[發明專利]三維復印裝置

有效

• 申請號: 201310233218.7
• 申請日: 2013-06-13
• 公開（公告）號: CN103294421A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 陳國棟;張金星;葉楠;潘翔
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G06F3/12
• 分類號: G06F3/12
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明涉及三維復印技術領域，尤其是一種三維復印裝置。

背景技術

現有復印機是從書寫、繪制或印刷的原稿得到等倍、放大或縮小的復印品的設備，復印機復印速度快，操作簡單，與傳統的鉛字印刷、蠟紙油印、膠印等的主要區別是無需經過其他制版等中間手段，而能直接從原稿獲得復印品。

現有的復印機針對二維的文本和圖像，以其輸出的高生產力、卓越的圖像質量、功能的多樣化、高可靠性及可升級的設計系統，成為人們辦公自動化的好幫手。

目前，還沒有能夠復印三維實體的三維復印件，但是隨著技術的發展，三維復印的需求將越來越多，它將通過摒棄生產線而降低成本；大大減少材料的浪費。

現今要實現三維復印簡單來說要經過兩個步驟，即用三維掃描儀掃描物體表面獲取點云數據，接著人工通過計算機，使用計算機建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區”成逐層的截面，從而通過三維打印機逐層打印。

為了實現三維復印功能，人工地對實體模型進行掃描，再對掃描結果進行數據處理，使處理后的數據滿足三維打印機的要求，之后再通過三維打印機把三維實體模型打印出來。

綜上所述，現有的復印機只能復制平面二維圖像或者文字，有一定的局限性，不能展示真實立體的空間物體。而三維掃描和打印技術的不足之處主要在于可操作性、實時性和便攜性不夠。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種三維復印裝置，構建一種桌面級的設備，把三維掃描儀和三維打印機有機結合在一起，用戶只需在操作界面輸入復印參數，如復印精度、縮放倍數或復印件數量等，設備即可自動調整內部參數，實現實時復印的功能。

本發明采用以下方案實現：一種三維復印裝置，其特征在于：包括一三維掃描模塊、一數據處理模塊和一三維打印模塊，

所述三維掃描模塊由一便攜式三維掃描儀組成，所述三維掃描儀掃描物體獲取點云數據，然后將所述點云數據傳送到所述數據處理模塊中；

所述數據處理模塊包括一用戶操作和顯示單元和一數據處理單元，所述用戶操作和顯示單元能夠執行包括縮放倍數、復印份數、表面精細質量、平移及旋轉的操作指令；所述數據處理單元接收所述用戶操作和顯示單元傳送的操作指令以及所述三維掃描儀傳送的點云數據，對模型進行三維重構和三維模型的近似處理，然后輸出模型數據到所述三維打印模塊；

所述三維打印模塊由一三維打印機組成，所述三維打印機接收所述模型數據，實現三維復印功能。

在本發明一實施例中，所述數據處理單元對模型進行三維重構之前對所述點云數據做去噪處理、增減數據量和拼接點云處理。

在本發明一實施例中，所述增減數據量是根據所述用戶操作和顯示單元傳送的操作指令針對獲取的點云數據的稀疏程度，進行點云數量的增減；

點云數量的增加采用無損耗的內插算法；常用的內插算法包括雙線性插值法、反距離加權插值法、克里金法、最小曲率法、徑向基本函數法、謝別德法、三角網插值法和最近鄰點插值法；

點云數量的縮減步驟為，首先計算各點的法線矢量，然后將點云數據投影至一個確定的球面上，并進行初步網格劃分，確定每個網格中的數據點；接著計算每個網格中數據點的法矢的標準偏差，并以此作為網格細分準則；若標準偏差大于給定的限差，則對該網格進行進一步的劃分，反復至網格的標準偏差均小于限差，或網格尺寸達到限制值；網格建立完成后，用中值濾波確定每個網格的代表節點，刪除其余點。

在本發明一實施例中，所述拼接點云步驟為，首先進行坐標姿態反算，通過已知點迭代計算坐標旋轉矩陣，直到符合精度要求；然后進行坐標變換，通過坐標旋轉矩陣將幾個測試點的點云數據統一到一個坐標系下；最后實現矩陣運算。

在本發明一實施例中，所述三維重構采用逐點插入法構建三維Delaunay網格模型，其步驟為，首先，讀取數據預處理后的所有點云數據的三維坐標，并按X坐標的大小將數據排序，插入點的順序即按照此順序進行，先建立初始網格，并保存初始四面體信息；然后將排好序的點一次插入初始四面體網格中；等所有點都插入完畢后，刪除與初始網格有關八個點的四面體；最后，取所有的邊界三角為生成的三角形網格。

在本發明一實施例中，所述三維模型的近似處理包括拓撲錯誤檢查、基本錯誤修復、三維模型簡化以及三維模型平滑。