外文翻譯--運用逆向工程技術(shù)，可重新配置的以數(shù)控銑床為基礎(chǔ)的橫截面成像系統(tǒng)（英文為圖片）

1、<p><b>　　外文文獻</b></p><p><b>　　外文文獻翻譯</b></p><p>　　運用逆向工程技術(shù)，可重新配置的以數(shù)控銑床為基礎(chǔ)的橫截面成像系統(tǒng)</p><p>　　Hongbo Lan Yucheng Ding Jun Hong Bingheng Lu</p&g

2、t;<p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文提出了一種新穎的逆向工程數(shù)字化系統(tǒng)進行全零件的幾何形狀分析，這是基于建立在一個數(shù)控銑床的橫截面成像設(shè)備上。該系統(tǒng)連續(xù)拍攝通過端銑和CCD成像平面的每一個的橫截面輪廓的圖像，并生成用于復(fù)雜的三維部件的基于一組向量橫截面輪廓的外部和內(nèi)部表面的幾何形狀。該系統(tǒng)主要由三部分組成：一個數(shù)控銑床，橫截面成像設(shè)備以及計算機的控制單

3、元。涉及該系統(tǒng)的原理和工藝流程，裝箱材料，橫斷面成像和NC代碼生成等一些問題是被詳細介紹的。該系統(tǒng)制在現(xiàn)有的NC銑床上，便攜式裝置用于捕獲橫截面圖像設(shè)計，其中包括分離的光源，數(shù)碼照相機，保護盒，剛性臂和一個強大的三腳架。該裝置中，連接到計算機控制單元，作為一個高度靈活的附件的數(shù)控銑床，構(gòu)成剖面成像系統(tǒng)的逆向工程。此外，該系統(tǒng)的誤差分析與精度評估也都應(yīng)有盡有。一個典型的案例進行了詳細論述，以說明應(yīng)用中的系統(tǒng)。一個典型的案例進行了詳細論述，

4、說明了系統(tǒng)的應(yīng)用。這樣的逆向工程為一個可重新配置的數(shù)字化系統(tǒng)提供了許多優(yōu)點，如現(xiàn)有的數(shù)控銑床，成本低，并且快速施工的功能擴展。因此，該系統(tǒng)提供了一個可行的和有用的計劃，為眾多企業(yè)建立自己的逆向測量系統(tǒng),基于現(xiàn)有的設(shè)備中快速的產(chǎn)品，以幫助發(fā)</p><p>　　———————————————————————————————————————</p><p>　　關(guān)鍵詞：逆向工程 橫斷面成

5、像 CAD模型 數(shù)控銑床</p><p>　　———————————————————————————————————————</p><p><b>　　1 介紹</b></p><p>　　逆向工程(RE)是由不同的數(shù)字化進程將現(xiàn)有的物理部分構(gòu)建矢量三維數(shù)字模型的方法。數(shù)字模型通常可以導(dǎo)入到后續(xù)的重新設(shè)計和制造工藝規(guī)劃CAD系統(tǒng)。

6、不同于傳輸?shù)轿锢懋a(chǎn)品概念設(shè)計的傳統(tǒng)制造理念，逆向工程重數(shù)字化，分析，修改和編造以現(xiàn)有對象為基礎(chǔ)的產(chǎn)品【1-4】。逆向工程從物理樣機的工作，而不是從一個CAD概念模型開始是很必要的。這也是對其中的CAD在原設(shè)計中沒有使用和部分必須要復(fù)制的產(chǎn)品的開發(fā)特別有用的地方。逆向工程可顯著縮短生產(chǎn)提前期和部分重復(fù)過程的成本。在可再生能源過程中的三個主要步驟是部分數(shù)字化，特征提取與CAD模型重建【5】。因此，逆向工程的過程總是從各種數(shù)字化儀對零件表面采

7、集點的坐標(biāo)的數(shù)字化開始。有可用于部分數(shù)字化的各種商業(yè)系統(tǒng)。與此相對應(yīng)，逆向工程的方法不同取決于使用的數(shù)字化設(shè)備，它的范圍從傳統(tǒng)的坐標(biāo)測量機（CMM），激光掃描儀，超聲波數(shù)字化儀到各種光學(xué)測量設(shè)備。它們也可以被分為兩大類別：接觸式和非接觸式。三維坐標(biāo)測量機配有常用的帶有觸摸式觸發(fā)探頭的接觸數(shù)字化裝置，通?？梢援a(chǎn)生具有微米級精度的三維點的坐標(biāo)的外部零件表面。然而，與大多數(shù)非接觸式光學(xué)測量系統(tǒng)相比,它的數(shù)字化速度比較慢。</p>

