模具窄小内腔三维形貌重构方法的研究

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1、华中科技大学硕士学位论文模具窄小内腔三维形貌重构方法的研究姓名：周飞申请学位级别：硕士专业：物理电子学指导教师：陈培锋2011-01-06摘要随着全球性的市场竞争日趋激烈，各个生产企业都在寻求快速、高效、低成本的生产方式来提高自身的竞争力。“逆向工程”则为此提供了一个很好的途径。特别是在模具行业，逆向工程技术得到了很好的应用，设计者可以由产品实物反求出其CAD三维模型，然后再加以修改创新，最后通过数控机床实现对新模具产品的制造。对于逆向工程，实际工件、产品三维形貌数据的测量是其关键工作。目前已经有很多方法可以完成对产品或者模具的三维数据测量，但

2、是对于窄小内腔这种特殊的形貌尚无既经济又快速的测量方法。本文针对窄小内腔的测量，提出了一种基于液位断层扫描的方法。该方法原理简单，实现成本低，测量效率高。本文就数据采集，图像处理，三维重建三个方面通过实验论证该方法的实用性和可行性。数据采集方面，本文通过研究分析逆向工程领域现有的数据采集方法，确定了基于液位断层扫描这样一种方法来获取窄小内腔的三维点云数据，并且选取了CCD摄像机和图像采集卡的采集方案。介绍了该方法的基本原理，以及整个数据采集系统的硬件架构。图像处理方面，本文调用了开源计算机视觉库OpenCV中的库函数，对窄小内腔的液位断层图像进

3、行了图像处理。通过对图像的分析研究，选择了适合的算法，对图像进行灰度化、图像滤噪、阈值分割、轮廓提取。最后获得了不同液位的内腔边缘轮廓数据。三维重建方面，本文对样条曲线曲面理论进行了研究，通过计算机辅助设计软件CATIA对采集到的内腔点云数据进行三维重构，并介绍了曲面拟合的具体步骤以及数据保存的格式。关键词：逆向工程液位断层扫描数据采集图像处理三维重建IAbstractWithaglobalmarketincreasinglycompetitive,eachcompanyisdevelopingtheirowntechnology,butals

4、ofocusingontheintroductionoftechnologiesfromothercountries.Reverseengineeringtechnologyprovidesagoodmethodforlearningandabsorbingtheimportedtechnology.Particularlyinthemoldindustry,reverseengineeringtechnologyiswidelyused.ProductdesignerscangettheCADmodelfromendproductsbyrev

5、erseengineeringtechnology,andthenmodifyitforinnovation,andfinallymanufacturenewproductthroughtheCNCmachinetools.Nowadaystherearemanywaystomeasurethethree-dimensionaldataofmold,butit’shardtofindamethodwhichiseconomicalandfastforthemeasurementofsmallsizecavity.Inordertosolveth

6、isproblem,thispaperproposesanovelmethodwhichisbasedonliquidtomography.Thismethodhastheadvantagesoflowcostandhighefficiency.Thispaperwillresearchandproveitsfeasibilityinindustrialapplicationsformthreeareas:DataAcquisition,ImageProcessing,3DReconstruction.Afteranalyzingexistin

7、gdataacquisitionmethods,thepapergiveanewmethodtoobtainthree-dimensionalpointclouddataofsmallsizecavity,andselectCCDcameracombinedwithdigitalimageacquisitioncard.Thenintroducethebasicprincipleofthemethodandthewholehardwareframeworkofthissystem.Inordertodealwiththeimageacquire

8、d,imageprocessingsystemcallsthefunctionoftheopen-sourcecomputervisionlibrar