一種物體表面立體信息再現方法
2023-07-29 19:14:51 2
專利名稱：一種物體表面立體信息再現方法
一種物體表面立體信息再現方法涉及到物體表面立體宏觀信息的測取、記錄、處理、儲存、傳遞、輸入、執行、立體信息原型的再現方法，屬於物體表面立體宏觀信息的測取記錄、立體原型再現的成型技術領域。現有技術測取物體表面立體信息的方法分為直接觸法和遙感測取法。直接接觸法測取是用各種計量工具測取物體表面數據，由人工處理後繪製在圖紙上或者經過計算機處理自動繪製在圖紙上及直接顯示在顯示器的屏幕上。遙感測取法有攝影技術、雷射全息攝影技術、立體座標攝影計算機數字解析技術、雷射測距掃描技術、X光CT斷層掃描成像技術、還有一些方法不再例舉。遙感測取法主要是聲、光、電、磁信號經電子技術、計算機技術處理後轉換成影視信號或數位訊號儲存於照片、底片、電視屏幕、磁帶、光碟、晶片或圖紙上。從圖紙、計算機內存信號、電子儀器內存中間信號再轉成影視信息或數字信息，最後再現為立體原形常用方法有三種1)機械去除成型技術；2)利用現有技術做出相應的模具，再用模具複製成立體原形；3)利用計算機和各種數字程控執行機構，使用機械去除法的程控自動加工法。而信息的傳遞常採用有直接長度的信息的機械傳遞法，轉換成其它信號的有線、無線電子傳遞法。再通過儀器轉換成運動信號、長度信號、數位訊號、影視信號。上述現有技術為人們提供了測量、檢測、處理、轉換到成型的技術，但到目前為止沒有一種方法通過機械設備和自動化設備更簡單、準確、成體低地把如立體地形圖、雕塑工藝品再現，仍需手工輔助勞動來完善。
對已使用的熱接觸退讓性加工方法，如氧氣切割、等離子加工、二維座標方向上可控，第三維方向不可控、只能是穿透性的。
本發明的目的是提供一種使用簡單、成本低、成型準確的方法，用於立體地形圖、雕塑工藝品的再現及製造複雜機械零件的模具。
本發明是這樣實現的參見附圖1、2(附圖含義詳見
部分)。一種物體表面立體信息再現方法，主要包括物體表面立體信息測取、信息處理及記錄、複製特定材料的立體樣品或立體陰型、其特徵是可以調節控制的電熱觸頭在特定的熱接觸退讓性材料上通過執行機構按已取得的原物體立體表面立體信息做三維座標方向的相互運動留下電熱觸頭的運動軌跡，這種在特定的熱接觸退讓性材料上記錄的軌跡可做為原物體表面立體信息的再現樣品，也可以做消失型鑄造模具，從原物體表面立體信息的測取到最後得到原物體立體信息的再現樣品具體可通過第一種方法，該方法是在有原立體樣品的條件下，從原立體表面信息的測取直接複製出特定熱接觸退讓性材料的立體再現樣品或立體陰型不需要中間環節，只能不間斷地一次得到原物體表面立體信息再現的樣品的機械方法，該方法利用三維座標方向運動機構對原物體進行行、點掃描，測取原物體觸頭的運動軌跡，用機械的方式直接傳遞到電熱觸頭上，電熱觸頭的運動軌跡被記錄在特定熱接觸退讓性材料上，就得到了物體再現樣品和立體陰型，這種樣品能做為消失型鑄造模具。