水泵叶轮逆向工程软件开发及应用

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常见的水泵逆向工程技术是先通过三坐标测量仪、三维激光测量仪等扫描原型零件可视表面，然后用 lmageware等软件完成数据处理与模型重建，但存在不能检测零件内部缺陷及得不到内部结构尺寸 的局 限性，系统性不强导致 重建效率偏低 ].为此，文中应用拈化编程与系列数字图像处理技术，利用 MFC，ADO，OpenGL，VTK等开发工具，在 VC6.0平台上 自行开发基于工业 CT的水泵叶轮断层图像的逆向工程三维重建软件 ReImpe1。

1er，以期迅速地重建离心泵叶轮原型的三维实体模型，为快速成型、数值模拟、有限元分析等后期工作提供可靠、先进、高精度的模型及数据支持。

1 离心泵叶轮逆向三维实体重建原理按图像处理进程，叶轮断层切片图像序列需要依次完成断层图像预处理、二维图像处理以及二维几何处理等数字图像处理，分别实现图像增强与滤波降噪、轮廓边缘检测提取与跟踪矢量化等具体目标 - 。

矢量化后的图像数据可以用来进行三维重建，主要有基于轮廓的表面重建、基于体素的表面重建以及基于体素的直接体视法等 3种常用的重建方法 J，其中第-种能很好地表达物体的拓扑结构关系及空间层次，故文中就采用这种方式。

基于轮廓的表面重建主要过程如图 1所示.先通过识别算法提取矢量轮廓的端点、极值点、拐点以及角点等特征点.特征点提取的同时也实现了轮廓的分段，此时轮廓线可以看成是以特征点作为中继点的轮廓段集合.曲线拟合采用形式比较灵活的抛物样条曲线作为拟合基函数，然后对拟合后的轮廓曲线再进行均匀离散，重点控制离散点的数量，在计算量适中的情况下保证重建精度.层问插值则吸取Perin和 Oliva两种方法的优点，先对距离场离散并进行1次中间插值，通过获得过渡轮廓解决轮廓对应以及层间插值问题.计算距离场确定中轴后三维实体图 1 基于轮廓线的叶轮三维表面重建过程Fig.1 3D-surface reconstruction process of impelerbased on outlines对断层轮廓数据进行表面三角化.表面三角化的核心算法是利用轮廓与中轴上已知的对应最近点先进行曲面的三角划分，然后遍历中轴并将 2个轮廓与中轴上的每个像素的对应点连接成边。

从表面模型到实体模型的转化是逆 向工程的关键.文中使用半边结构边界模型(B-Rep)，即在已构造出的表面模型(由三角面片链表所构成)基础上用半边结构的边界模型来构造与重建原型叶轮的三维实体模型.操作 B-Rep模型数据结构需要利用欧拉操作以及集合运算法则完成，主要的欧拉操作如下：对于任意的简单多面体，其面、边、顶点的个数f，e， 满足∞-e 2。

对于任意的正则形体 ，设形体所有面上的内孔总数 r、穿透形体的孔洞数 h和形体非连通部分总数 s，此时形体公式修正为- e厂2(s-h)r。

欧拉操作公式表达了形体的点、边、面、体、孔、洞数目等参数的关系，并在此基础上构造出-套欧拉操作方法，通过这些操作可以完成形体几何元素的增加、删除、修改等功能.在对重建的三维形体结构进行构造元素增加、删除、修改操作时，必须保证以上关系式成立，才能够保证构造形体的有效性。

2 叶轮逆向工程软件ReImpeler设计2.1 程序流程图利用拈化编程技术n。-发水泵叶轮逆向工程软件 ReImpeler.软件的逻辑框图、流程图分别如图2，3所示，文中只研究面法三维重建，体绘制法重建另文详述。

图2 主程序逻辑框图Fig.2 Logical block diagram of main program[4][5][6][7]29(6)：487～491。

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