面向快速原型制的逆求技术.doc

面向快速原型制造的逆求技术摘要  逆求技术是一种应用非常广泛的新兴技术,在快速原型制造中具有重要作用。本文介绍了面向快速原型制造的逆求工程系统的结构体系、测量方法以及相应的数据处理手段,并指出了存在的问题和今后的发展方向。关键词 逆求工程 快速原型制造测量数据处理最近几年,快速原型制造(RPM)在我国得到迅速发展和推广。它是为了快速响应市场的需求变化,缩短产品开发周期而产生的。在实际生产中为了跟踪国外先进技术等诸多原因,经常需要对样件进行仿制。然而对于一些复杂的样件,如果采用传统的数据采集方法对实物进行测量建模非常困难,需要花费很长一段时间,快速原型制造也随之失去了快速的意义。因此,研究适应快速原型制造的逆求技术具有非常重要的意义。快速原型制造与逆求工程的结合,在航空、航天、汽车、模具制造和医学诊断等方面都具有重要作用。随着新的测试技术与仪器的不断涌现以及CAGD的发展,有必要对适合于快速原型制造的逆求技术进行系统的研究,使之不再成为快速产品开发中的瓶颈问题。本文介绍国内面向RPM的逆求工程系统的测量技术、数据处理方法以及目前存在的问题和今后的发展方向。一面向RPM的逆求工程及其实现技术1.  逆求工程的结构体系目前国内学术界对于逆求工程的定义并不统一,比较一致的看法是指根据实物模型测得数据构造CAD模型,继而用于产品分析和制造。在快速原型制造中,逆求工程充分体现了RPM的独有特点,它可以经过CAD模型也可以不经过CAD模型而直接生成快速成型机所需的数据信息,包含了从实物样件测量直至生成快速成型机的接口文件的全过程。由此可见,面向RPM的逆求工程范围很广,实现方法也不尽相同,但都包含样件测量和数据处理两大基本组成部分,其最终目的就是给快速成型机提供能够精确成型实物样件所需的层片驱动文件。一个完整的逆求工程流程如图1所示。)=;\>。每种方法都有其优缺点,应当根据样件特点进行恰当的选择。获取三维面形信息的基本方法可以分为接触式和非接触式两种。在RPM中经常采用的测量方法如图2所示。)=;\>图2 测量方法分类坐标测量仪是一种广泛使用的接触式测量方法,测量精度可以达到±微米。由于采用接触测量,整个测量过程始终需要人工干预,对于获得数据还需进行基准归一化以及测头半径补偿,因而不适于对自由曲面等需要大量采集数据点的三维面形进行测量。)=;\>图激光三角形测量在非接触三维形貌测量中,基于激光的三角法由于其系统结构简单、测量速度快,且具有实时处理能力,因而被广泛采用。它既可以逐点测量,也可以进行线光条测量。测量精度在毫米左右,采样速度可以达到每秒数万点。激光三角法测量原理如图3所示。激光沿投影光轴投射到物体表面,在另一个方向上,D接收,其几何关系为:)=;\> (1)其中f-成像系统焦距,h-目标平面相对物面的深度变化,)=;\>-物距,)=;\>-CCD光斑的质心偏移。此外,在国内基于CT扫描和CGI的测量技术业已开始使用。在RPM中较为常用的测量方法还有条纹法、图象分析法和核磁共振法,但在国内并不多见。.逆求工程的数据处理技术采用非接触式测量得到的是大量密集散乱的数据群,被形象地称为“云状数据”。这些测点数据之间没有显式的几何拓扑关系,且夹杂着非测量样件信息。由于被测表面粗糙