該法操作過程為原物體24被夾具夾緊在有主動旋轉分度的機構23上，泡沫塑料板固定在對稱一側的工作檯30上，另一個圓柱型泡沫塑料被夾緊在被動旋轉分度機構27上，與機械繪圖頭25一端固定的測取觸頭22和電熱觸頭21為一整體，由於機械繪圖頭利用平行四邊形原理，測取觸頭22能保持在任何位置時與X軸平行，操縱機械頭25控制測取觸頭22的頭端部永遠與原物體24保持接觸並沿XY平面掃描原物體24，此時電熱觸頭21與測取觸頭22的運動軌跡一致，電熱觸頭21接觸到泡沫塑料板後熔掉被接觸的部分，留下沒被熔掉的部分，一個斷面掃描完成後操縱XY平面掃描工作檯Z向座標移動機構33使工作檯32移動一個預定值，再對這個斷面重複掃描，當逐層掃描完成後，能在泡沫塑料板上得到一個原物體立體的半個陰型29，這樣就完成了物體表面立體信息的一種再現，同樣操縱機械繪圖頭25使測取觸頭22保持與原物體24表面接觸並沿XY平面通過其旋轉軸心的斷面輪廓對原物體24掃描，同時電熱觸頭26接觸泡沫塑料圓柱材料上的部分被熔掉，一個斷面掃描完成後操縱主動及被動旋轉分度機構23和27同步旋轉一個預定角度，對下個斷面掃描，重複操作到原物體24旋轉一周，最後得到一個立體樣品28，實現了物體表面立體信息的再現。圖4是另一種機械的物體表面立體信息再現方法。操作過程為原樣品類球狀物體48被夾緊機構51固定在主動旋轉分度機構47上，泡沫塑料球狀材料50也被固定在夾緊機構51上、主動旋轉分度機構47上，測取觸頭46和電熱執行觸頭43被連接在平行四邊形工作架44上，平行四邊形工作架44同機械繪圖頭45相連接，測取觸頭和電熱執行觸頭能在導向滑塊42中做相對平動運動，導向滑塊42在圓環導向機構49上可做圍繞中心點的圓弧運動，41是XY平面基準掃描工作檯，微機附件滑鼠器52和連接導線53同平行四邊形工作架44連接在一起，工作狀態時操縱繪圖頭44使測錄觸頭46與樣品48保持接觸，並沿導向圓環49對樣品48進行XY平面掃描，電熱執行觸頭的運動軌跡與測錄觸頭的運動軌跡是一致的，電熱執行觸頭43把測取觸頭46的運動軌跡記錄在特定材料50上，每掃描完成一個平面輪廓，操縱主動分度機構47，使其旋轉一個預定值角度，然後對這個平面的樣品輪廓進行掃描，重複掃描到旋轉360後就可得到原樣品48的立體複製品50；同時，滑鼠器與工作檯平面摩擦，滑鼠器的運動軌跡同測取觸頭的運動軌跡在XY方向上的變化值成函數關係，這樣樣品48的表面狀態立體宏觀信息通過測取觸頭46，平行四邊形工作架44，滑鼠器52和連接導線53被輸入計算機內，存儲於磁碟中；這組信號經過處理，可以得到一組樣品48的表面立體三維信息數字圖。
這組內存信號可以被下述的自動化方法利用，使之復原成立體樣品和立體陰型；這組內存信息可以做為雕塑藝術品版權要求的″指紋″檔案，用以鑑別是否是非法複製，非法抄襲；這種方法在處理類球狀樣品時比較簡便。從原物體表面立體信息的測取到最後得到原物體立體信息的再現樣品具體可通過第二種方法，該方法是在有原立體樣品的條件下，從信息的測取、信息的處理、記錄、儲存、傳遞、輸入、信息的處理執行到得到特定熱接觸退讓性材料的立體樣品或立體陰型的物體表面立體信息再現的自動機械化方法，該方法可以不間斷地一次完成，也可以各單元分別完成，最後得到立體樣品或立體陰型，該法操作過程是由攝影機1對原子物體2進行立體拍照，計算機4對底片經過解析處理得到物體的數字座標信息，具有二維座標方向運動的自動繪圖機5執行計算機4的指令對物體2從一端向另一端進行輪廓掃描，繪圖機5的筆架的運動軌跡通過觸頭架7傳遞到電熱觸頭8，電熱觸頭8的XY座標方向的運動軌跡被記錄在特定熱接觸退讓性材料10上，雷射測距儀6對觸頭9在材料10上留下的軌跡進行監測，雷射測距儀所得到的信息與計算機內存信息進行比較，反饋回來的信號將