环节。 飞机基本情况1 数据采集要求1.1 被测飞机状态要求：测量数据精度及设备精度会受到环境的严重影响， 因此要求被测飞机数据测量期间置于 机库厂房

2、内， 测量作业时要求机库大门关闭， 保证测量无风环境及相对稳定的温度、 光线环 境。1.2 数据采集方法及设备要求：数据采集需采用非接触式激光扫描方法， 以完成飞机大型物件的数据采集。 数据采集过 程需具备较高的效率、精度。采集设备采用莱卡XX 型号设备（设备精度：）,能够满足上述要求。采集数据直接进入 Polyworks 软件平台，能够实时跟踪、监测采集过程。1.3 数据拼合要求飞机全机扫描测量数据必须统一于单一坐标系 （飞机坐标系） 下。激光扫描数据采集过 程中不能通过一次定位获取待测飞机所有表面的数据点信息， 因此需采用数据标志点自动拼 合方法，将多次、多设备采集数据拼合到飞机坐标系下。

3、数据标志点数量及在机身的位置需合理选择， 既要保证能够精确进行数据拼合， 同时要 避免累计误差的扩大。 数据标志点采用粘贴的方式固定于机身上， 粘贴需牢靠以保证不易在 扫描作业中因失误而导致脱落。为保证拼合数据准确性， 多台设备、多次测量，在每次测量之初因先对标志点进行校验， 查看标志点的位置在飞机坐标系内是否保持不变。数据标志点布置示意图：1.4 数采集基本要求 因为飞机是对称体， 因此数据采集只需要采集飞机对称平面单侧数据即可 （采集边界要 超过对称面） 。数据采集结果需根据可测量的标志点或特征点实际数据进行比对校验。 数据采集结果不能出现层差。数据采集密度要求： 数据采集可根据曲率变化及

4、结构特征采用非均匀采样方法。在曲率变化比较大的区域进行较密的数据采集， 在曲面平滑区域可以进行较稀疏的数据采集。 对特 殊的结构特征需要进行专门的数据采集。分辨率基本设定原则遵循曲率变化小平坦区域 1mm，曲率变化较大的特征区域 0.5,其余特殊分辨率要求根据实际测量时现场确认。飞机数据采集还要考虑运动部件的不同状态，例如飞机襟翼，方向舵等部位，需要在不同的偏置状态下分别进行数据采集。先将襟翼及方向舵调整到缺省位置进行扫描数据采集。 最后再对舵面进行角度调整，选几组标(15°, 30 °? ?)准位置，单独对舵面局部区域进行扫描数据采集。1.5飞机坐标系的构建要求飞机坐标系

5、定义为：原点在机头或某一确定标志点，X轴为构造水平面与机身对称平面的交线，逆航向指向机尾、Y轴垂直向上、Z轴为顺航向指向机体左侧。飞机坐标系建立方法：以飞机上多组对称点标志点作为基准，建立飞机对称面。 以飞机基准面标志点多点拟合建立飞机基准面。框平面与对称面及基准面垂直。坐标系原点取处于对称面上标志点为原点(具体取点现场确认)。飞机坐标系建立方法及最终建立结果需要项目组一起确定。数据采集、数据预处理和曲面重建要在建立好的飞机坐标系下完成。数据采集之初首先明确定义飞机坐标系，采集数据必须统一于飞机坐标系下。飞机结构设计将采用飞机坐标系作为基准，因此必须保证飞机坐标系定义的准确性及精度。飞机坐标系

6、构建示意图：1.6数据采集输出要求：每天各部分数据采集结果以stl文件格式进行保存、输出。采集结束需将整机数据拼合整体输出一份文件。1.7数据备份要求：采集数据需在移动工作站保留一份，移动硬盘保留一份，图形工作站保留一份，三份数据需进行同步更新处理。2 点云数据处理要求点云数据采用Geomagic软件平台进行处理，主要包含：易V除坏点，点云的降噪、匀化 以及点云数据的过滤。其基本过程如下：1）首先对点云整体数据进行分析，选取标准结构数据（机身整长，宽、高等） 、标志点数 据（可实际测量的标志点数据等）对点云整体数据进行检验、校核。2）采用 Geomagic 点云分析工具对点云进行分析，查看是否

7、存在明显的坏点，进行剔除。3）对整机采集数据进行分析， 看是否存在噪点区域， 对噪点区域进行降噪处理以保证后续 曲面模型的光顺性。4）对整机采集数据进行分析， 一些遮挡无法进行数据采集的区域， 分析是否需要在点云处 理阶段通过匀化进行数据补全。5）根据计算机性能， 对数据进行过滤压缩， 以保证后续设计的高效性， 数据压缩同时要兼 顾考虑压缩后数据对整体模型的精度影响。 数据过滤压缩基本原则采用弦高差法对曲率 变化较大区域保留较密集的点云， 对较平坦的曲面区域进行较大的过滤， 最终形成特征 线比较明显的整机点云数据。注意：对点云整机原始采集数据进行备份后再单独用一份进行数据进行处理。3 飞机外形

