在現(xiàn)有的CAD技術(shù)與數(shù)字外形取樣和處理技術(shù)之間存在著一種互補(bǔ)關(guān)系贤方，由于這種互補(bǔ)關(guān)系導(dǎo)致產(chǎn)生了一種稱為混合制模的工藝啤邑，它將以掃描為基礎(chǔ)的測量能力與外形為基礎(chǔ)的制模能力緊緊地結(jié)合在一起。

　　在過去的10年中桨座，數(shù)字外形取樣和處理技術(shù)（DSSP）已經(jīng)發(fā)展成為CAD補(bǔ)充技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)读黑，幫助成千上萬的客戶將3D掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字模型，用于產(chǎn)品的設(shè)計破讨、分析丛晦、生產(chǎn)和視頻演示。

　　DSSP軟件能夠自動地通過點陣數(shù)據(jù)生成NURBS表面圖形提陶，使用戶能夠精確地捕捉和重建物理零件的形狀烫沙。實踐證明，這種功能對于以下應(yīng)用領(lǐng)域是非常理想的：

　∠栋省（1）捕捉物理設(shè)計圖形和創(chuàng)建原型锌蓄。

　　（2）復(fù)制原始零件撑柔、模具和工具瘸爽。

　　（3）復(fù)制有機(jī)的復(fù)雜形狀铅忿。

　〖艟觥（4）為模具制造業(yè)和CAE應(yīng)用領(lǐng)域準(zhǔn)備模型。

　√囱怠（5）對獨特零件進(jìn)行批量用戶化處理昼捍。

　　近年來，在現(xiàn)有的CAD技術(shù)與數(shù)字外形取樣和處理技術(shù)（DSSP）之間存在著一種互補(bǔ)關(guān)系丛滋，由于這種互補(bǔ)關(guān)系導(dǎo)致產(chǎn)生了一種稱為混合制模的工藝央匀，它將以掃描為基礎(chǔ)的測量能力與外形為基礎(chǔ)的制模能力緊緊地結(jié)合在一起。

　　本文主要探討了混合制模方法的優(yōu)點技窝，并說明如何使用它為一臺水泵葉輪創(chuàng)建準(zhǔn)確的參數(shù)模型试著，模具廠可以利用這個模型制造用于鑄造生產(chǎn)用的模具。

　　傳統(tǒng)的CAD模型是根據(jù)對2D和3D實體結(jié)構(gòu)順序逐一定義的方法創(chuàng)建的叙冕。正如說明性模型所描述的那樣橱柒，CAD操作人員依靠他們的技術(shù)和經(jīng)驗，利用這些實體參數(shù)來控制物體的合成形狀鹉某，制作創(chuàng)建新的設(shè)計圖形主靡。所完成的參數(shù)模型為生成多種變量提供了極大的靈活性，因為這些變量可以利用其形態(tài)和功能继躁，應(yīng)用于多次反復(fù)的設(shè)計和快速實驗之中否艺。

　　當(dāng)利用草圖制作模型時，采用傳統(tǒng)的CAD方法雖然很好虎炸，但當(dāng)用戶面臨復(fù)雜表面圖像時盒苛，傳統(tǒng)方法則存在著一些缺點怜俐。它需要花費大量的時間和精力，而且還不能保證可以獲得一個精確的模型邓尤。在某些情況下拍鲤，要用一個以外形為基礎(chǔ)的方法來復(fù)制表面圖像幾乎是不可能的，因為對控制物體形狀的參數(shù)進(jìn)行鑒別和定量分析是很困難的汞扎。

　　混合制模法為克服傳統(tǒng)CAD復(fù)制復(fù)雜表面圖像所存在的缺點提供了一個解決方案季稳。基本的幾何參考圖形澈魄，例如數(shù)據(jù)景鼠、曲線和原始特性，可以通過3D掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行測量和提取一忱。這種工藝可以很容易的在CAD與DSSP軟件之間運行莲蜘，以平衡每一個程序谭确，使其以最好的方式運行帘营。