通過計算機對繪圖機5的筆架運動狀態進行修正以得到與物體的原測繪值趨向一致的軌跡，斷層輪廓掃描每完成一次，這個信號被放大用來驅動傳動裝置使裝有材料10的工作檯8在Z座標方向上產生移動並與繪圖機5掃描下一個斷層同步，電熱觸頭接觸到材料10上的部分被熔掉、留下沒被熔掉部分，這樣對物體2按預定程序逐層掃描，最終可在熱接觸退讓性材料10上得到半個陰型，如果把計算機內的座標翻轉則可得到物體2的半個陽型，按同樣的辦法可得物體2的另半個陰型和陽型，這樣就得到了原物體2的再現樣品和陰型，這種樣品可以做為消失型模具，如果採用具有XY軸向移動的繪圖機5及裝有材料10的工作檯的極座標系統，工作檯旋轉機構的極座標系的原點軸與繪圖機上的筆架處於同一平面內並與X軸平行，熱接觸退讓性材料10固定在旋轉軸上，軸的旋轉角度與機算機掃描斷層同步，重複對通過軸心斷層掃描就得到物體2表面信息再現的全立體樣品或做為消失型模具的模型，如果採用具有XY軸運動的繪圖機5及裝有材料10的球狀極座標系統工作檯，工作檯具備Z軸旋轉和X軸旋轉功能，球座標系的原點在繪圖筆架的平面內，X軸Z軸的旋轉與計算機掃描的斷層平面同步，重複掃描就能得到原樣品2的表面信息再現的全立體樣品，這種方法處理類球狀樣品比較簡便。所說的物體表面立體信息再現的自動機械化方法是從信息的測取、處理、記錄、儲存、傳遞、輸入、執行到得到特定熱接觸退讓性材料(以下簡稱特定材料)的立體再現樣品或立體陰型是自動完成的，是利用計算機操縱的自動繪圖機，如繪圖機有XY二維方向的運動，則增加第三維的運動，實現自動化地對物體立體斷層輪廓掃描，可以得到特定材料的半個陰型、陽型、全立體再現樣品。而機械方法是靠機械機構對原物體進行掃描後得到特定材料的半個陰型、陽型、全立體再現樣品。這種特定材料的樣品均為原物體表面立體信息的再現品，又可以做消失型模具，用普通鑄造法可得到其它材料樣品和陰模，而再通過模具鑄造可得到其它材料的批量的原物體的樣品。第一種方法的能使樣品表面立體信息存入計算機的功能，使其技術得到延伸，即能使用第二種方法的自動化形式，用計算機操縱的自動繪圖系統，自動化的迅速的高質量的重複實現原樣品表面立體信息再現。
第二種方法的實現，依賴計算機存儲信息圖，用遙感技術得到的三維信息圖是依靠高技術的、複雜的、較困難的和比較昂貴的；而第一種方法中依靠機械掃描方法獲得的，三維信息圖是非常廉價的，可靠的方便的解決了一部分可以在室內測量的、較小的物體樣品表面立體信息測取、存儲問題，它能使小型雕塑藝術品的版權要求能廉價的、迅速的、準確的實現計算機存儲的三維數字式表達方式；使藝術品的複製速度和質量通過第二種方法得到很大提高。第二種方法使樣品的複製品放大或縮小，實現了無級別的、任意的比例，這非常重要，它能使模具製造業中的「放縮量」得以準確地實現。並能極方便地把在實踐中驗證的誤差，迅速地、準確地、給予修正，使得「精密鑄造」的技術更加接近人們預先要求的目標。並免去小批量產品必須製造昂貴的模具這一使其不能推廣的「瓶頸」。如果計算機內存信息是地形圖數據、通過上述方法可以得到特定材料的凸版地圖或凸版地圖的陰型。如果計算機內存信息是雕塑工藝品的數據，通過上述方法可以得到特定材料的雕塑樣品或樣品陰型。如果攝影機是電視立體攝像機，利用上述方法，人物的塑像就可以從拍攝樣品迅速得到特定材料的立體樣品。上述方法使複雜的機械零件的鑄型、雕塑工藝品的複製變得容易、可小批量製造且縮短了周期、造型準確、操作容易、成本降低、減輕了體力勞動。本發明使用的熱接觸退讓性材料具有下述特性當被電熱觸頭接觸的部位或被氣化，或由本母體吸收，或熔化後流失離開母體，或熔化後體積急劇收縮或發生化學分解反映變為氣體。而沒被電熱觸頭接觸的部位仍保持原有的性質及狀態。這類材料具備一定的物理化學穩定性。