8、曲面重建要求3.1 飞机外形曲面重建软件平台选择 飞机外形曲面重建在 Imageware 软件平台中完成特征线的提取、 构建以及初始面片的拟 合；最终在 Catia 软件平台中完成曲面重建任务。3.2 飞机基准构建： 基准坐标系的构建： 以数据采集时定义的飞机坐标系作为系统缺省坐标系。 根据需要可 在缺省坐标系内构件局部坐标系。根据已知飞机标准数据 （如长厂， 总高等）或者典型特征 （框位、舱门等） 建立基准点、 基准线、基准面，以保证曲面模型重建整体数据准确性。3.3 并行设计原则： 在飞机基准坐标系统一的前提下， 可用多份点云数据并行进行飞机不同分段的曲面外形 重建，最终将多分段重建模型导

9、入同一文件进行最终整体曲面剪裁、合并处理。3.4 飞机外形曲面重建方法： 分析飞机外形曲面特征， 对飞机外形曲面进行分块，按块 （区域）的不同特点选用不同 的曲面类型进行重建，外形曲面重建过程中对内部结构不予考虑。按飞机构形规律将飞机分为机身（前、中、后段） ，机翼（襟翼、副翼、扰流翼尖） ，尾 翼（垂直安定面、水平安定面） ，起落架（简化模型）等部分，再用符合设计规律的曲面特 征来重建。飞机外形主要包含以下曲面特征：直纹面、规则曲面（二次曲面、规则扫掠面） 、自由 曲面、过渡面。飞机外形曲面按特征划分示意图：1）直纹面：根据点云提取截面轮廓，对特征线离散再用样条线拟合出轮廓特征线。样条线要保

10、证低阶，多段以及光顺性。用轮廓样条线进行拉伸形成直纹面。2）规则曲面：根据点云提取截面轮廓，对特征线离散再用样条线拟合出轮廓特征线。 样条线要保证低阶，多段以及光顺性。用轮廓样条线进行线性拉伸、扫掠、 或者旋 转扫掠形成规则曲面。3）自由曲面：将表面数据划分为具有行边结构的区域（通常为四边或三边域），然后用自由曲面（NURBS曲面）拟合每个区域，通过在公共边施加约束保证曲面片之 间的连续性。4）过渡面：对一些微小的曲面过渡部位，可采用桥接的方式进行曲面过渡，再进行曲面校核。3.5曲面质量控制曲面的幕次数：用可满足工程设计的精度要求、且保证曲面是准确光滑的最低次幕多项式来定义曲面，在保证光顺的前

11、提下尽量降低阶数，除个别复杂过渡曲面外阶数不超过10阶。控制曲线：对非直纹曲面，尽量用低次幕的曲线来生成曲面。构成控制曲面的各部分应连续、相切，并且在切点应满足点、斜率和曲率的限制要求；曲面的法线：调整曲面， 使其法线指向远离零件， 法线反向常发生在三边的曲面中，此 时可以在曲面的退化点处用小段曲线来代替尖点，使其成为一个四边曲面。相邻曲面元素：1）间隙：曲面间所允许的最大间隙是0.01mm ；2）重叠：曲面间所允许的最大重叠值是0.01mm ；3）相切：相切曲面的相切度应在 0.5 °之内；4）等参线：尽可能地使相邻曲面的等参线方向一致。飞机外形曲面重需在精度、连续性、光顺性方面具

12、有较高要求。设计中两种实际情况对 外形曲面的影响：一是由于制造误差、使用变形等因素，导致实物样机与原始设计模型的差 异，此外测量误差、拟合误差又会导致重建模型与实物样机的差异，从而使重建模型与设计模型不符，需要在曲面重建模型中进行调整、修改以满足设计约束。3.6飞机外形曲面交付surface）特征保存。飞机外形曲面分部分重建后，最终通过工具结合为整体单一曲面（ 飞机外形曲面最终以 CatPart文件输出交付。4 数据、文件、模型特征管理要求为了保证工程文件易读性和可修改性，需对工程数据进行严格的归类及命名。 命名方式参考以下关键字：点云数据（Digit ）Mesh面片（Mesh）外形数模（lofting/shape digital model）参考形体（reference geometry）飞机外形曲面划分：机翼wing翼尖 wing tip机头 the nose前机身 Nose fuselage前中机身 Forward centre