Идея 3D-сканера приставки к станку

[Alex64]

Суть - на платформе оси Z по верхним углам закрепляются 2 ч/б видеокамеры направленные под углом 45гр к рабочему полю, так чтобы строчная развертка смотрела параллельно оси Y . по оси платформы вверху - лазерная указка направленная вертикально вниз. Контрастность камер выкручивается на максимум. так чтобы сфокусированное пятно от лазера смотрелось на экране точкой на темном фоне. Положение камер юстируется так чтобы эта точка была в начале строки. видеосигнал с камер поступает на шустрый компаратор по сигналу которого останавливается и читается 16-разрядный счетчик пуск которого осуществляется строчным синхроимпульсом. в результате имеем значение счетчика пропорциональное высоте точки лазера относительно нулевого расстояния(начала строки). Координаты XY получаем от управляющей программы. Предварительные прикидки говорят что разрешение должно получиться вполне приличное. Скорость - тоже.
С камерой проводили эксперименты лет 10 назад - нужно было мерять скорость оседания взвеси в воде - вполне получалось тогда обработать I8051. хватало и скорости проца и контрастности камеры. Критикуйте...

[Trudogolik]

ТАк вот возможные варианты, там же можно найти ссылки на все что о них пишут:
http://www.google.ru/images?hl=ru&lr=&q ... CDIQsAQwAw

А здесь наиболее известный самопальный 3D сканер http://www.david-laserscanner.com/

[Alex64]

Рассматривал я эти образцы и раньше... Но все дорого если покупать или сложнореализуемо - это про системы с лазерной разверткой или чисто программные методы обработки... А тут вроде все под рукой. развертка в виде станка - готова. программная обработка - минимальная. себестоимость - 1.5 тыр по магазинным ценам...
Да и вроде все здесь собравшиеся не сторонники прямого копирования того что встречается в инете...

[Trudogolik]

DAVID-FRE по моему, самая просто реализуемая система. Веб камера, лазерная указка с плоским лучом и свободно распространяемая программа.
А делать с нуля - только по затраченному на разработку времени выйдет намного дороже, чем даже покупка КИТ от DAVIDа.

[Alex64]

Да там вроде разрабатывать то нечего... 1 процик, счетвереный компаратор, интерфейсная мелкосхема. Программа микроконтроллера строк 100 на С. Программа компьютера чуть больше... правда ради справедливости - для компа только под ДОС писал...

[Trudogolik]

А что нужно, чтобы вы разработали и изготовили эту конструкцию, и разместили ее подробное описание в форуме?

[Alex64]

Прежде чем садиться за разработку мне хотелось обсудить идею - возможно я не вижу каких то подводных камней... Как я заметил, здесь есть и хорошие электронщики и программисты и механики.
Естественно если обсуждения не будет - буду сам додумывать и экспериментировать, по готовности - размещу обязательно
ЗЫ По поводу Davida - насколько я понял принцип его действия там куча математики и повторить такую систему задача далеко не тривиальная... Хотя наверное правильнее сказать - принцип я практически не понял...

[beozar]

Смущение вызывает один момент, время сканирования будет не намного меньше времени обработки рельефа. На моем станке, рельеф 500*600*25, обрабатывается 6 часов. Я думаю DAVID можно брать за основу, снабдить лазер механикой на шаговике...?...?

[Trudogolik]

Смущение вызывает один момент, время сканирования будет не намного меньше времени обработки рельефа.

Это наверное от программы будет зависеть, ведь планшетные сканеры работают достаточно шустро даже в цвете.
А разница между цветным сканером и 3D сканером по объему и составу информации будет только в том, что вместо 32-х бит цвета каждой точки нужно передать расстояние этой точки от реперной точки или плоскости.
Тех же 32 бит для кодирования расстояния думаю будет даже чересчур много.
Впрочем это верно только для дальномерного способа.

[Alex64]

Думаю скорость сканирования будет не еньше макс. скорости перемещения - к примеру при скорости 8000мм/мин = 0.13 мм/милисек за 64 микросекунды(длительность строки тв развертки) сдвиг будет всего на 0.009 мм думаю такой погрешностью можно пренебречь

Правда для этого нужен не точечный а линейный лазер.. (это по мотивам Давида) зато за 25мс можно получить 300-640 строк... Я так понимаю программе визуализации должно быть по барабану в какой сетке координат находятся точки высоты?