一種物體表面立體信息再現方法，其特徵是可被記錄物體表面信息的特定熱接觸退讓性材料為泡沫塑料。尤其是聚苯乙烯泡沫塑料低溫熱熔退讓性能好、便於加工成型。
一種物體表面立體信息再現方法，其特徵是可被記錄物體表面信息的特定熱接觸退讓性材料為石臘。
一種物體表面立體信息再現方法，其特徵是可被記錄物體表面信息的特定熱接觸退讓性材料為聚壓後成型的雪。此類材料使用本方法用於雪雕。
一種物體表面立體信息再現方法，其特徵是可被記錄物體表面信息的特定熱接觸退讓性材料為冰。此類材料使用本方法用於冰雕。
一種物體表面立體信息再現方法，其特徵是可被記錄物體表面信息的特定熱接觸退讓性材料為被擠壓潮結、粘接成型的碳酸氫銨晶體。
一種物體表面立體信息再現方法，其特徵是信息的執行機構是具有一定功率能恆溫控制的電熱觸頭。
一種物體表面立體信息再現方法，其特徵是對於機械方法的信息的執行機構的電熱觸頭和測取機構的測取觸頭在兩個獨立的座標系中運動是同步進行的。所指的座標系是三維的、直角座標系、圓柱極座標系、圓球極座標系。
一種物體表面立體信息再現方法，其特徵是信息執行機構及測取機構的觸頭形狀和大小一致並與被測取的物體立體表面結構相匹配。
一種物體表面立體信息再現方法，其特徵是一種自動化方法中信息執行機構的電熱觸頭與熱接觸退退性性材料之間的相對運動是在三維直角座標系、圓柱極座標系、圓球極座標系中進行的。
一種物體表面立體信息再現方法，其特徵是所得到的複製樣品與原樣品是任意比例的相似形。
一種物體表面立體信息再現方法，其特徵是對於機械方法中的信息測取機構的運動軌跡可以通過計算機附件滑鼠器的同步運動輸入到計算機內儲存，並用三維座標系表達原樣品的表面狀態。
本發明的特點本發明的關鍵在於使用了一些特定的低溫熱接觸退讓性好的材料，它可以被利用準確地記錄與它接觸的電熱觸頭的運動軌跡，而電熱觸頭的運動軌跡是根據原物體立體樣品表面信息通過自動地或機械地完成的。這些低溫熱接觸退讓性材料對熱觸頭的運動阻力小、所消耗的熱能也少，普通的電阻放熱機構就能滿足使用要求。由於電阻放熱機構可控性好，所以能和機械繪圖機構或自動化繪圖機構匹配來完成已知立體樣品表面信息的再現。本發明實現了使用特定材料記錄已知立體樣品表面信息的三維座標的可控，因而能進行任意曲面的立體記錄。本發明使已知立體樣品表面信息再現時可以是等比例的、也可以是變比例的。本發明的方法可以得到已知立體樣品的再現品即陽型，也可得到陰型。對已知立體樣品掃描層次越密，觸頭尺寸愈小，所得樣品表面就越光滑、細緻。所得到的再現品也可以做為消失型鑄造模具，通過各種鑄造法得到其它材料的樣品及永久性模具。本方法實現了包括冰雕、雪雕、立體地圖生物標本雕塑藝術品的批量複製，能把計算機內儲存的物體表面三維立體信息，用桌面自動化辦公機械再現為特定材料的立體樣品，本法簡化了模具的製造，提高了複製準確度，縮短了工期，提高了生產率，減輕了體力勞動。
圖1、圖2、圖3、圖4是本發明說明書附圖。
