УДК 62

Разработка программного обеспечения для построения пространственной модели трехмерного объекта

Большова Ольга Михайловна – аспирант Поволжского государственного технологического университета

Аннотация: Известны различные принципы и устройства определения координат в пространстве объектов [1]. На сегодняшний день в машиностроении все больше уделяется внимания повышению качества выпускаемой продукции, а также снижению трудоемкости контрольных операций. Существующие технологии позволяли обеспечить достаточную точность измерений со значительными трудозатратами, например, в ОАО «АвтоВАЗ» преобладают контактные методы контроля поверхностей (посредством координатных станков), обладающие достаточной точностью, но требующие больших временных затрат на измерение нужных параметров. В статье разработана автоматизированная система контроля для получения пространственной модели контролируемого объекта.

Ключевые слова: определение координат, пространственная модель объекта, программное обеспечение, контролируемый объект, сканирование, калибровка, камера, изображение.

В современном мире сформировалось новое научное направление в теории управления – теория интеллектуальных систем управления [2]. Появились различные направления этой теории, например, интеллектуальные методы проектирования. Разработка принципов и системы оперативного анализа пространства объектов, обеспечивающая высокую точность построения трехмерной модели в масштабе реального времени при простоте технической реализации является актуальной задачей [4].

Автоматизированная система контроля состоит из поворотного стола, проектора, проецирующего движущуюся линию света на контролируемый объект, двух черно-белых камер, и ПЭВМ, управляющего проектором и обрабатывающим информацию от камер.

Основные управляющие элементы расположены на панели слева, в меню вынесены операции, использующиеся реже, справа расположено большое окно с обрабатываемыми изображениями. Это окно может служить для наблюдения за процессом сканирования, а также для правильного позиционирования сканируемого объекта (рисунок 1).

После завершения процесса сканирования полученная поверхность проходит обработку сеточным фильтром для получения заданной пользователем плотности точек. Например, указав значение 2, на выходе получится сетка с плотностью одна точка на 2 мм (одна точка на четыре квадратных миллиметра). Значение 0 означает отказ от применения к измеренным данным сеточного фильтра.

Максимальная длина треугольника. После построения модели из отфильтрованных точек все треугольники с длиной ребра большей указанной будут удалены, это позволяет получать модель состоящую только из хорошо отсканированных фрагментов, на месте не отсканированных или плохо отсканированных участков будут пустые места (дыры).

Рисунок 1. Внешний вид рабочего окна программы.

Калибровка камер

Операция калибровки камер является необходимой для корректной работы комплекса. Калибровку необходимо проводить при перемещении комплекса или изменения угла камер. В качестве наблюдаемой сцены используется сцена, в котором трехмерные координаты набора опорных точек известны. При калибровке происходит определение точного положения камер относительно друг друга в автоматическом режиме.

Процесс сканирования

Процесс сканирования запускается кнопкой «начать процесс сканирования» При этом у пользователя уточняется путь на рабочий каталог, в котором будут сохранены результаты сканирования.

Рисунок 2. Вид экрана во время сканирования [3].

При правильно выбранном режиме работы подсвеченная область сканируемого объекта должна быть видна в большом окне, а распознанный луч должен отображаться зеленым. Красным отображаются зоны пересвета. В зависимости от выбранного режима зоны пересвета могут игнорироваться алгоритмом распознавания линии (рисунок 2).

По мере сканирования, линия движется слева направо. После обработки программой информации с данной пары снимков, вычисления координат.

По мере сканирования, линия движется слева направо. После обработки программой информации с данной пары снимков, вычисления координат точек и добавления их общему облаку, линия перемещается на один шаг вправо, затем цикл повторяется. Время сканирования напрямую зависит от начального положения линии, а так же от шага сканирования. Процесс сканирования можно досрочно прервать, нажав кнопку «остановить процесс сканирования».

По окончании процесса сканирования происходит автоматическое построение модели. Во время построения к измеренным данным применяется сеточный фильтр (если не задано значение шага сетки равное 0), строится триангуляция Делоне, удаляются треугольники со слишком длинными ребрами и результат записывается в виде X (DirectX File) и STL (Stereo Lithography) файлов, которые впоследствии могут использоваться в различных CAD/CAM программах.

Использование бесконтактных средств контроля, обеспечивающих получение пространственной модели контролируемого объекта, позволяет значительно сократить трудозатраты контрольных операций за счет измерения отклонений параметров поверхности одновременно по трем осям.

Список литературы

Наземное лазерное сканирование: монография / В.А. Середович, А.В. Комиссаров, Д.В. Комиссаров, Т.А. Широкова. – Новосибирск: СГГА, 2009. – 261 с.
Захаров В.Н. Интеллектуальные системы управления: Основные понятия и определения [Текст] // Изв. А. Н. Теория и системы управления. – 1997. – № 3. – С. 138-145.
Уэзерелл, У. Оценка качества изображения: Сб. Проектирование оптических систем. Под ред. Р. Шеннона и Дж. Вайнта / У. Уэзерелл. – М.: Мир, 1983. – 430 с.
Антипов И.Т., Хлебникова Т.А. О достоверности вероятностной оценки точности пространственной аналитической фототриангуляции // ГЕ0-Сибирь-2011. VII Междунар. науч. конгр.: сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2011 г.). – Новосибирск: СГГА, 2011. Т. 4. – С. 57-65.

Интересная статья? Поделись ей с другими: