快速成型技术三维激光扫描测量方法的研究

　　随着工业技术的发展和人们生活水平的提高,任何通用性产品在消费者高品质的要求下,功能的需求已不再是赢得市场竞争力的唯一条件。产品不仅要求功能先进,其外观造型也必须能吸引消费者的注意。近年来,在3-D CAD软件的带动下,CAD/CAM在工业设计领域中已逐渐受到重视。工业设计多着重于产品的外观造型,顺向工程流程已不能完全胜任,取而代之的是所谓的“逆向工程”。逆向工程是指设计师们利用手工方式塑造出模型,如腊模、木模、石膏模、粘土模、工程塑胶模等,然后再以三维尺寸测量方式建立出自由曲面的CAD图档。

　　逆向工程技术

　　逆向工程(Reverse Engineering)通常是拟制作的产品没有原始设计图,而是由委托单位交付一件样品或模型(如木鞋模、高尔夫球头),请制作单位复制出来。

　　传统的复制是用立体雕刻机或液压3次元靠模铣床制作出1∶1的模具,再进行生产。这种方法属模拟式(Analog type)复制,无法建立工件尺寸图档,也无法做任何的外形修改,因此其使用有一定的局限性,现已渐渐被数字化的逆向工程系统所取代。

　　目前所称的逆向工程是针对一现有工件(样品或模型) ,利用3-D数字化测量仪器准确、快速地测得轮廓坐标,并加以建构曲面,经编辑、修改后传输到CAD/CAM系统,再由CAM所产生的刀具NC加工路径送至CNC加工机,制作所需要模具,或者送到快速成型机(Rapid Prototyping)将样品模型制作出来。此流程称为逆向工程,如图1所示。

       3-D非接触扫描测量原理

　　1.数字图像处理

　　CCD(Charge Coupled Device)是一种阵列式的光电耦合检像器,称为“电荷耦合器件”,在采集图像时,类似传统相机底片的感光作用。

　　当我们评估扫描器的分辨力( ScanningResolution)时,实际上也就是评价CCD的分辨能力。图像处理就是利用摄影机(CCD Camera)将任何视频信号源转换成模拟的RS-170信号,如图2所示。

　　此信号经过传输线送到插在计算机槽上的图像处理卡上,图像卡把模拟信号转换成数字信号,并储存于图像卡上的存储单元,同时图像卡将输出模拟信号到监视器(monitor)上。总之将摄影机采集的图像像素经过图像处理,便可以将得到的图像像素转换成样品所需部份的三维轮廓图像,整个数字图像处理(Digital Image Processing)简图。数字图像处理系统框图如图3所示。

　　图像数字化后,我们从PC机上所得到的图像数据乃是由一个一个像素(Pixel)所组成的,每个像素都有其特定的坐标,且对应于物体上的某一点,如图4所示。