8、<p>　　來自學(xué)術(shù)界和工業(yè)團體的研究已經(jīng)執(zhí)行探索新的數(shù)字化方法或設(shè)備，同時這些方法或者設(shè)備可獲得內(nèi)部和外部復(fù)雜對象的幾何形狀。中國【8】提出了一種由一個磨料計算機斷層掃描裝置對復(fù)雜對象三維圖像重建的方法。該裝置采用一種磨料過程一層一層除去鑲嵌物，并且捕捉每一層用CCD照相機獲得的橫截面圖像。數(shù)值方案被應(yīng)用于獲得的輪廓的Bezier曲線的每個層。楊和陳描述了基于觸覺卷中刪除一個新的逆向工程的方法。Liu【9】等人提出的剖面想

9、象基于逆向工程和快速原型集成系統(tǒng)，用于再現(xiàn)復(fù)雜對象。周先生【10】等人開發(fā)了一種基于激光的逆向工程和加工系統(tǒng)，將顯著減少時間的CAD模型的創(chuàng)建和NC代碼生成。馮【11】解決了一種基于互聯(lián)網(wǎng)的逆轉(zhuǎn)工程的方法,并且提供了一個案例研究來說明它的應(yīng)用程序適用于集成CAD和CAM。青山和云【12】描述了一個自動測量未知物理對象的系統(tǒng)為構(gòu)建物理對象的計算機模型。該系統(tǒng)是由兩個子系統(tǒng),即,一個用于粗糙識別的物理對象,另一個用于精確測量。李等人【13】

10、提出了一種為快速建模和制造有復(fù)雜表面產(chǎn)品的逆向工程系統(tǒng)。該系統(tǒng)由三個主要的組件構(gòu)成:一個3 d光學(xué)數(shù)字化系統(tǒng),一個表面重建軟件和快速原型機。獨特</p><p>　　從前面的文獻綜述，通過使用當(dāng)前反向工程的方法，捕獲外觀和內(nèi)飾造型精度高，又成本低廉的一部分，可以看出它通常是困難的。論文對于零件的幾何形狀提出了一個全新穎的逆向工程系統(tǒng),它是基于一個被建在數(shù)控銑床上的橫斷面成像裝置。該系統(tǒng)反復(fù)拍攝靠端銑刀和CCD成像

11、技術(shù)獲得的每個部分的平面橫截面的橫截面輪廓圖像，并且根據(jù)在z方向上的一組向量截面輪廓，建立了兩種外部幾何和復(fù)雜的三維部件的內(nèi)表面。該系統(tǒng)主要由三個組件構(gòu)成：一個數(shù)控銑床，橫截面成像設(shè)備以及計算機的控制單元。有些涉及系統(tǒng)的處理流程，包封材料，橫截面成像和NC代碼生成等問題進行了詳細的描述。建立在現(xiàn)有的數(shù)控銑床上，一種用于捕獲截面圖像的便攜式設(shè)備被設(shè)計，它主要包括一個隔離的光源，數(shù)碼照相機，保護盒中，剛性臂和一個強大的三腳架。該裝置中，連接

12、到計算機控制單元，作為一個高度靈活的附件的數(shù)控銑床，構(gòu)成剖面成像系統(tǒng)的逆向工程。此外，該系統(tǒng)的錯誤分析與精度評估也在討論中。一個案例研究詳細論述來說明該系統(tǒng)的應(yīng)用程序。這樣的重新配置逆向工程數(shù)字化系統(tǒng)提供了許多的優(yōu)點，如在現(xiàn)有的功能擴展數(shù)控銑床，成本低，施工快速，高精度。其結(jié)果是，該系統(tǒng)提供了一種可行的和有用</p><p>　　本文的結(jié)構(gòu)如下：第2節(jié)介紹原理和系統(tǒng)的架構(gòu)。第3節(jié)講解實施關(guān)鍵技術(shù)進行詳細說明。該系

13、統(tǒng)的錯誤分析與精度評估是在第4節(jié)討論。一個實際的案例研究被在第5節(jié)說明。最后，第6節(jié)總結(jié)全文。</p><p>　　2原理的系統(tǒng)和體系結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.1原理及工藝流程</p><p>　　以橫截面成像為基礎(chǔ)的可再生能源系統(tǒng)的處理流程可以分成三個主要步驟：對象預(yù)處理中，橫截面的圖像采集和CAD模型重建。該過程的總流程圖如圖1所示。</p>

