基本信息
- 项目名称：
- 基于液面的产品多目数字化扫描装置
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本课题对逆向工程技术中的关键问题之一数字化扫描方法进行研究。基于液体获取产品几何形状的方法是将低透光度的液体注入放置有待测产品的容器中，改变容器内液面的高度，用光学测量装置逐层获取待测产品各个或某个高度的几何轮廓线的信息。而目前的技术是采取单一镜头，但是由于光学镜头和产品形状的特点，导致或多或少地存在遮挡现象，以至采集的数据不完整，大大地限制了其应用范围。
- 详细介绍：
- 本发明巧妙利用液固线就是物体表面截面线的原理，将一般CCD采集的三维图片无法确定物体表面远近距离的问题，离散成具有确定高度的二维图片，多目的采集装置解决一般采集中的遮挡问题，能方便地获取产品完整或某个高度的几何轮廓信息。 本发明采用多个镜头分别根据实物遮挡情况位置进行安装。由于多个镜头高度位置等高，间隔可以调整，而且同时采集，在采集的液面上设置有多个圆形或其他形状的基准用于图像数据的拼合。 在采集后，同层多幅图像通过边缘提取、数据矢量化，转换为边缘数字点。根据预先标定的数据结果，进行采集数据的校正。根据已经确定的基准的位置，删减各自图像中被遮挡区域无用的数据，再进行数据的拼合，最后输入计算机辅助设计软件进行产品模型的构建。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本课题对逆向工程技术中的关键问题之一数字化扫描方法进行研究。目前用来采集物体表面数据的扫描设备，例激光扫描仪、光学照相测量仪等。但都存在价格昂贵等缺点。基于液体获取产品几何形状的方法是将低透光度的液体注入放置有待测产品的容器中，改变容器内液面的高度，用光学测量装置逐层获取待测产品各个或某个高度的几何轮廓线的信息。而目前的技术是采取单一镜头，但是由于光学镜头和产品形状的特点，导致存在遮挡现象，以至采集的数据不完整，大大地限制了其应用范围。 我们的发明属于利用液面获取产品形状的多视图采集装置及采集方法领域的创新技术，目的在于考虑上述问题而提供的一种能方便地获取产品完整或某个高度的几何轮廓信息的多目数字化采集方法。 创新点：在基于单目的液面轮廓数字化扫描系统基础上，通过多目图象采集，解决图象遮挡导致采集的数据不完整、需要多次装夹产品的问题，并通过计算机图象处理技术，进行图象处理提取边缘和拼合，输出点云到其他CAD软件中进行逆向处理，最终获得物体的数字化几何模型，不但完善了基于液面的数字化扫描系统，而且大大提高了该采集方法的效率。 技术关键在于： 1）设计构建采集范围较宽的自动化程度较高的多目图象采集系统。 2）编制边缘提取和图象拼合程序，准确快速提取物体表面数据。 主要技术指标： 1）装置能自动进行图像采集。 2）采集效率5-10层/min，采集精度较高。 3）开发的软件界面友好、操作容易，并实现自动采集图像、图像边缘提取、数据点校正和拼合等。
科学性、先进性
- 本发明巧妙利用液固线就是物体表面截面线的原理，将一般CCD采集的三维图片无法确定物体表面远近距离的问题，离散成具有确定高度的二维图片，多目的采集装置解决一般采集中的遮挡问题，能方便地获取产品完整或某个高度的几何轮廓信息。 本发明采用多个镜头分别根据实物遮挡情况位置进行安装。由于多个镜头高度位置等高，间隔可以调整，而且同时采集，在采集的液面上设置有多个圆形或其他形状的基准用于图像数据的拼合。 在采集后，同层多幅图像通过边缘提取、数据矢量化，转换为边缘数字点。根据预先标定的数据结果，进行采集数据的校正。根据已经确定的基准的位置，删减各自图像中被遮挡区域无用的数据，再进行数据的拼合，最后输入计算机辅助设计软件进行产品模型的构建。 该采集方法操作方便简单，效率高，应用范围广。解决了利用液体获取产品几何形状方法中已存在的难题，大大提高了其实用性和采集效率。
获奖情况及鉴定结果