[beozar]

8000мм/мин

Мой 2500 еле-еле выдает:(

нужен не точечный а линейный лазер..

Думаю именно здесь и надо плясать! Но это уже Давид!

[Alex64]

Ну почему же именно давид? скорее - а ля давид. но совершенно на другом принципе... а на 2500 - практически в 3 раза меньше смещение - 3 тысячных...

[Trudogolik]

Правда для этого нужен не точечный а линейный лазер.. (это по мотивам Давида) зато за 25мс можно получить 300-640 строк...

В среднем 50 микросекунд на обработку одной строки? Не мало ли?
Это сколько же элементов будет в строке?
ДАже если брать разрешение 0,05 мм, то для обработки фигурки шириной или высотой 200 мм потребуется 4000 элементов в строке. Получается что на обработку и передачу одного элемента потребуется всего 12 НАНОсекунд, а это частота 80 мГц!
Теперь маленькие расчеты по точности и количеству измерений.
При разрешающей способности 0,05 мм для сканирования шара диаметром 200 мм
потребуется сделать 12560 разрезов (арбузных корок).
С каждой "корки" нужно снять 6280 координат X, Y.
Общее число измерений 78 876 800.
Для обеспечения сканирования полного объема 500х300х300 мм устройство при той же
разрешающей способности должно провести измерения, передать и сохранить до 360 миллиардов координат.
В системе David-а лучшая разрешающая способность в 3 раза меньше,
используется "кадр" 1200х1600 элементов, что уменьшает количество измерений того же объема до 13,33 миллиардов. А рекомендуемое разрешение еще в 3 раза меньше, что снижает объем до 500 миллионов.
ДА и нужно ли сканирование с разрешением 0,05 мм?
Ведь при обратном процессе, то бишь фрезеровке мы должны выполнить программу с тем же числом строк,как и количество снятых при сканировании координат т.е. 360 миллиардов:)
Кто согласиться так долго сидеть у станка?
Еще маленький расчет. Если использовать стандартную телевизионную частоту, 50 кадров в секунду, то для того чтобы снять покадрово вышеупомянутый шар, вращая его со скоростью 50 шагов(срезов) в секунду, т.е. снять 12560 кадров, потребуется 251,2 секунды, или чуть больше 4-х минут. Или 1 минута, если ограничиться разрешением 0,2 мм. Токо где ж такую камеру, хотя бы на 2 мегапиксела взять, чтобы в комп 50 кадров в секунду передавала.

[Serg]

Trudogolik
Купить, пару сотен тысячь уе, при этом камера будет видео хранить в НЕ сжатом виде
12560 кадров, расширение 1500*1500 точек. средний размер несжатого файла будет 54 мегабайта в среднем при цветопередаче тру колор, т.е. 24 бита на цвет.
Итого нам нужно более 680 гигабайт места.

Может, где ошибся но цифра +/- правильная.

[Nikomas]

Вставлю и свой пятак, т.к. 3d моделированием занимаюсь давно и на проф уровне (об этом скажут мои заказчики и модели ) Есть в 3d такое понятие как карты нормалей - это когда делается вручную сложная высокополигональная модель и уже потом с нее снимается карта нормалей. В последующем чтобы не крутить в окнах высокополигональные модели накладывается данная карта нормалей и рендер считает ее как настоящую геометрию. Это я про то как из картинки такого рода

получить рельефную плоскость.

Теперь о том как получить такую карту без моделирования полигональной модели: для создания объема в своих работах я часто использую т.н. DOF (depth of field - глубина резкости)карты это когда расстояние до объекта в сцене "шифруется" как цвет по шкале серого. Т.е. если черный то значит это самое дальнее растояние, а белый ближнее.

Эта картинка показывает как работает плагин к фотошопу для создания глубины резкости (DOF) при помощи этой карты. Создать же такую карту можно просто засетить ее сильной перепендекулярно поставленной объекту вспышкой. Ну а потом как можно качественне сфотографировать то что получилось.

Вобщем идею подкинул а вам решать работатть с ней дальше или нет.

