[发明专利]一种基于断面轮廓序列的微观多相结构三维建模测量装置

说明书

本发明涉及机械工程中的机械制造技术领域和图像测量技术领域，特别涉及三维金相测试领域。一种基于断面轮廓序列的微观多相结构三维建模测量装置，主要由高精度数控三轴移动平台，可转位精密平面磨抛装置，图像采集装置和附件部分组成。本发明能够实现颗粒增强型复合材料、多晶体金属以及多孔型材料等多相材料的三维实体尺寸测量和三维模型重构，为这类多相材料的制备、分析和仿真提供高精度微观多相结构三维模型和测量数据。

技术领域

本发明涉及机械工程中的机械制造技术领域和图像测量技术领域，特别涉及三维金相测试领域。

背景技术

在颗粒增强型复合材料、多晶体金属以及多孔型材料等多相材料的制备、成型加工和切削加工的三维仿真分析和三维尺度的实体测量问题中，需要测量颗粒相、晶体以及孔隙的三维尺寸，并且生成反映多相材料实体的三维模型，为评价材料的制备质量或进行高精度三维仿真分析奠定基础。目前，在颗粒增强型复合材料、多晶体金属以及多孔型材料等多相材料的普通金相测试等二维尺度的测量分析已经相当成熟，但在三维尺度方面还处于探索阶段，一般采用二维金相结果来构建材料的三维金相形貌；这种方法具有一定的实用价值，但由于没有准确获取材料的三维数据，形成的三维金相与实际有一定的差距。采用工业CT法可以通过断层扫描的方法进行实体的三维模型重构，但是对于颗粒增强型复合材料和多晶体金属的三维模型重构，由于颗粒相和晶体的尺寸都在几微米到几十微米的尺度，工业CT的三维重构精度难以满足这类材料的要求而且成本高昂。层切法是近年来发展的一种破坏式的反求建模方法，目前主要进行金属材料构件常规尺度的三维测量与建模，精度为几微米到几十微米；美国UES公司开发的Robo-Met.3D全自动连续切片系统，使用6自由度机械臂自动逐层地研磨和抛光材料，形成连续切片，通过对切片材料微观结构的金相蚀刻和成像，经后处理程序将连续切片二维图像重构生成三维模型，检测的精度达到微米级，但是检测效率不高。上述的三维重构方法和手段均难以满足颗粒增强型复合材料、多晶体金属以及多孔型材料等多相材料在微米到纳米级的三维测量和建模需求，需要一种新的方法来实现多相材料的三维实体高精度测量和模型重构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：改变和解决颗粒增强型复合材料、多晶体金属以及多孔型材料等多相材料中颗粒相、晶体和孔隙等微结构的三维测量和这类材料的三维模型重构难度大、精度低和成本高等问题，从而提供一种能实现多相材料实体测量和三维模型重构的装置。

本发明所采用的技术方案是：一种基于断面轮廓序列的微观多相结构三维建模测量装置，主要由高精度数控三轴移动平台，可转位精密平面磨抛装置，图像采集装置和附件部分组成：

高精度数控三轴移动平台包括：由底座（1）和处于底座（1）一侧与底座（1）垂直的立柱（4）组成三轴移动平台的机架主体，底座（1）上平行于立柱（4）的方向有一对X向导轨，X向导轨处于底座（1）前侧和后侧中部，X向导轨上有一个可在X向导轨上直线移动的X向工作台（31），X向工作台（31）平行于底座（1）；X向工作台（31）上有一对垂直于X向导轨的Y向导轨，Y向导轨上有一个可在Y向导轨上直线移动的Y向工作台（22），Y向工作台（22）平行于底座（1）；立柱（4）上有一对垂直于底座（1）的Z向导轨，Z向导轨处于立柱（4）中部，Z向导轨上有一个可在Z向导轨上直线移动的Z向工作台（38），Z向工作台（38）平行于立柱（4）；X向导轨由两条平行的X向第一直线导轨（32）和X向第二直线导轨（35）组成，Y向导轨由两条平行的Y向第一直线导轨（2）和Y向第二直线导轨（18）组成，Z向导轨由两条平行的Z向第一直线导轨（6）和Z向第二直线导轨（9）组成；X向直线往复电机（34）安装在X向第一直线导轨（32）和X向第二直线导轨（35）的中部，Y向直线往复电机（21）安装在Y向第一直线导轨（2）和Y向第二直线导轨（18）中部，Z向直线往复电机（5）安装在Z向第一直线导轨（6）和Z向第二直线导轨（9）中部；X向直线光栅（33）安装在X向第一直线导轨（32）和X向直线往复电机（34）之间，Y向直线光栅（19）安装在Y向第二直线导轨（18）和Y向直线往复电机（21）之间，Z向直线光栅（7）安装在Z向第一直线导轨（6）和Z向直线往复电机（5）之间。