- 1.在2010年6月份，由广东工业大学校团委，科技处等联合举办的“2009年学生课外学术科技立项的结题报告”中，我们顺利通过了结题验收，并获得第四届“挑战杯”广东工业大学课外学术科技作品竞赛暨第十二届 “挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛选拔赛的参赛资格。 2.在2011年3月份，由广东工业大学校团委，科技处及学生处联合举办的第四届“挑战杯”广东工业大学课外学术科技作品竞赛暨第十二届 “挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛选拔赛中，我们获得一等奖。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、产品和现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本发明采用多个镜头分别根据实物遮挡情况位置进行安装。由于多个镜头高度位置等高，间隔可以调整，而且同时采集，在采集的液面上设置有多个圆形或其他形状的基准，用于图像数据的拼合，这样大大提高了其实用性和采集效率。多视图的采集装置能方便地获取产品完整或某个高度的几何轮廓信息，并且该采集方法操作方便简单，效率高，应用范围广。 适用范围及推广前景： 在基于液面的物体轮廓数字化扫描系统基础上，通过多目图象采集，解决了遮挡导致采集图象的数据不完整、需要多次装夹产品的问题，使采集图像的信息更多，最终生成的几何模型更加精确。然后通过计算机图象处理技术进行图象处理提取边缘和拼合，最终获得物体的数字化几何模型，完善了基于液面的数字化扫描系统。 另外，在涉及到产品设计与模具的企业中，企业规模一般较小。因为我们这套装置投资成本不高，所以很适合一般中小型的模具行业，这对快速逆向仿制产品外形，创新设计，把握市场动势，面对敏捷制造，起着关键的作用。因此，基于液面的产品多目数字化扫描装置应用前景巨大。
同类课题研究水平概述
- 逆向工程是作为新产品开发、老产品改进和优秀产品仿制的产品快速开发方法，本课题对逆向工程技术中的关键问题之一数字化扫描方法进行研究。 近十年来，随着传感技术、图像处理和计算机视觉等相关技术的发展，出现了各种各样的产品表面的几何数据数字化获取方法。获取方法基本上可分为两大类，即接触式与非接触式。非接触式按其原理不同，又可分为光学式和非光学式等。一些先进的研究已经集光学、机械、计算机视觉和数宇图象处理等高新技术为一体．以产品的实物、软件影象作为研究对象，应用现代设计理沦、生产工程学、材料科学和相关专业知识进行深入系统地分析和研究，进而开发出同类的产品。 三维数字化测量技术近年来也取得了迅猛的发展，零件的三维数字化是通过特定的测量设备和测量方法获取零件表面离散点的几何坐标数据。在此基础上，就可以进行复杂曲面的建模、评价、改进和制造。因而，如何高效、高精度地对样件表面进行数据采集，是目前国内外逆向工程的主要研究内容之一。 目前用来采集物体表面数据的测量设备主要有：三坐标测量机、激光扫描仪、工业CT和逐层切削照相测量仪等。传统的接触测量方法具有精度高、重复性好等优点，其缺点是速度慢、效率低、不适于柔软实物的测量。非接触测量方法利用声、光、电磁等能与物体表面发生相互作用的物理现象来获取其三维信息，其中光学方法应用最为广泛。测量效率非常高，不需要三维补偿，但光学方法对陡壁和透光模型数据采集困难，而且价格昂贵。逐层扫描测量法实现了对被测物体内部结构的无损测量，不过目前能达到的测量精度还较低。逐层切除测量法是通过铣刀逐层铣削被测物体获取每个断层图像，测量方式是破坏性的、速度较慢、不适合一些切削性能差的零件，而且装夹非常困难。 基于液面的产品多目式扫描采集装置是一种利用液面获取产品形状的多视图采集装置及采集方法，属于利用液面获取产品形状的多视图采集装置及采集方法的创新技术。在基于液面的物体轮廓数字化扫描系统基础上，通过多目图象采集，解决了遮挡导致采集图象的数据不完整、需要多次装夹产品的问题，使采集图像的信息更多，最终生成的几何模型更加精确。然后通过计算机图象处理技术进行图象处理提取边缘和拼合，最终获得物体的数字化几何模型，完善了基于液面的数字化扫描系统。这样能方便地获取产品完整或某个高度的几何轮廓信息，采集方法操作简单方便，效率高，应用范围广，对逆向造型很有使用价值。
