面向快速原型制造的逆求技術(shù).doc

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1、面向快速原型制造的逆求技術(shù)摘要逆求技術(shù)是一種應(yīng)用非常廣泛的新興技術(shù)，在快速原型制造中具有重要作用。本文介紹了面向快速原型制造的逆求工程系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系、測(cè)量方法以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理手段，并指出了存在的問(wèn)題和今后的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞逆求工程快速原型制造測(cè)量數(shù)據(jù)處理最近幾年，快速原型制造(RPM)在我國(guó)得到迅速發(fā)展和推廣。它是為了快速響應(yīng)市場(chǎng)的需求變化，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期而產(chǎn)生的。在實(shí)際生產(chǎn)中為了跟蹤國(guó)外先進(jìn)技術(shù)等諸多原因，經(jīng)常需要對(duì)樣件進(jìn)行仿制。然而對(duì)于一些復(fù)雜的樣件，如果采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方法對(duì)實(shí)物進(jìn)行測(cè)量建模非常困難，需要花費(fèi)很長(zhǎng)一段時(shí)間，快速原型制造也隨之失去了快速的意義。因此，研究適應(yīng)快速原

2、型制造的逆求技術(shù)具有非常重要的意義?？焖僭椭圃炫c逆求工程（RE）的結(jié)合，在航空、航天、汽車、模具制造和醫(yī)學(xué)診斷等方面都具有重要作用。隨著新的測(cè)試技術(shù)與儀器的不斷涌現(xiàn)以及CAGD的發(fā)展，有必要對(duì)適合于快速原型制造的逆求技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的研究，使之不再成為快速產(chǎn)品開發(fā)中的瓶頸問(wèn)題。本文介紹國(guó)內(nèi)面向RPM的逆求工程系統(tǒng)的測(cè)量技術(shù)、數(shù)據(jù)處理方法以及目前存在的問(wèn)題和今后的發(fā)展方向。一面向RPM的逆求工程及其實(shí)現(xiàn)技術(shù)1．逆求工程的結(jié)構(gòu)體系目前國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)界對(duì)于逆求工程的定義并不統(tǒng)一，比較一致的看法是指根據(jù)實(shí)物模型測(cè)得數(shù)據(jù)構(gòu)造CAD模型，繼而用于產(chǎn)品分析和制造。在快速原型制造中，逆求工程充分體現(xiàn)了RPM的獨(dú)有

3、特點(diǎn)，它可以經(jīng)過(guò)CAD模型也可以不經(jīng)過(guò)CAD模型而直接生成快速成型機(jī)所需的數(shù)據(jù)信息，包含了從實(shí)物樣件測(cè)量直至生成快速成型機(jī)的接口文件的全過(guò)程。由此可見，面向RPM的逆求工程范圍很廣，實(shí)現(xiàn)方法也不盡相同，但都包含樣件測(cè)量和數(shù)據(jù)處理兩大基本組成部分，其最終目的就是給快速成型機(jī)提供能夠精確成型實(shí)物樣件所需的層片驅(qū)動(dòng)文件。一個(gè)完整的逆求工程流程如圖1所示。4screen.width-400)this.style.width=screen.width-400;>圖1逆求工程流程圖2．逆求工程的測(cè)量技術(shù)測(cè)量方法的選用是逆求工程中的一個(gè)非常重要的問(wèn)題。每種方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)樣件特點(diǎn)進(jìn)行恰

4、當(dāng)?shù)倪x擇。獲取三維面形信息的基本方法可以分為接觸式和非接觸式兩種。在RPM中經(jīng)常采用的測(cè)量方法如圖2所示。screen.width-400)this.style.width=screen.width-400;>圖2測(cè)量方法分類坐標(biāo)測(cè)量?jī)x（CMM）是一種廣泛使用的接觸式測(cè)量方法，測(cè)量精度可以達(dá)到±0.5微米。由于采用接觸測(cè)量，整個(gè)測(cè)量過(guò)程始終需要人工干預(yù)，對(duì)于獲得數(shù)據(jù)還需進(jìn)行基準(zhǔn)歸一化以及測(cè)頭半徑補(bǔ)償，因而不適于對(duì)自由曲面等需要大量采集數(shù)據(jù)點(diǎn)的三維面形進(jìn)行測(cè)量。screen.width-400)this.style.width=screen.width-400;>圖3激光三角

5、形測(cè)量在非接觸三維形貌測(cè)量中，基于激光的三角法由于其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量速度快，且具有實(shí)時(shí)處理能力，因而被廣泛采用。它既可以逐點(diǎn)測(cè)量，也可以進(jìn)行線光條測(cè)量。測(cè)量精度在0.01毫米左右，采樣速度可以達(dá)到每秒數(shù)萬(wàn)點(diǎn)。激光三角法測(cè)量原理如圖3所示。激光沿投影光軸投射到物體表面，在另一個(gè)方向上，光點(diǎn)的像被CCD接收，其幾何關(guān)系為：screen.width-400)this.style.width=screen.width-400;>(1)其中f-成像系統(tǒng)焦距，h-目標(biāo)平面相對(duì)物面的深度變化，screen.width-400)this.style.width=screen.width-400;

6、>-物距，screen.width-400)this.style.width=screen.width-400;>-CCD光斑的質(zhì)心偏移。此外，在國(guó)內(nèi)基于CT掃描和CGI的測(cè)量技術(shù)業(yè)已開始使用。在RPM中較為常用的測(cè)量方法還有條紋法、圖象分析法和核磁共振法，但在國(guó)內(nèi)并不多見。3．逆求工程的數(shù)據(jù)處理技術(shù)采用非接觸式測(cè)量得到的是大量密集散亂的數(shù)據(jù)群，被形象地稱為“云狀數(shù)據(jù)”。這些測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)之間沒(méi)有顯式的幾何拓?fù)潢P(guān)系，且夾雜著非測(cè)量樣件信息。由于被測(cè)表面粗糙等原因，測(cè)得數(shù)據(jù)還不可避免的含有噪聲信息。如何將其處理成為能夠完整表達(dá)被測(cè)樣件的表面模型，并且滿足用戶的精度要求和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，是

7、一個(gè)亟待給予圓滿解決的問(wèn)題。4能夠進(jìn)行正確測(cè)量造型的首要基礎(chǔ)就是測(cè)量數(shù)據(jù)的預(yù)處理。在處理中，不僅要剔除不相關(guān)數(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)，還要對(duì)由于陰影或屏蔽作用而導(dǎo)致的未掃描到部分予以數(shù)據(jù)補(bǔ)充。用外加振動(dòng)等方法找出噪聲信息或直接利用多點(diǎn)平滑去除數(shù)據(jù)噪聲。如果數(shù)據(jù)過(guò)于稠密，還要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行勻化。經(jīng)過(guò)上述操作，一般能夠提高測(cè)得數(shù)據(jù)精度。然而對(duì)于最能反映曲面特征的特征點(diǎn)、線的智能提取，國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)未見提及。目前國(guó)內(nèi)大都采用IGES、DEF等標(biāo)準(zhǔn)