2017年第2期
LDesign and Research设计与研究
一种逐层切削CCD成像模型重构的试验研究*
王飞虎董志国轧刚2刘建成
（①太原理工大学机械工程学院，山西大原030024；②精密加工山西省重点实验室，山西太原030024）
摘要：提出一种基于逐层切削CCD成像的复杂零件轮廓表面及内腔的三维重构技术。此技术通过将被测物体
用高分子材料包裹后进行逐层切削，再由CCD拍摄并传送至计算机，通过对图像的分析处理及边缘检测，得到被测物体的三维模型数据信息。根据检测得到的三维点云数据的特点，再用IMAGEWARE进行曲线及曲面拟合，得到三维模型。实验结果表明基于逐层切削CCD成像的复杂零件轮廓表面及内腔的三维重构技术具有检测准确、快捷等特点，且能对复杂零件内腔进行有效检测与三维重构。
关键词：逐层切削；CCD成像；边缘检测；三维重构
中图分类号：TH164
文献标识码：A
DOI:10.19287/j.cnki.10052402.2017.02.012
Experimental study on alayerbylayer cutting CCD imaging model reconstruction
WANG Feihu2, DONG Zhiguo2, YA Gang2, LIU Jiancheng2
(College of Mechanical Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, CHN;
②Precision Machining of Shanxi Province Key Laboratory,Taiyuan 030024,CHN)
Abstract : 3D Reconstruction Technique based on layer by layer cutting and CCD imaging is proposed. This technique is
able to reconstruct the contour surface and inner cavity of complex parts. The measured object is coated by polymer material. The contour surface of every layer of the measured object cut by machine tool is captured by CCD camera. The 3D model data through analyzing image captured by CCD camera and detecting edges by computer program is obtained. 3D model is obtained using curve and surface fiting by imageware and UG due to characteristics of the 3D point cloud. The experiment result shows that this technique is of accuracy and facilitation, and is capable of 3D reconstruction of parts with complex inner cavity
Keywords :layer by layer cutting; CCD imaging; detecting edges; 3D reconstruction
逆向工程是将已有的实物模型或者产品模型转化为工程设计模型，在此基础上对已有产品或实物模型进行改进和再创造，这对于具有复杂曲面的产品，能够缩短产品开发周期，实现快速制造。如今它已经成为机械工程领域所研究的热点之一。在此过程中，准确、快速、全面地获得实体的三维几何信息是实现三维重构的基础。三维重构，需要从实体上采集大量的有效三维坐标点，并利用此三维坐标建立该物体的几何模型[1-3}]，进一步开发出同类产品的先进技术。复杂曲面以及具有复杂内腔模型的三维重构一直是逆向工程的难点之一
现阶段，逆向工程主要采用接触式测量和非接触式测量两种方法[2)，但是只能对实物表面进行测量和重构，对于有复杂内腔的复杂零件存在不能采集到其
*国家自然科学基金（51575375）
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内部特征的弊端，故而不能有效地进行三维重构。因此，本文提出的一种基于逐层切削CCD成像的复杂零件轮廊表面及内腔的三维重构技术，是一种破坏式测量，但其可以对复杂零件的内腔进行有效的测量和模型重构，解决了上述两种测量方式的弊端，是一种具有
较高应用价值和发展前景的技术。 1逐层切削的模型重
构原理
1.1轮廓数据的获取
首先，先对目标零件清洗之后，用环氧树脂紧密包
裹，得到切前体（如图1），之
图1切削体
后使用加工中心对其进行逐层切削，切削厚度为每层
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