題-1_100_100.jpg)
基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于液面的產(chǎn)品多目數(shù)字化掃描裝置
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本課題對(duì)逆向工程技術(shù)中的關(guān)鍵問(wèn)題之一數(shù)字化掃描方法進(jìn)行研究?；谝后w獲取產(chǎn)品幾何形狀的方法是將低透光度的液體注入放置有待測(cè)產(chǎn)品的容器中，改變?nèi)萜鲀?nèi)液面的高度，用光學(xué)測(cè)量裝置逐層獲取待測(cè)產(chǎn)品各個(gè)或某個(gè)高度的幾何輪廓線的信息。而目前的技術(shù)是采取單一鏡頭，但是由于光學(xué)鏡頭和產(chǎn)品形狀的特點(diǎn)，導(dǎo)致或多或少地存在遮擋現(xiàn)象，以至采集的數(shù)據(jù)不完整，大大地限制了其應(yīng)用范圍。
- 詳細(xì)介紹：
- 本發(fā)明巧妙利用液固線就是物體表面截面線的原理，將一般CCD采集的三維圖片無(wú)法確定物體表面遠(yuǎn)近距離的問(wèn)題，離散成具有確定高度的二維圖片，多目的采集裝置解決一般采集中的遮擋問(wèn)題，能方便地獲取產(chǎn)品完整或某個(gè)高度的幾何輪廓信息。 本發(fā)明采用多個(gè)鏡頭分別根據(jù)實(shí)物遮擋情況位置進(jìn)行安裝。由于多個(gè)鏡頭高度位置等高，間隔可以調(diào)整，而且同時(shí)采集，在采集的液面上設(shè)置有多個(gè)圓形或其他形狀的基準(zhǔn)用于圖像數(shù)據(jù)的拼合。 在采集后，同層多幅圖像通過(guò)邊緣提取、數(shù)據(jù)矢量化，轉(zhuǎn)換為邊緣數(shù)字點(diǎn)。根據(jù)預(yù)先標(biāo)定的數(shù)據(jù)結(jié)果，進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的校正。根據(jù)已經(jīng)確定的基準(zhǔn)的位置，刪減各自圖像中被遮擋區(qū)域無(wú)用的數(shù)據(jù)，再進(jìn)行數(shù)據(jù)的拼合，最后輸入計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行產(chǎn)品模型的構(gòu)建。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 本課題對(duì)逆向工程技術(shù)中的關(guān)鍵問(wèn)題之一數(shù)字化掃描方法進(jìn)行研究。目前用來(lái)采集物體表面數(shù)據(jù)的掃描設(shè)備，例激光掃描儀、光學(xué)照相測(cè)量?jī)x等。但都存在價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)?；谝后w獲取產(chǎn)品幾何形狀的方法是將低透光度的液體注入放置有待測(cè)產(chǎn)品的容器中，改變?nèi)萜鲀?nèi)液面的高度，用光學(xué)測(cè)量裝置逐層獲取待測(cè)產(chǎn)品各個(gè)或某個(gè)高度的幾何輪廓線的信息。而目前的技術(shù)是采取單一鏡頭，但是由于光學(xué)鏡頭和產(chǎn)品形狀的特點(diǎn)，導(dǎo)致存在遮擋現(xiàn)象，以至采集的數(shù)據(jù)不完整，大大地限制了其應(yīng)用范圍。 我們的發(fā)明屬于利用液面獲取產(chǎn)品形狀的多視圖采集裝置及采集方法領(lǐng)域的創(chuàng)新技術(shù)，目的在于考慮上述問(wèn)題而提供的一種能方便地獲取產(chǎn)品完整或某個(gè)高度的幾何輪廓信息的多目數(shù)字化采集方法。 創(chuàng)新點(diǎn)：在基于單目的液面輪廓數(shù)字化掃描系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過(guò)多目圖象采集，解決圖象遮擋導(dǎo)致采集的數(shù)據(jù)不完整、需要多次裝夾產(chǎn)品的問(wèn)題，并通過(guò)計(jì)算機(jī)圖象處理技術(shù)，進(jìn)行圖象處理提取邊緣和拼合，輸出點(diǎn)云到其他CAD軟件中進(jìn)行逆向處理，最終獲得物體的數(shù)字化幾何模型，不但完善了基于液面的數(shù)字化掃描系統(tǒng)，而且大大提高了該采集方法的效率。 技術(shù)關(guān)鍵在于： 1）設(shè)計(jì)構(gòu)建采集范圍較寬的自動(dòng)化程度較高的多目圖象采集系統(tǒng)。 2）編制邊緣提取和圖象拼合程序，準(zhǔn)確快速提取物體表面數(shù)據(jù)。 主要技術(shù)指標(biāo)： 1）裝置能自動(dòng)進(jìn)行圖像采集。 2）采集效率5-10層/min，采集精度較高。 