层去图象法反求工程包埋材料 一、所属技术领域
本发明属于专门用于层去图象法反求测量工程的一种材料，特别涉及一种通过固化反应制得并可加入填充剂以改变材料整体颜色、增强材料粘接性能和提高材料切削性能的包埋材料。二、背景技术
在反求工程当中，最早研究的以测量头接触被测物体表面以获取点坐标的接触式反求测量技术以及目前应用广泛的以激光三脚法为代表的非接触式反求测量技术存在着一个共同的最大的缺陷：无法获取被测物体内腔的几何信息。由于一方面，目前快速原型制造技术采用材料逐层累加的方法进行原件的制作，它不光需要物体外表面的几何数据，而且还需要内表面的几何信息；另外一方面，当客户要求获取被测零件内腔地几何数据时，三座标测量以及光学反求测量的方法就无法满足客户的要求。因此，它们的应用与推广就受到了很大的限制。为了解决这个问题，便产生了断层测量技术来直接获取被测物体的截面数据。这种测量技术的主要特点是：可以获取物体内外表面的几何信息，不受被测物体的形状和复杂程度的影响，是很有发展前途的反求测量技术。
在断层测量技术当中，目前当属工业计算机断层扫描技术(即ICT)最为成熟和应用最为广泛，但是ICT存在着空间分辨率低、获取被测物截面数据需要较长的积分时间以及相应的测量设备造价高的不足，因此，ICT并非断层测量技术的理想。为了解决这些缺点，层去图象法反求测量技术应运而生。
该测量方法的原理是：用一种材料将被测物体进行包埋(该材料与被测物具有较大的灰度对比值，并且拥有良好的切削性能)，然后用数控铣床以一定的切削厚度进行铣削，再用高分辨率的数码相机拍照，获取截面图象，最后将所有的截面图象进行轮廓的的提取与追踪，重构出三维模型。获取高质量的截面图象是影响测量精度的最为关键的因素之一，而如何获取一种与被测物具有良好的粘连性、并且与被测物具有较大的灰度对比值、同时还拥有良好的切削性能的包埋材料，在目前的技术条件下，已经成为获得理想截面图象的最为主要的难题。三、发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种与被测物体具有很大的灰度对比值、并且与被测物具有很好的粘连性、同时拥有良好的切削性能的包埋材料，在层去图象法反求测量中，为获取理想的截面图象提供必备的条件，解决层去图象法反求测量工程中的一个技术难题。
为了实现上述目的，本发明的基本构思是：在拍摄被测物体截面图象时，需要一个好的衬托背景，因此可以用一种材料将被测物体包埋起来；为了使被测物体的轮廓边界在光照的条件下明显突出，以便于后续操作中对被测物体的轮廓进行准确的提取，包埋材料与被测物体之间应该有很明显的灰度差；同时，包埋材料能很好的填充被测物体的所有内外表面，因此，包埋材料的初始形态最好为液态，并且具有较好的流动性；又要进行铣削加工，因此包埋材料能够固化，而且固化后必须具有一定的切削加工性能；另外在以一定厚度逐层切削整个零件的过程中，包埋材料与被测零件始终保持紧密粘连，交界应清晰分明，因此，包埋材料在固化时应尽可能少的产生气泡，而且包埋材料应具有优良的粘接性能。
基于上述构思，产生了本发明的技术方案：选用双酚A型环氧树脂作为基体，在环氧树脂中添加聚酰胺树脂作为固化剂与增韧剂，再添加细石墨粉或是白色石膏粉作为填充剂，提高材料的粘接性，改变包埋材料的颜色，使之与被测零件有很大的灰度对比值。六种材料的化学成分及各组分配料比见表1。
表1 层去图象法反求测量工程包埋材料的成分 材 料 化学成分 环氧树脂E-44 聚酰胺树脂650 细石墨粉 1 配料比 (质量数比) 100 40～100 5～20 材 料 2 化学成分环氧树脂E-44聚酰胺树脂650白纤维石膏粉 配料比 (质量数比) 100 40～100 5～20 材 料 3 化学成分环氧树脂E-42聚酰胺树脂650 细石墨粉 配料比 (质量数比) 100 38～95 5～20 材 料 4 化学成分环氧树脂E-42聚酰胺树脂650白纤维石膏粉 配料比 (质量数比) 100 38～95 5～20 材 料 5 化学成分环氧树脂E-35聚酰胺树脂650 细石墨粉 配料比 (质量数比) 100 32～80 5～20 材 料 6 化学成分环氧树脂E-35聚酰胺树脂650白纤维石膏粉 配料比 (质量数比) 100 32～80 5～20
