[发明专利]三维复印装置

说明书

技术领域

本发明涉及三维复印技术领域，尤其是一种三维复印装置。

背景技术

现有复印机是从书写、绘制或印刷的原稿得到等倍、放大或缩小的复印品的设备，复印机复印速度快，操作简单，与传统的铅字印刷、蜡纸油印、胶印等的主要区别是无需经过其他制版等中间手段，而能直接从原稿获得复印品。

现有的复印机针对二维的文本和图像，以其输出的高生产力、卓越的图像质量、功能的多样化、高可靠性及可升级的设计系统，成为人们办公自动化的好帮手。

目前，还没有能够复印三维实体的三维复印件，但是随着技术的发展，三维复印的需求将越来越多，它将通过摒弃生产线而降低成本；大大减少材料的浪费。

现今要实现三维复印简单来说要经过两个步骤，即用三维扫描仪扫描物体表面获取点云数据，接着人工通过计算机，使用计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，从而通过三维打印机逐层打印。

为了实现三维复印功能，人工地对实体模型进行扫描，再对扫描结果进行数据处理，使处理后的数据满足三维打印机的要求，之后再通过三维打印机把三维实体模型打印出来。

综上所述，现有的复印机只能复制平面二维图像或者文字，有一定的局限性，不能展示真实立体的空间物体。而三维扫描和打印技术的不足之处主要在于可操作性、实时性和便携性不够。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种三维复印装置，构建一种桌面级的设备，把三维扫描仪和三维打印机有机结合在一起，用户只需在操作界面输入复印参数，如复印精度、缩放倍数或复印件数量等，设备即可自动调整内部参数，实现实时复印的功能。

本发明采用以下方案实现：一种三维复印装置，其特征在于：包括一三维扫描模块、一数据处理模块和一三维打印模块，

所述三维扫描模块由一便携式三维扫描仪组成，所述三维扫描仪扫描物体获取点云数据，然后将所述点云数据传送到所述数据处理模块中；

所述数据处理模块包括一用户操作和显示单元和一数据处理单元，所述用户操作和显示单元能够执行包括缩放倍数、复印份数、表面精细质量、平移及旋转的操作指令；所述数据处理单元接收所述用户操作和显示单元传送的操作指令以及所述三维扫描仪传送的点云数据，对模型进行三维重构和三维模型的近似处理，然后输出模型数据到所述三维打印模块；

所述三维打印模块由一三维打印机组成，所述三维打印机接收所述模型数据，实现三维复印功能。

在本发明一实施例中，所述数据处理单元对模型进行三维重构之前对所述点云数据做去噪处理、增减数据量和拼接点云处理。

在本发明一实施例中，所述增减数据量是根据所述用户操作和显示单元传送的操作指令针对获取的点云数据的稀疏程度，进行点云数量的增减；

点云数量的增加采用无损耗的内插算法；常用的内插算法包括双线性插值法、反距离加权插值法、克里金法、最小曲率法、径向基本函数法、谢别德法、三角网插值法和最近邻点插值法；

点云数量的缩减步骤为，首先计算各点的法线矢量，然后将点云数据投影至一个确定的球面上，并进行初步网格划分，确定每个网格中的数据点；接着计算每个网格中数据点的法矢的标准偏差，并以此作为网格细分准则；若标准偏差大于给定的限差，则对该网格进行进一步的划分，反复至网格的标准偏差均小于限差，或网格尺寸达到限制值；网格建立完成后，用中值滤波确定每个网格的代表节点，删除其余点。

在本发明一实施例中，所述拼接点云步骤为，首先进行坐标姿态反算，通过已知点迭代计算坐标旋转矩阵，直到符合精度要求；然后进行坐标变换，通过坐标旋转矩阵将几个测试点的点云数据统一到一个坐标系下；最后实现矩阵运算。

在本发明一实施例中，所述三维重构采用逐点插入法构建三维Delaunay网格模型，其步骤为，首先，读取数据预处理后的所有点云数据的三维坐标，并按X坐标的大小将数据排序，插入点的顺序即按照此顺序进行，先建立初始网格，并保存初始四面体信息；然后将排好序的点一次插入初始四面体网格中；等所有点都插入完毕后，删除与初始网格有关八个点的四面体；最后，取所有的边界三角为生成的三角形网格。

在本发明一实施例中，所述三维模型的近似处理包括拓扑错误检查、基本错误修复、三维模型简化以及三维模型平滑。