3）開發(fā)的軟件界面友好、操作容易，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集圖像、圖像邊緣提取、數(shù)據(jù)點(diǎn)校正和拼合等。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本發(fā)明巧妙利用液固線就是物體表面截面線的原理，將一般CCD采集的三維圖片無(wú)法確定物體表面遠(yuǎn)近距離的問(wèn)題，離散成具有確定高度的二維圖片，多目的采集裝置解決一般采集中的遮擋問(wèn)題，能方便地獲取產(chǎn)品完整或某個(gè)高度的幾何輪廓信息。 本發(fā)明采用多個(gè)鏡頭分別根據(jù)實(shí)物遮擋情況位置進(jìn)行安裝。由于多個(gè)鏡頭高度位置等高，間隔可以調(diào)整，而且同時(shí)采集，在采集的液面上設(shè)置有多個(gè)圓形或其他形狀的基準(zhǔn)用于圖像數(shù)據(jù)的拼合。 在采集后，同層多幅圖像通過(guò)邊緣提取、數(shù)據(jù)矢量化，轉(zhuǎn)換為邊緣數(shù)字點(diǎn)。根據(jù)預(yù)先標(biāo)定的數(shù)據(jù)結(jié)果，進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的校正。根據(jù)已經(jīng)確定的基準(zhǔn)的位置，刪減各自圖像中被遮擋區(qū)域無(wú)用的數(shù)據(jù)，再進(jìn)行數(shù)據(jù)的拼合，最后輸入計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行產(chǎn)品模型的構(gòu)建。 該采集方法操作方便簡(jiǎn)單，效率高，應(yīng)用范圍廣。解決了利用液體獲取產(chǎn)品幾何形狀方法中已存在的難題，大大提高了其實(shí)用性和采集效率。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 1.在2010年6月份，由廣東工業(yè)大學(xué)校團(tuán)委，科技處等聯(lián)合舉辦的“2009年學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技立項(xiàng)的結(jié)題報(bào)告”中，我們順利通過(guò)了結(jié)題驗(yàn)收，并獲得第四屆“挑戰(zhàn)杯”廣東工業(yè)大學(xué)課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽暨第十二屆 “挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽選拔賽的參賽資格。 2.在2011年3月份，由廣東工業(yè)大學(xué)校團(tuán)委，科技處及學(xué)生處聯(lián)合舉辦的第四屆“挑戰(zhàn)杯”廣東工業(yè)大學(xué)課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽暨第十二屆 “挑戰(zhàn)杯”全國(guó)大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽選拔賽中，我們獲得一等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品和現(xiàn)場(chǎng)演示
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 本發(fā)明采用多個(gè)鏡頭分別根據(jù)實(shí)物遮擋情況位置進(jìn)行安裝。由于多個(gè)鏡頭高度位置等高，間隔可以調(diào)整，而且同時(shí)采集，在采集的液面上設(shè)置有多個(gè)圓形或其他形狀的基準(zhǔn)，用于圖像數(shù)據(jù)的拼合，這樣大大提高了其實(shí)用性和采集效率。多視圖的采集裝置能方便地獲取產(chǎn)品完整或某個(gè)高度的幾何輪廓信息，并且該采集方法操作方便簡(jiǎn)單，效率高，應(yīng)用范圍廣。 適用范圍及推廣前景： 在基于液面的物體輪廓數(shù)字化掃描系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過(guò)多目圖象采集，解決了遮擋導(dǎo)致采集圖象的數(shù)據(jù)不完整、需要多次裝夾產(chǎn)品的問(wèn)題，使采集圖像的信息更多，最終生成的幾何模型更加精確。然后通過(guò)計(jì)算機(jī)圖象處理技術(shù)進(jìn)行圖象處理提取邊緣和拼合，最終獲得物體的數(shù)字化幾何模型，完善了基于液面的數(shù)字化掃描系統(tǒng)。 另外，在涉及到產(chǎn)品設(shè)計(jì)與模具的企業(yè)中，企業(yè)規(guī)模一般較小。因?yàn)槲覀冞@套裝置投資成本不高，所以很適合一般中小型的模具行業(yè)，這對(duì)快速逆向仿制產(chǎn)品外形，創(chuàng)新設(shè)計(jì)，把握市場(chǎng)動(dòng)勢(shì)，面對(duì)敏捷制造，起著關(guān)鍵的作用。因此，基于液面的產(chǎn)品多目數(shù)字化掃描裝置應(yīng)用前景巨大。