圖1.是本發明的自動機械化方法的原理示意圖。
圖2.是本發明的機械化方法的原理示意圖，為圖3的A-A剖視圖；圖3.是本發明的機械化方法的原理示意圖，為圖2的B-B剖視圖；圖4.是本發明的另一種機械化方法的原理示意圖，圖1為立體樣品表面信息再現的自動機械化方法原理軸側示意圖。XYZ表示三維座標系，攝影機1，已知立體樣品2，攝影機按箭頭所示從樣品2取得信息，連接導線3，電子計算機4，具有XY座標方向兩維運動的自動繪圖機5，雷射測距儀6，固定在繪圖機筆座12上的指向XZ座標平面的觸頭架7，裝在觸頭架上的電熱觸頭8，工作面處於XZ座標平面內且能沿Z向平移的工作檯9，固定在工作檯9上工作面上的泡沫塑料板材10，工作檯沿Z方向平移的傳動機構11，已知立體為圓錐體，經過掃描樣品2後可在泡沫塑料板10上產生半個樣品的陰型。圖2、圖3是機械方法複製已知立體樣品表面信息的方法，圖2、圖3中剖開的部分劃有剖面線，為了表示清楚個別部分沒有劃剖面線，圖中XYZ為座標方向，電熱觸頭21，測取信息觸頭22，圓錐體樣品24，夾緊及主動旋轉分度機構23，繪圖機械頭25，電熱觸頭26，複製品夾緊及被動旋轉分度機構27，圓錐體複製品28，半個圓錐體複製品的陰型29，ZY方向平面工作檯30，XY方向平面基礎底座31，XY方向掃描工作檯32，XY方向工作檯32在Z方向移動的機構33。圖4是機械方法複製已知類球狀樣品表面信息的方法示意圖，圖為XY平面投影圖，Z方向表示省略，圖中有XY基準平面掃描工作檯41，導向滑塊42，電熱執行觸頭43，平行四邊形工作架44，機械繪圖頭45，測錄觸頭46，主動旋轉分度機構47，類球狀原子樣品48，圓環導向機構49，泡沫塑料球狀材料50，樣品夾緊機構51，微型計算機附件滑鼠器52與微機相連接的導線53。
實施例例1.物體表面立體信息再現的自動機械化方法附圖1為本實施例附圖，圖中含義詳見
部分，不在重述。泡沫塑料固定在工作檯9上。工作時，攝影1對圓錐體2實施立體拍照，計算機4對底片經過解析處理後得到圓錐體的數字座標信息，XY座標方向運動的自動繪圖機5執行計算機4的指令對圓錐體從底部向上逐斷層輪廓掃描。繪圖筆架12的運動軌跡通過觸頭架7傳遞到電熱觸頭8，此時觸頭8的運動軌跡被記錄在泡沫塑料板10上。即觸頭8接觸泡沫塑料板的部分被熔掉，留下沒被熔掉部分。雷射測距儀6對熱觸頭在泡沫塑料板上留下的軌跡進行監測，所得到的信息與計算機內存信息進行比較，反饋回來的信號將對自動繪圖機筆架的運動狀態進行修正，以得到與測繪值更為接近的狀態。斷層輪廓每掃描完成一次，這個信號被放大用來驅動傳動機構11使工作檯9帶著材料10沿Z座標方向向下移動一個預定值並與繪圖機5掃描的下一個斷層同步。這樣按預定程序對圓錐體逐層掃描後就可在泡沫塑料板上得到圓錐體的過其頂點的對稱的半個陰型。如果把計算機內的座標信號翻轉，則可得到圓錐體的過其頂點的對稱的半個陽型，兩個半個陽型合起來即為一個立體圓錐體的在現品，這樣已知圓錐體表面信息得以再現。本法可以利用已有計算機內存的物體表面的三維信息，使之立體再現。
例2.物體表面立體信息再現的機械方法附圖2、圖3為本實施例附圖，圖中含義詳見