14、<p>　　首先，一個對象內(nèi)包裹著覆蓋和填充全部物體的內(nèi)部和外部特征特殊的套料。預(yù)處理階段主要完成3個任務(wù)：確定最佳裝盒方向，準(zhǔn)備該套料和選擇合適的裝盒過程。接著，包裹的部分是由一個在數(shù)控銑床表面的夾具固定的。該部分被包裹然后鑿去一層一層，每層的截面圖像由安裝在組合裝置上的數(shù)字相機捕獲。而每層的橫截面圖像被發(fā)送到數(shù)據(jù)處理軟件。該軟件會自動儲存每個數(shù)據(jù)層中的文件到控制單元的硬盤中，以確保沒有信息丟失。這個過程，包括夾持的被包裹部

15、分，缺角的部分被一層一層包裹，被捕獲每一層的截面像，被稱為剖面圖像采集。橫截面成像系統(tǒng)的示意圖如圖2。</p><p><b>　　圖2</b></p><p>　　最后，所有所獲得的截面圖像是通過特殊的數(shù)據(jù)后處理軟件處理過的重建所述對象的CAD模型。除了輪廓提取和代表性以外，數(shù)據(jù)后加工的橫截面圖像涉及到圖像預(yù)處理，圖像分割和邊緣檢測。</p><

16、p><b>　　圖3</b></p><p>　　圖3示意了再生系統(tǒng)提出的數(shù)據(jù)處理流程。三維CAD模型重建涉及面擬合均勻分布序列平面輪廓，輪廓摘錄自交的部分的截面圖像。一些商業(yè)的軟件系統(tǒng)可以被用來幫助重建三維CAD模型。</p><p><b>　　2.2系統(tǒng)架構(gòu)</b></p><p>　　為了實施基于切片的數(shù)字化

17、逆向工程過程，一個新穎的基于現(xiàn)有數(shù)控銑床的逆向工程的成像系統(tǒng)，可同時收購部分的具有復(fù)雜的外部和內(nèi)部表面全截面輪廓，已經(jīng)開發(fā)。該系統(tǒng)由兩個子系統(tǒng)組成：硬件和軟件。硬件子系統(tǒng)主要由以下組件組成：組合設(shè)備來捕獲一個物體，它包括一個橫截面圖像分離的光源，數(shù)碼相機，一個容器，剛性棒和強大的三腳架，一臺數(shù)控銑床（或數(shù)控研磨機）和計算機控制單元。該計算機控制單元，包括計算機（PC ），一個I / O板和位置開關(guān)，進行自動的橫截面成像控制。用帶有USB

18、接口和PCI擴展槽的電腦是用來實現(xiàn)控制功能。數(shù)字I / O卡，可插入的PCI擴展槽是用來傳輸計算機和數(shù)控銑床之間的信號。由歐姆龍制造的常閉位置開關(guān)用于由歐姆龍制造自動生成的控制信號。作為關(guān)鍵部件的橫截面成像系統(tǒng)是在第三部分被詳細說明。一個強大的三腳架，也是一個獨立的可調(diào)節(jié)的固定裝置，被用于安裝橫截面成像系統(tǒng)。該機制可以實現(xiàn)數(shù)控銑床和圖像捕獲單元之間的</p><p><b>　　圖4</b>

19、</p><p>　　快速定位。此外，它是獨立的數(shù)控銑床。因此，本結(jié)合設(shè)備和計算機控制單元可以是認為作為一個高標(biāo)準(zhǔn)的配件，這可能是用數(shù)控銑床整合，形成一個快速橫斷面成像系統(tǒng)，用于逆向工程。這樣的重新配置的可再生能源系統(tǒng)的數(shù)字化有許多優(yōu)點，如將擴大了現(xiàn)有的數(shù)控銑床的功能，并降低了成本和交貨時間。一些數(shù)控銑床可用于可再生能源數(shù)字化系統(tǒng)。基于該相反的數(shù)字化系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和現(xiàn)有數(shù)控銑床，一個萬能工具銑床由作者開發(fā)的原型系統(tǒng)

20、采用在這里。圖4示出的簡略圖橫截面成像系統(tǒng)。</p><p><b>　　3關(guān)鍵技術(shù)的實現(xiàn)</b></p><p>　　3.1裝盒材料和工藝</p><p>　　該過程通過使用特殊的包裹的一部分材料開始，它涵蓋并填充所有的內(nèi)部和外部的部分的特征。包封材料在橫截面成像系統(tǒng)中起著顯著作用。正如最重要的功能，與零件的數(shù)字化相比，套料可以提供一個高灰度