同類課題研究水平概述
- 逆向工程是作為新產(chǎn)品開發(fā)、老產(chǎn)品改進(jìn)和優(yōu)秀產(chǎn)品仿制的產(chǎn)品快速開發(fā)方法，本課題對(duì)逆向工程技術(shù)中的關(guān)鍵問(wèn)題之一數(shù)字化掃描方法進(jìn)行研究。 近十年來(lái)，隨著傳感技術(shù)、圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了各種各樣的產(chǎn)品表面的幾何數(shù)據(jù)數(shù)字化獲取方法。獲取方法基本上可分為兩大類，即接觸式與非接觸式。非接觸式按其原理不同，又可分為光學(xué)式和非光學(xué)式等。一些先進(jìn)的研究已經(jīng)集光學(xué)、機(jī)械、計(jì)算機(jī)視覺(jué)和數(shù)宇圖象處理等高新技術(shù)為一體．以產(chǎn)品的實(shí)物、軟件影象作為研究對(duì)象，應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理淪、生產(chǎn)工程學(xué)、材料科學(xué)和相關(guān)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行深入系統(tǒng)地分析和研究，進(jìn)而開發(fā)出同類的產(chǎn)品。 三維數(shù)字化測(cè)量技術(shù)近年來(lái)也取得了迅猛的發(fā)展，零件的三維數(shù)字化是通過(guò)特定的測(cè)量設(shè)備和測(cè)量方法獲取零件表面離散點(diǎn)的幾何坐標(biāo)數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，就可以進(jìn)行復(fù)雜曲面的建模、評(píng)價(jià)、改進(jìn)和制造。因而，如何高效、高精度地對(duì)樣件表面進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，是目前國(guó)內(nèi)外逆向工程的主要研究?jī)?nèi)容之一。 目前用來(lái)采集物體表面數(shù)據(jù)的測(cè)量設(shè)備主要有：三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、激光掃描儀、工業(yè)CT和逐層切削照相測(cè)量?jī)x等。傳統(tǒng)的接觸測(cè)量方法具有精度高、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是速度慢、效率低、不適于柔軟實(shí)物的測(cè)量。非接觸測(cè)量方法利用聲、光、電磁等能與物體表面發(fā)生相互作用的物理現(xiàn)象來(lái)獲取其三維信息，其中光學(xué)方法應(yīng)用最為廣泛。測(cè)量效率非常高，不需要三維補(bǔ)償，但光學(xué)方法對(duì)陡壁和透光模型數(shù)據(jù)采集困難，而且價(jià)格昂貴。逐層掃描測(cè)量法實(shí)現(xiàn)了對(duì)被測(cè)物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的無(wú)損測(cè)量，不過(guò)目前能達(dá)到的測(cè)量精度還較低。逐層切除測(cè)量法是通過(guò)銑刀逐層銑削被測(cè)物體獲取每個(gè)斷層圖像，測(cè)量方式是破壞性的、速度較慢、不適合一些切削性能差的零件，而且裝夾非常困難。 基于液面的產(chǎn)品多目式掃描采集裝置是一種利用液面獲取產(chǎn)品形狀的多視圖采集裝置及采集方法，屬于利用液面獲取產(chǎn)品形狀的多視圖采集裝置及采集方法的創(chuàng)新技術(shù)。在基于液面的物體輪廓數(shù)字化掃描系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過(guò)多目圖象采集，解決了遮擋導(dǎo)致采集圖象的數(shù)據(jù)不完整、需要多次裝夾產(chǎn)品的問(wèn)題，使采集圖像的信息更多，最終生成的幾何模型更加精確。然后通過(guò)計(jì)算機(jī)圖象處理技術(shù)進(jìn)行圖象處理提取邊緣和拼合，最終獲得物體的數(shù)字化幾何模型，完善了基于液面的數(shù)字化掃描系統(tǒng)。這樣能方便地獲取產(chǎn)品完整或某個(gè)高度的幾何輪廓信息，采集方法操作簡(jiǎn)單方便，效率高，應(yīng)用范圍廣，對(duì)逆向造型很有使用價(jià)值。
