人體三維模型快速制造系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種人體三維模型快速制造系統(tǒng)，包括有數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)采集輔助裝置、工控機及3D打印裝置，數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)采集輔助裝置及3D打印裝置分別通過通信模塊與工控機連接。本發(fā)明采用紅外光掃描儀和可見白光掃描儀結合針對人體不同的身體特征進行掃描，同時采用二維照相機拍照進行比對參考，成像精度高；各掃描儀采用多點布置，掃描范圍能夠將人體全部覆蓋，且各掃描儀或照相機能夠同時工作、互不影響，掃描效率高；采用工控機對數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及打印成型過程進行控制，自動化程度高。
【專利說明】人體三維模型快速制造系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于3D打印【技術領域】，涉及一種人體三維模型快速制造系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]傳統(tǒng)技術中人體三維模型成型主要是依賴雕塑完成，采用各種可塑材料或可雕、可刻的硬質材料，通過削減材料刻畫出人體形象。最終的模型逼真度以及相似度主要依賴于雕塑師的技術水平。隨著時代的發(fā)展目前出現(xiàn)了采用三維掃描和打印技術進行人像成型的技術，現(xiàn)有的三維人體掃描主要采用單一的手持移動式的掃描儀進行掃描，掃描后的數(shù)據(jù)通過人工導入打印裝置打印成型，主要存在以下技術缺陷:
[0003]I)掃描儀單一，成像精度較差，無法根據(jù)臉部特征以及衣服、頭發(fā)等離散狀特征不同進行掃描儀的變換選擇，從而掃描到的臉部特征模糊不清，衣服、頭發(fā)等離散狀特征掃描效果也不好；
[0004]2)掃描過程需要人工進行，掃描時間長，效率低；
[0005]3)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及打印成型沒有控制系統(tǒng)的協(xié)調，自動化程度低。
【發(fā)明內容】
[0006]本發(fā)明的主要目的是提供一種人體三維模型快速制造系統(tǒng)，解決現(xiàn)有的人體三維模型成型裝置成像精度差、掃描時間長以及自動化程度低的缺陷。
[0007]為了實現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術方案是，一種人體三維模型快速制造系統(tǒng)，包括有數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)采集輔助裝置、工控機及3D打印裝置，數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)采集輔助裝置及3D打印裝置分別通過通信模塊與工控機連接。
[0008]本發(fā)明的特征還在于，數(shù)據(jù)采集裝置包括有呈正六邊形布置的三臺紅外光掃描儀、三臺二維照相機以及一臺靠近人體布置的可見白光掃描儀，紅外光掃描儀及二維照相機相互交錯布置在正六邊形的頂點位置。
[0009]數(shù)據(jù)采集輔助裝置包括有一個旋轉平臺，旋轉平臺設置在三臺紅外光掃描儀和三臺二維照相機圍成的正六邊形的中心位置，用于將人體進行旋轉。
[0010]3D打印裝置包括有若干3D打印機。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:
[0012]I)本發(fā)明采用紅外掃描儀和可見白光掃描儀結合針對人體不同的身體特征進行掃描，同時采用二維照相機拍照進行比對參考，成像精度高；
[0013]2)本發(fā)明各掃描儀采用多點布置，掃描范圍能夠將人體全部覆蓋，且各掃描儀或照相機能夠同時工作、互不影響，掃描效率高；
[0014]3)本發(fā)明采用工控機對數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及打印成型過程進行控制，自動化程度高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的總體結構框圖；
[0016]圖2是本發(fā)明的掃描裝置布置結構圖；
[0017]圖3是本發(fā)明紅外掃描儀的水平掃描范圍示意圖；
[0018]圖4是本發(fā)明紅外掃描儀的垂直掃描范圍示意圖；
[0019]圖5是本發(fā)明的各設備連接結構框圖；
[0020]圖6是本發(fā)明的工作流程框圖。
[0021]圖中，1.紅外掃描儀，2.二維照相機，3.可見白光掃描儀，4.旋轉平臺。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0023]本發(fā)明提供一種人體三維模型快速制造系統(tǒng)，如圖1所示，包括有數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)采集輔助裝置、工控機及3D打印裝置，所述數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)采集輔助裝置及3D打印裝置分別通過通信模塊與工控機連接。