部分，不在重述。立體圓錐體24被夾在有主動旋轉分度的機構23上，泡沫塑料板固定在對稱一側的工作檯30上，另一個圓柱形泡沫塑料夾緊在被動旋轉分度機構27上。機械繪圖頭25的一個端部固定的測取觸頭22和電熱觸頭21為一整體。由於機械繪圖頭利用平行四邊形原理，測取觸頭22能保持在任何位置時同X軸平行。操縱機械繪圖頭25，控制測取觸頭22的頭端部永遠與圓錐體24保持接觸並沿XY平行掃描圓錐體24。此時電熱觸頭21與測取觸頭22的運動軌跡一致。電熱觸頭21接觸到泡沫塑料板後熔掉被接觸的部分，留下沒被熔掉部分。一個斷層掃描完成後，操縱XY平面工作檯Z方向移動機構33，使工作檯32移動一個預定值，再對新的斷面重複掃描，當逐層掃描完成後能夠在泡沫塑料板上得到一個過其頂點對稱剖開的半個圓錐體的陰型29。如果操縱機械繪圖頭25使測取觸頭22保持與圓錐體24表面接觸並沿XY平面通過其軸心的斷面輪廓對圓錐體掃描，同時電熱觸頭26接觸圓柱泡沫塑料的的部分被熔掉，留下沒被熔掉的部分。一個斷面掃描完成後，操縱主動、被動旋轉分度機構23及27同步轉動一個預定角度。開始對下一個斷面掃描，重複操作到圓錐體旋轉一周後，得到一個圓錐體的泡沫塑料樣品28，實現了立體表面信息的再現。它可以做消失型模具，用鑄造法得到金屬圓錐體樣品或金屬模具，再通過模具得到圓錐體的複製品。本法也可以通過滑鼠器或其它傳感器把測取筆的運動軌跡輸入進計算機內，用三維座標來表達物體表面的立體狀態。
上述選擇簡單結構的圓錐體做為圓物體樣品舉例是為了便於理解本發明方法，而實際物體樣品結構是多種形式和複雜的，如人物雕塑。
權利要求
1.一種物體表面立體信息再現方法，主要包括物體表面立體信息測取、信息處理及記錄、複製成特定材料的立體樣品或立體陰型、其特徵是可以調節控制的電熱觸頭在特定的熱接觸退讓性材料上通過執行機構按已取得的原物體立體表面立體信息做三維座標方向的相互運動留下電熱觸頭的運動軌跡，這種在特定的熱接觸退讓性材料上記錄的軌跡可做為原物體表面立體信息的再現樣品，也可以做消失型鑄造模具，從原物體表面立體信息的測取到最後得到原物體立體信息的再現樣品具體可通過第一種方法，該方法是在有原立體樣品的條件下，從原立體表面信息的測取到直接複製出特定熱接觸退讓性材料的立體再現樣品或立體陰型不需要中間環節，只能不間斷地一次得到原物體表面立體信息再現的樣品的機械方法，該方法利用三維座標方向運動機構對原物體進行行、點掃描，測取原物體觸頭的運動軌跡，用機械的方式直接傳遞到電熱觸頭上，電熱觸頭的運動軌跡被記錄在特定熱接觸退讓性材料上，就得到了物體再現樣品和立體陰型，這種再現樣品可做為消失型鑄造模具。該法操作過程為原物體[24]被夾具夾緊在有主動旋轉分度的機構[23]上，泡沫塑料板固定在對稱一側的工作檯[30]上，另一個圓柱型泡沫塑料被夾緊在被動旋轉分度機構[27]上，與機械繪圖頭[25]一端固定的測取觸頭[22]和電熱執行觸頭[21]為一整體，由於機械繪圖頭利用平行四邊形原理，測取觸頭[22]能保持在任何位置時與X軸平行，操縱機械頭[25]控制測取觸頭[22]的頭端部永遠與原物體[24]保持接觸並沿XY平面掃描原物體[24]，此時電熱觸頭[21]與測取觸頭[22]的運動軌跡一致，電熱觸頭[21]接觸到泡沫塑料板後熔掉被接觸的部分，留下沒被熔掉的部分，一個斷面掃描完成後操縱XY平面掃描工作檯Z向座標移動機構[33]使工作檯[32]移動一個預定值，再對這個斷面重複掃描，當逐層掃描完成後，能在泡沫塑料板上得到一個原物體立體的半個陰型[29]，這樣就完成了物體表面立體信息的一種再現，同樣操縱機械繪圖頭[25]使測取觸頭[22]保持與原物體[24]表面接觸並沿XY平面通過其旋轉軸心的斷面輪廓對原物體[24]掃描，同時電熱觸頭[26]接觸泡沫塑料圓柱材料[28]上的部分被熔掉，一個斷面掃描完成後操縱主動及被動旋轉分度機構[23]和[27]同步旋轉一個預定角度，對下個斷面掃描，重複操作到原物體[24]旋轉一周，最後得到一個立體樣品[28]，實現了物體表面立體信息的再現。