21、梯度的背景圖像，以至于使橫截面的部分的輪廓可以很容易檢測到，并在后續(xù)的圖像處理階段提取。此外，該包覆材料也可以強化測得的強度一部分，并提高零件薄壁和多腔功能的機械加工性能。獲得的截面圖像是灰度圖像。因此，無論是區(qū)域和以分割為基礎(chǔ)的邊緣方法都可以采用。二元分割圖像處理包括閾值和梯度值控制下的灰色的圖像。閾值化是將一個多層次的過程圖像轉(zhuǎn)換為二進制圖像。在二進制中，每個像素的值是由一個單一的二進制數(shù)字呈現(xiàn)。在其最簡單的形式中，閾值是基于點的過

22、程，該分配值的“0”或“1”的圖像的基礎(chǔ)上的每個像素用全局閾值T比較。</p><p>　　其中f（X，Y）是像素的灰度梯度（X，Y）;F'（X，Y）是像素（x ，y）的二進制灰度值，T為閾值。橫斷面圖像只有一個對象，它是從它的背景顯現(xiàn)的。灰度級的直方圖圖像顯然地將永遠是一個雙峰分布位置遠離彼此的。因此，一閾值是足夠以段為圖像對對象和背景。給定段，邊緣檢測是基于梯度算子G的計算。</p>&

23、lt;p>　　如果圖G（ X，Y）= 0時，點（x，y）是沒有邊緣。否則，點（x，y）是在邊緣[9]。根據(jù)上面的分析中，為了獲得高品質(zhì)的橫截面的圖像，該包覆材料必須滿足以下要求：高灰度梯度數(shù)字化部分和套料，好的機械性能和適當(dāng)?shù)捻g性。此外，一些評估加工能力實驗也已進行了確定最佳電荷比。得到的包封材料的配方示表1中。</p><p><b>　　表1 </b></p>

24、<p>　　一些實際的案例已經(jīng)證明所開發(fā)的套料，其具有高的灰梯度，低收縮率，良好的粘接和機械加工性能，能很好地滿足實際工程的需求。之后將材料按上述充分混合制定，部分被逐漸充滿裝盒材料。完全包裹的部分，然后放置在一個真空室，在那里所有的氣泡被移除，所有脫墨是100％填充。此外，該部分需要在包覆過程之前，通過使用丙酮（汽油或油醇），以純化在對象的內(nèi)外表面內(nèi)部去除油污，灰塵和氧化劑。包封部件的凝固時間應(yīng)該通常不超過12小時。固化速度

25、的需求以根據(jù)環(huán)境溫度來調(diào)節(jié)。</p><p>　　3.2橫斷面圖像采集系統(tǒng)</p><p>　　作為最重要的部件，所述圖像獲取系統(tǒng)可以捕獲和自動把數(shù)字化部分的截面圖像轉(zhuǎn)成文件。三原色模塊包括圖像捕獲設(shè)備，光源，并自動生成NC代碼將詳細在下面的章節(jié)中討論。</p><p>　　3.2.1選擇拍攝圖像設(shè)備</p><p>　　CCD和一個數(shù)據(jù)采集

26、卡的組合使用經(jīng)常作為圖像拍攝設(shè)備。然而，它有幾個限制：分辨率低，高的波動圖像灰度梯度和在定位圖像的不確定性。隨著數(shù)字成像技術(shù)的飛速發(fā)展，各種數(shù)碼相機作為新的圖像捕捉設(shè)備，它的特點是低成本和高分辨率，呈現(xiàn)出良好的成本/性能比，得到高品質(zhì)的圖像。此外，數(shù)字照相機能提供可以實現(xiàn)一個計算機控制單元和一個數(shù)碼相機的高速通信的USB接口。因此，被捕獲的剖面圖像具有可處理的實時性。對于各種數(shù)碼相機的各種效益和一個由柯達（ DC 4800型號）生產(chǎn)的數(shù)

27、碼相機進行了比較，它被選做發(fā)達的原型系統(tǒng)中的圖像捕獲裝置。相機的分辨率為310萬像素。換句話說，它具有2160像素的分辨率水平和1,440像素（垂直）。</p><p>　　3.2.2設(shè)計的光源 該光源在圖像質(zhì)量抓獲上具有顯著的作用。特別重要的是選擇合適的光源和確定攝像頭和光源之間的最佳布局，捕捉高品質(zhì)的跨截面圖像。系統(tǒng)的光源需要符合下列條件：固定，均勻，與周圍環(huán)境亮度匹配。理想的候選應(yīng)是面光源，并用0

28、°垂直弧度曝光為對象的數(shù)字化的橫截面。然而，它特別難以得到這樣的理想光源。根據(jù)實際需要，兩個11W的U型熒光燈（不使用閃光燈）被用作該系統(tǒng)的光源，并對稱地沿著45°的弧度在外殼頂部放置。</p><p><b>　　圖5</b></p><p>　　布局的示意圖如圖5所示。對于所使用的TW-1102熒光燈參數(shù)（不閃光燈）有：220V額定電壓（50H

