摘要： 本文使用了一種有別于傳統(tǒng)測繪的方法——三維掃描加逆向設計，對挖泥機具中的泵膽進行掃描和建模，以此說明該方法在挖泥機具測繪中具有廣闊的應用前景。

　　關(guān)鍵詞：三維掃描,逆向設計,CAD參數(shù)建模

　　1.前言

　　三維掃描加逆向設計是目前最為流行產(chǎn)品設計制造方法之一。由于它能極大的縮短產(chǎn)品生產(chǎn)制造時間，因此在各個行業(yè)中都有廣泛的應用。

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

　　本文通過使用三維掃描加逆向設計，對挖泥機具中的泵膽進行掃描和建模，以此說明該方法在挖泥機具測繪中具有廣闊的應用前景。

　　2.三維掃描設備的介紹

　　三維掃描設備是一種利用光學定位技術(shù)，將物體外形生成三維數(shù)據(jù)的設備。它的優(yōu)點是可以快速準確的將復雜的形狀轉(zhuǎn)化為三維數(shù)據(jù)導入到電腦中，從而進行設計參數(shù)的提取。目前應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。前者的測量精度比后者高，但其并不是很適合用于船舶備件的測量。因為，船舶備件都需要現(xiàn)場測量，而現(xiàn)場測量時的空間都比較狹小，這很大程度上制約了關(guān)節(jié)臂掃描設備的使用，而自定位三維掃描設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。在對泥泵的泵膽進行掃描和建模的過程中，自定位三維掃描設備測量數(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備實物圖。

　　圖1自定位三維掃描設備實物圖

　　3. 三維掃描加逆向設計與傳統(tǒng)測繪方法對比

　　表1 三維掃描加逆向設計與傳統(tǒng)測繪方法對比

　　4.泥泵泵膽的三維掃描加逆向設計過程

　　通過使用自定位三維掃描設備對泥泵泵膽進行掃描能直接得到泵膽的三維數(shù)據(jù)，不同的掃描設備生成的數(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)格面片導入到三維軟件中進行處理，優(yōu)化模型，得到與實際備件相符的模型。根據(jù)泵膽的實際幾何特征，運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，在處理的時候要固定。比如泥泵的出口平面肯定是與泥泵的中心對稱面是平行的，因為有些時候比較大尺寸的構(gòu)件測繪時是需要通過分塊測量的，然后再在三維軟件中將各個分塊組合起來，這樣會影響構(gòu)件的精度，所以在找這些關(guān)鍵的幾何特征時就很重要，對提高測繪構(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計方法后，這一難題輕易就被攻克了。

　　在尋找掃描截面的時候，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型的排出口和渦輪行的泵體，在建模的時候分別建立即可。因此在掃描的時候要注意這些特征位置。對這些地方的掃描要做仔細，相反一些不主要的位置，就可以忽略。泥泵是一個對稱體，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計對疏浚備件進行測繪是備件測繪方法的新發(fā)展，它克服了傳統(tǒng)測繪方法耗時、耗力、耗人的缺點，極大的提高了生產(chǎn)效率。

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