通过包埋固化实验与铣削实验表明，获得的材料具有上述基本构思所描述的应该具有的全部性能：在固化前具有较好的流动性，在适当的固化条件下，固化反应缓和，因此，包埋材料能很好的包埋被测零件的各个表面，甚至包括形状复杂且尺寸很小的内腔；另外固化反应的缓和，能使固化反应产生的气体得以很好的排出，从而避免在固化的包埋料内产生大量的蜂窝孔而影响包埋材料的粘接性和切削韧性；固化后，包埋材料与被测零件具有优良的粘接性，并且具有良好的切削性；同时，在经过切削所获得的截面图象中，被测零件的轮廓与包埋料具有很大的灰度差值，且交界处清楚，非常便于物体轮廓的准确提取。对于浅色并可进行切削的被测零件，例如白色或灰色的塑料件以及钢制品等，采用黑色的细石墨粉作为填充剂，对于深色并可进行切削的被测零件，例如黑色或是蓝色的塑料件，采用白石膏粉作为填充剂。本发明解决了层去图象法反求测量技术中的一个难题，可以为任何可进行铣削或是磨削加工的零件进行层去图象法反求。四、具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
依照本发明的技术方案，发明人给出了以下实施例，需要说明的是，这些是本发明较佳的实施例，本发明不限于这些实施例，只要依本发明的技术方案中所要求的配方范围，都能够实现本发明的目的。
实施例：根据本发明的技术方案，按表1提供的化学成分及配料比制作的六种包埋料，其配方分别为：
配方1)：化学成分(质量单位：克)
环氧树脂E-44 50；聚酰胺树脂650 50；细石墨粉10
配方2)：化学成分(质量单位：克)
环氧树脂E-44 50；聚酰胺树脂650 20；细石墨粉2.5
配方3)：化学成分(质量单位：克)
环氧树脂E-42 50；聚酰胺树脂650 47.5；细石墨粉10
配方4)：化学成分(质量数比)
环氧树脂E-42 50；聚酰胺树脂650 19；细石墨粉2.5
配方5)：化学成分(质量单位：克)
环氧树脂E-35 50；聚酰胺树脂650 40；细石墨粉10
配方6)：化学成分(质量单位：克)
环氧树脂E-35 50；聚酰胺树脂650 16；细石墨粉2.5
配方7)：化学成分(质量单位：克)
环氧树脂E-44 50；聚酰胺树脂650 50；白纤维石膏粉10
配方8)：化学成分(质量单位：克)
环氧树脂E-44 50；聚酰胺树脂650 20；白纤维石膏粉2.5
配方9)：化学成分(质量单位：克)
环氧树脂E-42 50；聚酰胺树脂650 47.5；白纤维石膏粉10
配方10)：化学成分(质量单位：克)
环氧树脂E-42 50；聚酰胺树脂650 19；白纤维石膏粉2.5
配方11)：化学成分(质量单位：克)
环氧树脂E-35 50；聚酰胺树脂650 40；白纤维石膏粉10
配方12)：化学成分(质量单位：克)
环氧树脂E-35 50；聚酰胺树脂650 16；白纤维石膏粉2.5
双酚A型环氧树脂是应用最广泛的树脂之一，在其分子结构中含有羟基和醚键，固化过程进一步生成新的-OH-和-O-，使固化物具有很高的内聚力和粘附力，且收缩率很小。从机械强度上考虑，环氧树脂的环氧值过高，则固化后，材料就脆，添加增韧剂的话势必导致整个包埋材料配置成本的增加，环氧值过低，则强度又不够，因此选用环氧值处于双酚A型环氧树脂中等位置、牌号为E-44、E-42和E-35的环氧树脂，不光可以保证固化后，包埋料具有很好的强度和一定的韧性，而且，这三种双酚A型树脂的物质形态都为液态，并具有很高的粘度，所以选用E-44、E-42和E-35双酚A型环氧树脂作为本发明材料的基体，可以满足本发明基本构思中对包埋材料的性能要求，同时，材料获取容易，固化操作方便。
在固化剂的选用上，低分子量的650聚酰胺树脂在物质形态上呈液态，流动性好，基本上无毒性，挥发性小，与环氧树脂混合后固化反应缓和，有较长的可使用时间，因此，有利于固化反应产生的气泡的排出和固化前，包埋材料能很好的包埋被测零件的内外表面。同时，对于环氧树脂，聚酰胺树脂不光可以作为固化剂，而且可以兼作增韧剂，因此，选用650聚酰胺树脂，在满足包埋材料性能要求的基础上，还可以减少包埋材料的整体制作成本。
黑色细石墨粉和白纤维石膏粉的选用，改变了包埋材料的颜色，提高了包埋材料的机械加工性能，并且增强了包埋材料对被测零件的粘接性。选黑色石墨粉作填充剂时，制得的包埋材料呈黑色，白纤维石膏粉的呈淡黄色，并且随着白纤维石膏粉份量的增加，制得的包埋料颜色越来越淡。本发明的包埋材料选用这两种颜色截然相反的物质分别作填充剂，使得对于不同颜色的可进行切削加工的零件，都可利用本发明的包埋材料进行层去图象法反求测量。
结果表明，在本发明范围内的上述配方，材料各组分混合后经过均匀搅拌，固化，都可制备出满足本发明基本构思所要求材料性能的包埋材料。固化前，搅拌均匀的包埋材料都具有良好的流动性。固化后，将制得的包埋材料分别进行铣削，首先各包埋料都有很好的切削性能，再利用数码相机进行拍照，在拍摄到的截面图象中，被测零件截面轮廓与包埋材料有很大的灰度对比值，并且交界清晰分明，在后续的图象处理当中，很轻易就能将被测零件的轮廓准确的提取出来。