29、Z），11瓦標(biāo)稱功率和4,200 K色溫。</p><p>　　3.2.3生成NC代碼</p><p>　　在數(shù)字化裝置中，數(shù)控銑床的作用是精確機遠離該包裹部分的超薄層。銑床的表面只進行從一個加工位置到拍攝位置的移位，以及沿z方向上的快速移動。在NC代碼的不同部分是非常相似的。在CNC銑床和圖像采集系統(tǒng)之間，變化主要集中在切刀，層厚度，層號和零件尺寸。對于稀土數(shù)字化設(shè)備涉及的NC代碼生成的

30、原理和參數(shù)示于圖6。</p><p><b>　　圖6</b></p><p>　　在圖6中，D是一個面向刀具的直徑，A代表對于一個包裹一部分的銑削部分的長度，b表示的寬度， H是從一個包圍部分的部分到低端面中的圖像取得位置的朝向刀具的垂直距離， L1是X坐標(biāo)的圖像采集位置的值（ z坐標(biāo)值為零） ，L 2是Y坐標(biāo)的圖像采集位置的值（ z坐標(biāo)值為零） ，T是銑削厚度，F(xiàn)

31、表示沿Y坐標(biāo)進給量，h是一個包裹部件的銑削高度。銑削的橫截面的進料數(shù)被定義為：n=b/D(n是一個整數(shù)).銑削筆劃被定義為：S1=L2+a/2。沿X軸的粉碎臺快速移動的距離是定義為：S2=L1+a/2。沿Z軸的粉碎臺快速移動的距離是定義為：S3=H。如果n不等于1，并且沿Y軸的進料是進刀，則沿Y軸的快速移動的距離是零；否則，如果沿Y軸進給的是進給工作臺，沿Y軸的粉碎臺快速移動的距離是定義為：S4=F×(n-1)?？倢恿勘欢x為

32、：N=h/T（N是一個整數(shù)）。當(dāng)n為各種數(shù)值時，NC代碼是非常相似的。當(dāng)需要執(zhí)行多次進給，唯一的變化是增加這些NC代碼，包括進給量，進給數(shù)量，并沿Y軸快速移動的距離。因此，NC碼被分成三部分：預(yù)NC代碼阻止不涉及進給量，中NC代碼阻止涉及進給量，以及后NC代碼阻止而不涉及進給量。對于</p><p><b>　　圖7</b></p><p>　　圖8為所述控制單元的一

33、個GUI。</p><p><b>　　圖8</b></p><p>　　4誤差分析與精度評估</p><p><b>　　4.1誤差分析</b></p><p>　　逆向工程，由原始比較其構(gòu)建的CAD模型分析誤差，需要防止的準(zhǔn)確性不受侵害，并且進一步提供了一個基礎(chǔ)，以幫助細化。尤其是在滿足功能要求

34、，從尺寸偏差的不確定性結(jié)果需要嚴格控制，使帶來的性能得到充分發(fā)揮【21】 。作為一個重要的一個數(shù)字化裝置的索引值，該數(shù)字化的精度對所施加的場和設(shè)備的能力有顯著作用。在RE數(shù)字化系統(tǒng)的精度表示重構(gòu)三維CAD模型和原始之間在尺寸，位置和表面質(zhì)量的偏差。它可能受多種因素影響，這些因素涉及在整個再生過程中從該包覆過程和捕獲數(shù)據(jù)來重建三維CAD模型中的每個步驟。造成的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性的系統(tǒng)的總體誤差的錯誤的各種來源可分為三個主要部分：數(shù)字化的過程

35、中，硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。根據(jù)以前的研究，來自硬件系統(tǒng)的影響因素，主要包括一個數(shù)控銑床的再現(xiàn)精度，在切刀面的積屑瘤，并且在橫截面圖像采集系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)部分的失真。數(shù)字化過程中對精度的影響主要包括層的厚度和包裹取向。從軟件系統(tǒng)所產(chǎn)生的誤差主要包括重建CAD模型過程中的校準(zhǔn)和精度損失。另外，吉瑞等人【22】研究了誤差源在一個破壞性的3D逆向工程過程。結(jié)果表明，造成誤差的各種因素，包括振動，溫度變化，閾值設(shè)置和由于攝像機的分辨率所產(chǎn)</p