[0024]具體實施時，如圖2所示，三臺紅外光掃描儀I及三臺二維照相機2分別呈正六邊形圍成一周，紅外光掃描儀I及二維照相機2均布置在正六邊形的頂點位置，正六邊形的中心部位設置旋轉平臺4，可見白光掃描儀3設置在其中一個紅外光掃描儀I和二維照相機2之間靠近旋轉平臺5的位置。如圖3和圖4所示，紅外掃描儀I的水平視角57°，垂直視角43°，機身轉動范圍27°，安裝位置距人體1.5米，安裝高度0.9m。具體能掃描到的范圍通過以下公式計算得到:
[0025]水平掃描范圍:Arccos(0.25/1.5) *2 = 160.81。；
[0026]三個機位覆蓋范圍:3*160.81 = 482.43。> 360° ；
[0027]水平重合范圍:(482.43。-360。)/3 = 40.81。；
[0028]垂直掃描范圍:1.5/cot (43° /2+27° ) = 2.5m >正常人體身高。
[0029]由此可見，三臺紅外掃描儀可以滿足整個人體的掃描，同時重合范圍可以作為供識別的特征，進行參考、模型合并及修復。三臺二維照相機2作為二維數(shù)據(jù)記錄，同時提供一定的參考?？梢姲坠鈷呙鑳x3采用對人體沒有任何傷害的可見白光，精度可達0.1_，主要對人體面部細節(jié)進行掃描。
[0030]工控機上安裝有圖形工作站作為數(shù)據(jù)處理終端，同時工控機用于控制數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)采集輔助裝置、以及打印裝置的正常運行，將數(shù)據(jù)采集裝置采集的到的人體點云數(shù)據(jù)轉化為三維模型輸送到打印裝置打印成型。如圖5所示，數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)采集輔助裝置、以及打印裝置與工控機之間的通信模塊均采用USB接口進行數(shù)據(jù)傳輸。
[0031]3D打印裝置包括有若干臺3D打印機，優(yōu)選采用三臺，3D打印機分為桌面級和工業(yè)級，桌面級3D打印機采用熱熔工藝成型，精度可以達到100微米，模型打印原材料為生物降解塑料聚乳酸(PLA)。工業(yè)級3D打印機成型精度可達16微米，采用光固化成型，精度更高，兩種技術的配合可以滿足大部分成型需要。
[0032]工作過程中，人體站在旋轉平臺4上，工控機控制數(shù)據(jù)采集裝置對人體數(shù)據(jù)進行采集，其中，紅外光掃描儀I對人體除面部以外的區(qū)域包括衣服、頭發(fā)等離散型材質進行掃描，每臺紅外光掃描儀I需要的最小有效數(shù)據(jù)區(qū)域為360° /n，實際掃描數(shù)據(jù)區(qū)域為a，a >360° /n，多余量(a-360° /n)作為辨識特征，然后與其他數(shù)據(jù)進行匹配、縫合。本發(fā)明的紅外光掃描儀I的水平掃描范圍為160.81°，采用三臺即可覆蓋整個360°范圍，因而本發(fā)明至少需要三臺紅外光掃描儀1，當然紅外光掃描儀I的機位越多掃描數(shù)據(jù)越豐富，處理效果更好?？梢姲坠鈷呙鑳x3對人體面部特征進行高精度掃描，同時二維照相機2對人體進行拍照作為二維數(shù)據(jù)記錄，能夠與三維掃描結果進行比對提供一定的參考。掃描的人體點云數(shù)據(jù)實時傳送到工控機中的圖像工作站上進行數(shù)據(jù)匹配及修復，然后生成三維模型，三位模型采用stl格式，生成好的stl三維模型，進行分層切割處理成G代碼，最后處理成3D打印裝置可以直接使用的數(shù)據(jù)。處理好的數(shù)據(jù)通過工控機與3D打印裝置之間的通信模塊傳送給3D打印裝置，同時控制其打印成型，如圖6所示為本發(fā)明的工作流程示意圖。
[0033]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點，上述實施方式和說明書只是本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明的范圍內。本發(fā)明要求的保護范圍由權利要求書及其等同物界定。
【權利要求】
1.一種人體三維模型快速制造系統(tǒng)，其特征在于，包括有數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)采集輔助裝置、工控機及3D打印裝置，所述數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)采集輔助裝置及3D打印裝置分別通過通信模塊與工控機連接。
2.如權利要求1所述的一種人體三維模型快速制造系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集裝置包括有呈正六邊形布置的三臺紅外光掃描儀(I)和三臺二維照相機(2)以及一臺靠近人體布置的可見白光掃描儀(3)，所述紅外光掃描儀(I)及二維照相機(2)相互交錯布置在正六邊形的頂點位置。
3.如權利要求2所述的一種人體三維模型快速制造系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集輔助裝置包括有一個旋轉平臺(4)，旋轉平臺(4)設置在三臺紅外光掃描儀(I)和三臺二維照相機(2)圍成的正六邊形的中心位置，用于將人體進行旋轉。
4.如權利要求3所述的一種人體三維模型快速制造系統(tǒng)，其特征在于，所述3D打印裝置包括有若干3D打印機。
【文檔編號】G06T17/00GK104275944SQ201310282990
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2013年7月8日 優(yōu)先權日:2013年7月8日
【發(fā)明者】王輝, 任茜茜, 魏璞 申請人:西安非凡士機器人科技有限公司