工业CT的零件适应性采样方法

　　一、引言

　　在逆向工程领域,工业CT(Industrial Computed To-mography)是逐层扫描采集零件数据的方法之一。逐层扫描方法可对零件内、外表面同时进行精确测量,所得数据包含所测零件的拓扑结构。目前只有工业CT可实现对被测零件内部结构的无损测量。

　　本文探讨获取工业CT数据的采样方法问题,其直接关系到零件三维重构模型的造型精度。采样方法选择得当,可提高三维模型拓扑结构的重构质量。

　　二、零件特征造型

　　机械零件基本上采用商用CAD/CAM软件进行设计,而大多数CAD/CAM软件都采用三维实体造型技术。CAD/CAM软件中的特征种类包括:草图特征,包括拉伸特征、旋转特征、扫掠特征等;放置特征,包括孔特征、倒角特征、倒圆特征、阵列特征等;高级特征,包括加料特征、减料特征等。其中,草图特征为基本特征,其余特征为附加特征。三维实体造型时首先构造基本特征,然后用布尔运算等方式增加附加特征。基本特征的拉伸特征、旋转特征和扫掠特征具有共性,这些特征都可以描述为封闭的二维图形(或称截面图形)沿着某一路径运动产生的三维实体。这些特征的形成包括两个要素:截面图形和路径。

　　拉伸特征是截面图形(见图1中上图)沿着与其垂直的直线路径运动所生成的三维实体,见图1中左下图。在拉伸过程中截面图形可以不变,也可以放大或缩小,但形状不变(变量拉伸)。

　　旋转特征是截面图形(见图1中上图)绕旋转轴旋转所生成的三维实体,见图1中右下图。旋转轴是与截面图形共面的任意直线段,在旋转过程中旋转轴不能与截面图形相交。截面图形可旋转至≤360°的任意角度。

　　扫掠特征是截面图形沿着曲线路径运动所生成的三维实体,曲线路径可以是封闭的或非封闭的空间曲线,在扫掠过程中截面图形始终与路径垂直或保持原空间位置不变。图2中的空间曲线路径为平面曲线,截面为圆形。在扫掠过程中截面图形可以不变,也可以放大或缩小,且形状也可以改变(变量扫掠)。

　　拉伸特征与旋转特征可以被认为是扫掠特征的特殊情形。拉伸特征的直线路径是一种特殊的空间曲线路径。旋转特征的空间曲线路径则是以旋转轴为圆心的平面圆形路径,且截面图形始终与路径垂直。由此可知,构成拉伸特征、旋转特征和扫掠特征的关键要素是截面图形及其空间曲线路径。

　　三、采样方法

　　首先,采样时应将零件稳定放置于工业CT机上,使零件能保持静止与平衡,以保证所采样数据的准确性。其次,采样应不丢失零件的拓扑信息和尺寸信息。第三,由于工业CT目前还是一种成本较高的数据采集方式,在保证获得必要的三维模型重构数据的基础上,采样数目应尽可能少。