36、><p>　　如果存在于該部分的數(shù)字化處理的攝像機和一個部分的相對位置之間存有偏差，那么數(shù)控銑床的定位精度可以在很大程度上有影響。因此，這里所用的數(shù)控銑床應(yīng)具有較高的重復(fù)定位精度，以確保重新數(shù)字化系統(tǒng)具有很高的精度和可重復(fù)性。具有更好的分辨率和正確的安裝位置的攝像機可以有效地提高數(shù)字化設(shè)備的精度。該層的厚度和包裹取向?qū)?shù)字化的精度和數(shù)字轉(zhuǎn)換器的效率有著相關(guān)聯(lián)的影響。例如，選擇用于層厚度的高值時，數(shù)據(jù)收集的消耗時間可以

37、縮短，而數(shù)字化的精確度可能會降低，因為數(shù)字化的部分的一些分鐘特征可以被去除。當(dāng)分配一個較低的值，它可以采取更多的時間來獲取的橫截面的圖像，但是數(shù)字化精度可以得到改進。因此，用戶應(yīng)該根據(jù)一個數(shù)字化部分的具體特點確定最優(yōu)層厚度和包裹方向。對于特別復(fù)雜的對象，變量層的厚度的方法可能是一個更好的解決方案。換句話說，隨著分鐘功能的數(shù)字化部分的臨界部分或高精度應(yīng)采用的層厚度為低值。小曲率變化等板塊沿包裹方向或不帶分功能使用高值。根據(jù)我們的經(jīng)驗，對于

38、一個較低的值， 0.1毫米層厚度通常用于機遠離的部分通過層;對于高值，其為0.2毫米。用于圖像處理的設(shè)定閾值在三維CAD模型重構(gòu)的精確度中起著重要的作用。</p><p><b>　　4.2精度評估</b></p><p>　　一場實驗被進行，以測試對RE系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。鋁合金的三個相同的圓形袖子被用來進行實驗研究。測試的部件的尺寸和公差的描述如下：外徑為470+0.1

39、,高度為15++0.30.2,壁厚為20+0.1。各種評價指標(biāo)，其中主要涉及全球精度指標(biāo)，單幀的精度指標(biāo)，定量指標(biāo)和定性指標(biāo)經(jīng)常用于評估一個RE過程的數(shù)字化精度。對于橫截面的成像系統(tǒng)，這兩個全局精度指標(biāo)和定量指標(biāo)，通常采用以評估該系統(tǒng)的數(shù)字化的精度。即在實驗中，尺寸外部直徑，高度和原始和重建反演的CAD模型之間的樣品部分的壁厚的比較，以評估對RE系統(tǒng)的數(shù)字化的精度。詳細過程描述如下。</p><p>　　4.2.

40、1 CAD模型的重建</p><p>　　首先，這三個測試部件通過使用由作者開發(fā)的包裹材料由包裹方向決定而被包裹的（見圖9）。隨后，0.2毫米層厚度被遠離的部件逐層被機器切削，而各部分的橫截面圖像通過開發(fā)可再生能源的數(shù)字化裝置捕獲。</p><p><b>　　圖9</b></p><p>　　最后，三個部分的三維 CAD模型通過使用Mimic

41、s軟件重建了。模擬是基于由Materialise的公司在比利時開發(fā)的掃描數(shù)據(jù)的3D圖像處理和編輯軟件。換句話說，模擬物是用于灰度值圖像的通用分割程序。它可以導(dǎo)入圖像的任何2D堆棧，并允許三維重建他們。模仿可以導(dǎo)入各種各樣的格式圖像如CT，TechCT ，MRI和顯微鏡數(shù)據(jù)，遠遠超出DICOM【24】。該重構(gòu)的三維CAD模型示于圖10。</p><p><b>　　圖10</b></p&

42、gt;<p>　　此外，重建的CAD模型，導(dǎo)出一個STL格式，然后在基礎(chǔ)地理信息Studio軟件來平滑模型表面以獲得CAD模型更好的表面質(zhì)量進口。Geomagic Studio軟件是一款3D分析軟件用于修復(fù)3D多邊形模型，并采用點掃描數(shù)據(jù)創(chuàng)建三維CAD模型。它是理想的數(shù)字三維模型，將使用制造核實多邊形的完整性【25】。已完成為三個部分，三維CAD模型示于圖11。</p><p><b>　

43、　圖11</b></p><p>　　4.2.2 重建CAD模型的尺寸測量</p><p>　　分析菜單中的地球信息Studio軟件的測量工具被用來測量外部直徑，高度和壁厚的尺寸構(gòu)建CAD模型（參見圖12）。</p><p><b>　　圖12</b></p><p>　　三種不同的每個CAD模型的位置被選中