圖4是另一種機械的物體表面立體信息再現方法。操作過程為原樣品類球狀物體48被夾緊機構51固定在主動旋轉分度機構47上，泡沫塑料球狀材料50也被固定在夾緊機構51上、主動旋轉分度機構47上，測取觸頭46和電熱執行觸頭43被連接在平行四邊形工作架44上，平行四邊形工作架44同機械繪圖頭45相連接，測取觸頭和電熱執行觸頭能在導向滑塊42中做相對平動運動，導向滑塊42在圓環導向機構49上可做圍繞中心點的圓弧運動，41是XY平面基準掃描工作檯，微機附件滑鼠器52和連接導線53同平行四邊形工作架44連接在一起，工作狀態時操縱繪圖頭44使測錄觸頭46與樣品48保持接觸，並沿導向圓環49對樣品48進行XY平面掃描，電熱執行觸頭的運動軌跡與測錄觸頭的運動軌跡是一致的，電熱執行觸頭43把測取觸頭46的運動軌跡記錄在特定材料50上，每掃描完成一個平面輪廓，操縱主動分度機構47，使其旋轉一個預定值角度，然後對這個平面的樣品輪廓進行掃描，重複掃描到旋轉360後就可得到原樣品48的立體複製品50；同時，滑鼠器與工作檯平面摩擦，滑鼠器的運動軌跡同測取觸頭的運動軌跡在XY方向上的變化值成函數關係，這樣樣品48的表面狀態立體宏觀信息通過測取觸頭46，平行四邊形工作架44，滑鼠器52和連接導線53被輸入計算機內，存儲於磁碟中；這組信號經過處理，可以得到一組樣品48的表面立體三維信息數字圖。從原物體表面立體信息的測取到最後得到原物體立體信息的再現樣品具體可通過第二種方法，該方法是在有原立體樣品的條件下，從信息的測取、信息的處理、記錄、儲存、傳遞、輸入、信息的處理執行到得到特定熱接觸退讓性材料的立體樣品或立體陰型的物體表面立體信息再現的自動機械化方法，該方法可以不間斷地一完成，也可以各單元分別完成，最後得到立體樣品或立體陰型，該法操作過程是由攝影機[1]對原物體[2]進行立體拍照，計算機[4]對底片經過解析處理得到物體的數字座標信息，具有二維座標方向運動的自動繪圖機[5]執行計算機[4]的指令對物體[2]從一端向另一端進行輪廓掃描，繪圖機[5]的筆架的運動軌跡通過觸頭架[7]傳遞到電熱觸頭[8]，電熱觸頭[8]的XY座標方向的運動軌跡被記錄在特定熱接觸退讓性材料[10]上，雷射測距儀[6]對觸頭[9]在材料[10]上留下的軌跡進行監測，雷射測距儀所得到的信息與計算機內存信息進行比較，反饋回來的信號將通過計算機對繪圖機[5]的筆架運動狀態進行修正以得到與物體的原測繪值趨向一致的軌跡，斷層輪廓掃描每完成一次，這個信號被放大用來驅動傳動裝置使裝有材料[10]的工作檯[8]在Z座標方向上產生移動並與繪圖機[5]掃描下一個斷層同步，電熱觸頭接觸到材料[10]上的部分被熔掉、留下沒被熔掉部分，這樣對物體[2]按預定程序逐層掃描，最終可在熱接觸退讓性材料[10]上得到半個陰型，如果把計算機內的座標翻轉則可得到物體[2]的半個陽型，按同樣的辦法可得物體[2]的另半個陰型和陽型，這樣就得到了原物體[2]的再現樣品或做為消失型模具的模型，如果採用具有XY軸向移動的繪圖機[5]及裝有材料[10]的工作檯的極座標系統，工作檯旋轉機構的極座標系的原點軸與繪圖機上的筆架處於同一平面內並與X軸平行，熱接觸退讓性材料[10]固定在旋轉軸上，軸的旋轉角度與機算機掃描斷層同步，重複對通過軸心斷層掃描就得到物體[2]表面信息再現的全立體樣品或做為消失型模具的模型。