基于層析法的復(fù)雜曲面的反求

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1、《電加工與模具》K""L年第$期設(shè)計(jì)·研究基于層析法的復(fù)雜曲面的反求劉松超顏永年祁鵬顏旭東戴向國(guó)嚴(yán)雙景（清華大學(xué)機(jī)械工程系，北京!"""#$）摘要：根據(jù)產(chǎn)品或零件的實(shí)物運(yùn)用反求工程重構(gòu)產(chǎn)品或零件的三維模型，可為模具的設(shè)計(jì)人員提供零件的結(jié)構(gòu)和尺寸信息，進(jìn)而提高模具設(shè)計(jì)的效率。層析法能高精度地同時(shí)測(cè)量物體的內(nèi)外腔尺寸和結(jié)構(gòu)，特別適合于具有復(fù)雜曲面的模型。通過(guò)逐層切削掃描，得到物體的層片數(shù)據(jù)，然后對(duì)層片數(shù)據(jù)三維重構(gòu)，可以得到物體的三維模型。關(guān)鍵詞：層析；反求工程；三維重構(gòu)；模具設(shè)計(jì)!"#"$%"&’()’""$)’(*+,-"

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5、確定模具總體結(jié)構(gòu)，然后以此為基礎(chǔ)對(duì)模具的零有聲學(xué)、光學(xué)、電學(xué)的測(cè)量方法，包括工業(yè)?7、激光部件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)［!］。但有時(shí)一些產(chǎn)品（如具有復(fù)掃描法、投影光柵法等。雜曲面形狀和內(nèi)外腔的零部件）并非來(lái)自圖紙而是接觸式測(cè)量法通過(guò)探頭來(lái)測(cè)量物體上各個(gè)點(diǎn)的起源于另外一些產(chǎn)品或?qū)嵨?。那么，設(shè)計(jì)人員怎樣空間位置，進(jìn)而產(chǎn)生物體的數(shù)字化表面。這種方法才能將這些實(shí)物信息轉(zhuǎn)化為?J5模型呢？這就必測(cè)量速度較慢，且探頭不易做成復(fù)雜的形狀，更不能須用到反求工程技術(shù)。測(cè)量?jī)?nèi)部輪廓。非接觸式測(cè)量法的測(cè)量速度快，測(cè)反求工程也稱(chēng)為逆向工程，是按照現(xiàn)有零件的

6、量自動(dòng)化程度高。如激光掃描法測(cè)量速度快，測(cè)量模型，利用數(shù)字化技術(shù)及?J5技術(shù)重新構(gòu)造原形精度也很高，但也不能測(cè)量具有復(fù)雜內(nèi)外輪廓的物體。工業(yè)?7和QRS能夠克服這個(gè)缺點(diǎn)，但是工業(yè)?J5模型的過(guò)程。反求工程技術(shù)在工業(yè)制造、醫(yī)學(xué)、模具設(shè)計(jì)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。?7和QRS價(jià)格昂貴，且對(duì)人體有害。層析法能解決上述的矛盾。它采用“斷面剖開(kāi)反求工程的典型數(shù)字化方法分為接觸式和非接與斷面疊加”的形態(tài)學(xué)方法，能快速、自動(dòng)、準(zhǔn)確地測(cè)收稿日期：K""LM"BM!#量復(fù)雜物體的三維形狀。首先逐層剖開(kāi)被測(cè)物體，第一作者簡(jiǎn)介：劉松超，男，!NO

7、P年生，碩士研究生。然后用??5獲取斷層的二維圖像，再用圖像處理軟—BK—設(shè)計(jì)·研究《電加工與模具》*442年第.期件疊加成三維信息，即可重建被測(cè)物體的三維模型。層析設(shè)備$/0"主要有以下幾部分組成：主控計(jì)算機(jī)、數(shù)控卡、!3"軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、切削機(jī)構(gòu)、檢測(cè)!層析測(cè)量的原理機(jī)構(gòu)、掃描機(jī)構(gòu)、排屑機(jī)構(gòu)。層析法就是把被測(cè)物體逐層切削掃描，然后對(duì)控制方法采用分級(jí)控制結(jié)構(gòu)，通過(guò)主控計(jì)算機(jī)切片數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重構(gòu)，得到被測(cè)物體的三維模向數(shù)控卡和掃描機(jī)構(gòu)發(fā)送命令，而數(shù)控卡負(fù)責(zé)控制型［"!#］。具體的做法是：把被測(cè)物體用封裝材料充!3"軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

8、、切削機(jī)構(gòu)和檢測(cè)機(jī)構(gòu)；排屑機(jī)構(gòu)滿(mǎn)其內(nèi)外腔，做成測(cè)量模塊；然后對(duì)該測(cè)量模塊進(jìn)行單獨(dú)控制。層析設(shè)備的功能模塊圖如圖’所示。機(jī)械加工得到一層層的截面，再用$$%或者掃描儀對(duì)每層截面拍照，得到零件的截層數(shù)據(jù)；對(duì)截層圖片處理后，用三維重構(gòu)軟件重構(gòu)出被測(cè)物體的三維實(shí)體模型；最后，利用三維模型通過(guò)快速成形的方法生成零件或者生成$&