　　捕捉物理零件圖形

　　該工藝的第一步是捕捉現(xiàn)有的物理零件圖形。作為舉例說明的葉輪通過“白光”掃描系統(tǒng)進(jìn)行掃描逐哈，該系統(tǒng)使用兩臺高分辨率的攝像機(jī)來捕捉投射在零件表面上的輪廓圖形芬迄。然后通過三角測量法來測量零件上的幾百萬個測量點，分析這些圖形蒙玩，最后生成一個點陣圖瘤贷。

　　由于零件的光亮表面，需要應(yīng)用粉末涂層降低其反射率绅刨，以免對投射圖形發(fā)生干擾招惜。形狀的復(fù)雜性要求其從多個不同的位置進(jìn)行多次掃描，以提供葉輪表面的全部可見光線抗钻。

　　在葉輪的表面設(shè)置中的一系列參數(shù)棚泛，能夠幫助校正多次掃描圖像。使用一種稱為照相測量法的技術(shù)褒述，從高分辨率攝像機(jī)獲得的圖像中牢米，對目標(biāo)的中心點進(jìn)行自動檢測。將從所有位置上看到的所有點集中起來逃窜，就可以為校正所有的掃描圖形提供足夠的信息了郊舅。

　　掃描儀可以從20多個掃描圖形中捕捉到1500個點。掃描圖形經(jīng)過校正和合并以后止骨，可創(chuàng)建出一個多邊形模型席赂。

　　清理和維修

　　在引進(jìn)掃描數(shù)據(jù)作為STL模型以后，下一步就是利用DSSP軟件內(nèi)的自動化工藝來清理和維修數(shù)據(jù)时迫。典型的清理程序包括清除外來的數(shù)據(jù)氧枣、降低噪音沐兵、削減數(shù)據(jù)量以縮小文件大小、填補(bǔ)窟窿和維修交叉點等便监。所列舉的例子是關(guān)于整個多邊形模型的維修扎谎，但是在大部分情況下，只有在參數(shù)重建工藝中即將使用的部分模型是需要清理烧董。

　　提取曲線和數(shù)據(jù)

　　在DSSP軟件中創(chuàng)建模型以后毁靶，我們開始通過檢測葉輪的中心軸重建輪轂的形狀，用一條提取的曲線確定輪轂的外形輪廓逊移，然后通過曲線在軸上的旋轉(zhuǎn)生成一個旋轉(zhuǎn)表面预吆。

　　通過選擇葉輪外面的參數(shù)就可以找到軸線。這個表面積被完全設(shè)計成圓柱形胳泉，并將生成一個穩(wěn)定的數(shù)據(jù)軸拐叉。另一種方法就是選用輪轂的表面積，通過旋轉(zhuǎn)表面來計算這個軸線扇商。

　　下一步工作是創(chuàng)建輪廓曲線厨棒，確定輪轂的形狀。在這種情況下桑趴，無法提取一條簡單的橫斷面曲線盟拨，因為葉片將會干擾輪轂的橫斷面。但是盔连，我們可以利用 CAD系統(tǒng)中的工具和其他方法——一種可變的截面掃描法琢账。沿著輪轂軸線擠壓出一個半圓，生成這個表面圖形凰染，然后利用由輪轂表面提取的非平面曲線蟆蔫，控制這個半圓的直徑。

　　葉輪的底面對葉片無任何障礙捏诫，因此可以提取一條簡單的平面曲線凿芦，并將其用于創(chuàng)建一個旋轉(zhuǎn)表面圖形。

　　為了控制表面的形狀触茎，創(chuàng)建附加的參數(shù)凹尺，應(yīng)考慮采用掃描表面圖形的直角邊線來創(chuàng)建理想的新曲線。

　　自由形態(tài)的表面測量法

　　葉片是葉輪設(shè)計中最復(fù)雜的因素希俩。這些表面圖形的測量非常困難吊宋，很難用基礎(chǔ)參數(shù)定義。然而颜武，應(yīng)用DSSP軟件中的NURBS表面測量法璃搜，就能很快地測量出葉片表面圖形參數(shù)，然后將其引進(jìn)作為IGES或STEP的特性數(shù)據(jù)鳞上。