如果採用具有XY軸運動的繪圖機5及裝有材料10的球狀極座標系統工作檯，工作檯具備Z軸旋轉和X軸旋轉功能，球座標系的原點在繪圖筆架的平面內，X軸Z軸的旋轉與計算機掃描的斷層平面同步，重複掃描就能得到原樣品2的表面信息再現的全立體樣品，這種方法處理類球狀樣品比較簡便。
2.如權利要求1所述的一種物體表面立體信息再現方法，其特徵是可被記錄物體表面信息的特定熱接觸退讓性材料為泡沫塑料。
3.如權利要求1所述的一種物體表面立體信息再現方法，其特徵是可被記錄物體表面信息的特定熱接觸退讓性材料為石臘。
4.如權利要求1所述的一種物體表面立體信息再現方法，其特徵是可被記錄物體表面信息的特定熱接觸退讓性材料為聚壓後成型的雪。
5.如權利要求1所述的一種物體表面立體信息再現方法，其特徵是可被記錄物體表面信息的特定熱接觸退讓性材料為冰。
6.如權利要求1所述的一種物體表面立體信息再現方法，其特徵是可被記錄物體表面信息的特定熱接觸退讓性材料為被擠壓潮結、粘接成型的碳酸氫銨晶體。
7.如權利要求1所述的一種物體表面立體信息再現方法，其特徵是信息的執行機構是具有一定功率能恆溫控制的電熱觸頭。
8.如權利要求1所述的一種物體表面立體信息再現方法，其特徵是對於機械方法的信息的執行機構的電熱觸頭和測取機構的測取觸頭在兩座標系中運動是同步進行的。所說的座標系是三維的直角座標系、圓柱極座標系、圓球極座標系。
9.如權利要求1、7或8所述的一種物體表面立體信息再現方法，其特徵是信息執行機構及測取機構的觸頭形狀和大小是一致的並與被測取的物體立體表面結構相匹配。
10.如權利要求1、7或8所述的一種物體表面立體信息再現方法，其特徵是一種自動化方法中信息執行機構的電熱觸頭與熱接觸退退性性材料之間的相對運動是在三維直角座標系、圓柱極座標系、圓球極座標系中進行的。
11.如權利要求1、7或8所述的一種物體表面立體信息再現方法，其特徵是所得到的複製樣品與原樣品是任意比例的相似形。
12.如權利要求1、7或8所述的一種物體表面立體信息再現方法，其特徵是對於機械方法中的信息測取機構的運動軌跡可以通過計算機附件滑鼠器的同步運動輸入到計算機內儲存，並用三維座標系表達原樣品的表面狀態。
全文摘要
一種物體表面立體信息再現方法屬於成型技術領域。主要包括物體表面信息的測取、處理及記錄、複製成特定材料的立體樣品或立體陰型，其特徵是溫度可以調節控制的電熱觸頭在熱接觸退讓性材料上通過執行機構按已取得的立體表面信息做三維方向相互運動留下觸頭的運動軌跡，這種在熱接觸退讓性材料上被記錄的軌跡可做為物體表面信息的再現品，也可做消失型模具，從物體表面信息測取得到再現樣品可以採用機械和自動化方法。本法能複製模具、生物標本、雕塑製品。
文檔編號B23Q35/00GK1153691SQ9610002
公開日1997年7月9日 申請日期1996年1月3日 優先權日1996年1月3日
發明者郭樹中 申請人:郭樹中