44、來衡量其相應(yīng)的尺寸。表2示出測量結(jié)果，三個重構(gòu)的CAD模型的平均值。</p><p>　　4.2.3結(jié)果與討論</p><p><b>　　表2</b></p><p>　　通過分析在表2中的數(shù)據(jù)，得到以下結(jié)論。</p><p>　　當(dāng)被測試部分的包裹方向是水平的，重建的CAD模型的外徑和壁厚的尺寸是原始部件的公差范圍。

45、然而，該模型的高度的尺寸不能滿足原來的公差要求，最大偏差為0.02毫米。當(dāng)被測試部分的包裹方向是垂直的，重構(gòu)的CAD模型的外徑和壁厚的幾個尺寸不在原始部件的公差范圍內(nèi);最大偏差為0.02毫米。該模型的高度的尺寸在原始的公差范圍內(nèi)。</p><p>　　當(dāng)被測零件的包裹定向傾斜，模型的所有尺寸均在原始零件的公差范圍內(nèi)?；谏鲜龇治?，該層的厚度和包裹取向?qū)χ貥?gòu)的CAD模型的精度起顯著作用。RE數(shù)字化系統(tǒng)的精度可以通過

46、優(yōu)化包裹取向和降低層厚度得到有效改善?？稍偕茉聪到y(tǒng)的全局精度可以達到大致為0.02mm。</p><p><b>　　5案例研究</b></p><p>　　摩托車發(fā)動機的氣缸體作為一個典型的一部分，以更好地展示稀土數(shù)字化系統(tǒng)的應(yīng)用。這一部分，它不但具有復(fù)雜的外部幾何形狀而且內(nèi)部也是不規(guī)則的空腔，如冷卻水管道，空氣通道等，如圖13a。</p><

47、p><b>　　圖13</b></p><p>　　通過使用CMM和光切片方法得到的內(nèi)部表面數(shù)據(jù)是不可能的。由于非均勻的厚度和部分的復(fù)雜的內(nèi)部和外部的功能，信息和通信技術(shù)無法獲得的部分的全部數(shù)據(jù)，特別是在入口通道，排氣通道，和冷卻水管道。MRI是不適合于各種金屬部件。然而，對于數(shù)字化的部分，橫截面成像方法提供了一個理想的解決方案。帶有模仿和面漆10.5軟件包的橫截面成像系統(tǒng)可以應(yīng)用到數(shù)

48、字化和重建的氣缸體的三維CAD模型。</p><p><b>　　5.1預(yù)處理</b></p><p>　　首先，確定該包覆材料以氣缸體的尺寸和包圍津貼的劑量為基礎(chǔ)。然后，根據(jù)表1中的配方，包封材料構(gòu)成化合物并凈化所測量的一部分。最后，選擇最佳的包裹方向，覆蓋和填充的部分。完全包裹的部分，然后放置在一個真空室，在這里所有的氣泡被刪除，所有的空隙都100 ％充滿。<

49、;/p><p>　　5.2捕獲橫截面圖像</p><p>　　橫截面的圖像采集有四個階段。第一步是解決孤立剖面圖像采集系統(tǒng)相對于這里所用的數(shù)控銑床的最適當(dāng)?shù)奈恢?。第二階段是設(shè)置在NC銑床的部分坐標(biāo)，并且生成的部分的數(shù)字化的NC代碼。隨后，啟動截面成像系統(tǒng)和數(shù)控銑床捕捉部分自動的橫截面圖像。最后一步是完成系統(tǒng)的校準(zhǔn)。因為沿著數(shù)字化的測量方向上的曲率變化是非常小的，0.2mm層厚用于機器一層一層遠

50、離的部分。獲取的橫截面圖像進行由作者開發(fā)的一種特殊的軟件進行處理后，這些圖像以BMP格式被變換和存儲（通過數(shù)字化系統(tǒng)采集的圖像是JPEG格式，而三維CAD模型重建軟件的導(dǎo)入是BMP格式;因此，這些捕獲的圖像需要被夾在有效區(qū)域，并從JPEG格式轉(zhuǎn)換為BMP格式）。最后，總的橫截面的圖像501的幀被獲得。獲得的部分的兩個橫截面圖像示于圖13B。為了確定像素對于下面的CAD模型重構(gòu)的分辨率，一個所謂的校準(zhǔn)過程需要被執(zhí)行。校準(zhǔn)紙張如圖14（兩者

51、之間的間隔相鄰的圈是5mm，而中心圓的直徑為10mm）</p><p>　　需要提前進行。5毫米的長度范圍內(nèi)的平均像素的計算校準(zhǔn)結(jié)果是大約64。因此，像素的分辨率是5/64=0.078125。</p><p>　　5.3數(shù)據(jù)處理和重建的三維CAD模型</p><p>　　獲得的橫截面圖像的基礎(chǔ)上，重建三維CAD模型的對象包括以下步驟：二元分割，邊緣檢測與提取，輪廓跟