　　在單一的葉片參數(shù)引進(jìn)之后这吻，就可以圍繞著引進(jìn)的數(shù)據(jù)軸對葉片進(jìn)行復(fù)制吊档，并在輪轂的表面上創(chuàng)建多個葉片。然后用第二個分離的葉片唾糯，重復(fù)整個引進(jìn)和造型過程怠硼。其具體的做法不是為葉片之間的間隔給出定義，將其作為直接的角度測量值移怯，而是對角度間隔與葉片總數(shù)相關(guān)的一個參數(shù)給出定義香璃。這將使我們能夠很容易地改變?nèi)~片的數(shù)量，同時保持適當(dāng)?shù)娜~片間距舟误。

　　將葉片表面圖形導(dǎo)入實體模型以后葡秒，在表面交叉點上對參數(shù)的半徑給出定義。這個半徑可以在今后的任何時候進(jìn)行調(diào)節(jié)沃羽。我們?nèi)匀豢梢岳肅AD系統(tǒng)中的工具捺膳，對許多其他混合體定義，包括可變半徑和滾動球體鉴膝。

　　修整和混合

　　當(dāng)全部葉片定位后诵两，還需要對附加的數(shù)據(jù)和曲線定義，并沿著葉輪的外表面進(jìn)一步完善葉輪的外形輪廓卦须。這時睛宝，還需要從DSSP軟件中提取出一條非平面輪廓曲線捅县，并使用可變截面掃描生成表面圖形摊壳，以修整葉片的外表面圖形。

　　然后猪晰，形成了一個圓柱形的表面以修整整個葉輪的外表面粒颂。這個圓柱體位于被提取數(shù)據(jù)軸上的中心，其直徑可通過由多邊形表面創(chuàng)建的3D圓柱體進(jìn)行測量状寨。對外面的圓柱體修整以后仑萧，可以保證設(shè)計圖能夠生產(chǎn)出一個中心位置完美的對稱的葉輪。

　　快速完整的參數(shù)模型

　　最后的模型可以滿足全部的設(shè)計參數(shù)要求枷遂，并證實是一個密閉的實體模型樱衷。我們可以采用計算機(jī)輔助檢驗軟件，將最后的CAD模型與原來的掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行比較酒唉，以驗證其精度矩桂。

　　混合模型制作法提供了對輪轂表面形狀、混合模型的半徑痪伦，葉片數(shù)量和間距等參數(shù)的控制侄榴。整個過程，包括掃描网沾、維修和模型制作只需要不到一天的時間就可以全部完成癞蚕。

　　經(jīng)過一些改造后蕊爵，采用混合制模法生成的3D模型可用來創(chuàng)建鑄造生產(chǎn)用的模具。這種模型可直接用于原型快速成型系統(tǒng)加速快速鑄造工藝中的模具生產(chǎn)桦山。

　　混合制模工藝的優(yōu)點

　　混合制模工藝主要具有以下一些優(yōu)點：

　≡苌洹（1）可平衡現(xiàn)有的3D投資。

　『闼（2）可在較短的時間內(nèi)創(chuàng)建新的設(shè)計圖匆篓。

　　（3）可生產(chǎn)地道的CAD幾何參數(shù)圖形余窖。

　』（4）可產(chǎn)生精確的結(jié)果。

　　混合制模法將數(shù)字圖形取樣和處理與計算機(jī)輔助設(shè)計功能相結(jié)合森片，為參數(shù)逆向工程提供了一個創(chuàng)新的解決方案啼脑。

　　CAD系統(tǒng)將繼續(xù)作為3D數(shù)字設(shè)計和創(chuàng)造的相關(guān)手段，并以DSSP一類的軟件作為工具補(bǔ)充毯炊，用于測量3D掃描數(shù)據(jù)和制作復(fù)雜的表面模型令袒。這種結(jié)合使用戶能夠迅速、精確地創(chuàng)建地道的參數(shù)模型态素。用戶有能力將新的功能融入到CAD模型之中程蠕，平衡常見的工作流，利用現(xiàn)有的知識躲含，推進(jìn)數(shù)字設(shè)計的框架辣铡。

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