52、蹤和代表性。可以實現(xiàn)上述功能的一些商業(yè)軟件包可以用來幫助三維CAD模型的重建。對于這種情況，模擬物被利用來再現(xiàn)氣缸體的三維CAD模型。三維CAD模型的使用Mimics軟件重建包括四個步驟：</p><p>　　步驟1 校準(zhǔn)參數(shù)，包括層厚度和每一個像素的實際尺寸，基于在上面的計算中，在此測量過程中的每個像素的實際尺寸是0.078125毫米；該層厚度為0.2毫米。</p><p>　　步

53、驟2 確定視圖坐標(biāo)。</p><p>　　步驟3 設(shè)置閾值，并提取數(shù)字化部分的輪廓。這里所用的閾值是64。</p><p>　　步驟4 創(chuàng)建氣缸體的三維CAD模型。</p><p>　　重建的三維CAD模型示于圖13C。為了獲得重建的CAD模型的更好的表面質(zhì)量，面漆10.5被用來平滑CAD模型的表面。Imageware的面漆，通過Imageware

54、的公司（美國）開發(fā)的，是一個三維數(shù)據(jù)處理軟件，能夠進行處理，解釋，分析和三維數(shù)據(jù)。它可以直接從曲線，曲面，或測量數(shù)據(jù)創(chuàng)建自由曲面。它有三個基本功能：點處理，曲線和曲面生成和實體分析。Imageware的面漆的創(chuàng)作工具提供了一個機制，從開發(fā)快速、高品質(zhì)的堆焊任何東西，包括高精確度和平滑度1類表面質(zhì)量。軟件的最新版本是面漆10.5【26】。已完成氣缸體的的三維CAD模型示于圖13D。圖13顯示所有可再生能源過程中的缸體與復(fù)雜的內(nèi)部和外部特征

55、。比較原始與重建的三維CAD模型之間是為了確定數(shù)字化的精度和該情況下的效率。比較結(jié)果表明，在RE的情況下的全局精度的公差范圍為0.07毫米。此外，它將通常需要一個經(jīng)驗豐富的CAD設(shè)計師超過100小時打造的以摩托車發(fā)動機氣缸體的藍圖為基礎(chǔ)的三維CAD模型。在這項研究中，用了65小時以完成數(shù)字化和三維CAD模型的構(gòu)建。</p><p><b>　　6結(jié)論</b></p><p

56、>　　本文提出了基于現(xiàn)有數(shù)控銑床上一種可重構(gòu)數(shù)字化的可再生能源系統(tǒng)，該系統(tǒng)可同時采集完整的平面剖面圖與復(fù)雜的外部和內(nèi)部零件的輪廓表面。其中包括一個新的聯(lián)合裝置分離的光源，數(shù)碼相機，一個容器，剛性棒和一個強大的三腳架，提出以捕獲橫復(fù)雜零件的截面圖像。合并后的設(shè)備連同一個計算機控制單元可以被認為是高兼容配件，這將緊密與數(shù)控銑床相聯(lián)系，形成一個快速橫斷面成像系統(tǒng)，用于逆向工程。這樣的數(shù)字化系統(tǒng)具有許多優(yōu)點，包括擴大現(xiàn)有數(shù)控銑床的功能，降

57、低成本。該系統(tǒng)還具有同一時間處理相同材料的多個部分的能力。這樣的重新配置的應(yīng)用于逆向工程的數(shù)字化系統(tǒng)還提供了許多優(yōu)點，包括現(xiàn)有的數(shù)控銑床的功能擴展，低成本，并且工作快速。因此，對于很多企業(yè)基于現(xiàn)有的設(shè)備要構(gòu)建自己的可再生能源數(shù)字化系統(tǒng)，這個系統(tǒng)提供了一個可行的和有用的方案，以幫助發(fā)展和擴大現(xiàn)有的裝備的功能。此外，除了重構(gòu)三維CAD模型，所得到的橫截面數(shù)據(jù)，也可用于直接生成STL文件， RP切片文件或NC刀具路徑建立一個快速原型。此外，通

58、過將快速原型和快速模具或高速加工，該系統(tǒng)具有更高的趨勢幫助迅速有效地開發(fā)產(chǎn)品。然而，應(yīng)當(dāng)指出，缺點是該方法的破壞性。建議的系統(tǒng)是不適</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1. Yang ZY, Chen YH (2005) A reverse engineering method based</p><p>　　o

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