Вот и моя работа с DOF и без него

Показать/Спрятать

[koolhatcker]

Ведь при обратном процессе, то бишь фрезеровке мы должны выполнить программу с тем же числом строк,как и количество снятых при сканировании координат т.е. 360 миллиардовУлыбка

Имхо не факт:).
Ведь при сканировании мы просто получаем некую объёмную фигуру. Попиксельно. Но ведь при фрезеровке совсем необязательно фрезеровать попиксельно. Например - отсканили куб. Точек - куча. Но ведь не нужно их всех учитывать при обработке. Достаточно двигаться с заданной дискретностью от одной грани к другой. Причём дискретность скорее всего будет определять диаметр фрезы. Поэтому скорее всего наиболее тяжёлой задачей будет составить оптимизированную УП для ЧПУ на основе отсканированных данных. Конечно с точки зрения математических затрат проще делать "в лоб" - как двигался луч сканера при сканировании, так же двигать инструмент при обработке. Но в таком случае это приведёт именно к тем проблемам о которых вы говорите.

[Nikomas]

Например - отсканили куб. Точек - куча. Но ведь не нужно их всех учитывать при обработке.

видео кодеки на таком принципе и работают: имеют информацию об отдельных точках, а ряд между ними достраивают по логике. В векторной графике АПРОКСИМАЦИЯ это зовется.

[koolhatcker]

АПРОКСИМАЦИЯ это зовется.

Поверьте, я знаю про апроксимацию:). Просто старался объяснить так, чтобы было понятно любому, кто будет читать всё это:).

[Trudogolik]

С апроксимацией все ясно, но ведь апроксимацию в самой видеокамере делать не будешь, проще передать все в комп, а уже в нем оптимизируй под фрезу, и в принципе, делай что хочешь.
Посмотрел характеристики камеры, применяемой David-ом,
1200х1600, 30 кадров в секунду, в за полторы минуты можно отсканить объем.

[beozar]

Поэтому скорее всего наиболее тяжёлой задачей будет составить оптимизированную УП для ЧПУ на основе отсканированных данных.

Ни каких проблем, если модель сохраняется в любом 3D формате. Арткамом за 10 минут любая УП. Я часто использую готовые 3ds модели.

как двигался луч сканера при сканировании, так же двигать инструмент при обработке

А смысл? Копир?

[beozar]

Я в сторону Давида давно смотрю! Идея была лепить модель из пластилина (скульптурного) сканировать и резать на станке.

[Nikomas]

beozar, это как минимум скульптором надо быть - уж лучше тогда 3d моделирование освоить. Куда более привлекательные перспективы откроются. Тут Вам и балясины и в сети моделей куча... Я за 3d потому как отсканированную модель все равно править придется.

[koolhatcker]

Ни каких проблем, если модель сохраняется в любом 3D формате

Вот именно в этом то и проблема - организовать разрозненные координаты в СТАНДАРТНЫЙ ФОРМАТ. Причём заметьте - форматы бывают разные. Например формат может оперировать сплайнами, плоскостями и т.д... Задача в том, чтобы проанализировать массив точек и упорядочить их в структуры, подходящие под стандартные форматы. Имхо вариант хоть и не тупиковый, но требующий ОЧЕНЬ много ресурсов для практической реализации. Может быть есть какой-то простой формат? Либо уходить от такого варианта в сторону более простых решений, пока не погрязли на пятилетку во всём этом:)

[beozar]

Поэтому про Давида речь и идет, у него все решено... уже...почти

[Trudogolik]

ДА не такие они и разрозненные, все строго упорядочено У David_а весь объем разбивается на массу сечений, потом это все хозяйство сводится к единому целому.
Массив координат и больше ничего.
Вот один срез объемного носа, в нем тоже массив координат и все.

[Trudogolik]

Поэтому про Давида речь и идет, у него все решено... уже...почти

Да, уже и версия с управлением поворотным столом вроде как есть:)
В инете валяется версия управлялки вращением на Ардуино.

[Nikomas]

Вот один срез объемного носа, в нем тоже массив координат и все.

не все так просто. Попробуйте разбить вот такую плоскость на сечения и вы поймете что программе придется додумывать что куда соединяется

Куда более проще работать программам с тупыми углами между плоскостями, а не с острыми.
Посмотрите насколько сложно для сканирования ухо

[Trudogolik]

Так у David-а оно и делается просто, ухо "режется" допустим на горизонтальные сегменты и у каждого среза снимается кривая поверхности. Затем фигура разворачивается и делается новые срезы, захватывая ранее невидимые участки.
На этапе сведения программа вычисляет разницу срезов и сводит эти изображения в одно.
Кажется именно эта функция есть только в платной версии.
Сам принцип такого распознавания тоже исвестен, если сканировать объект плоским лучом (например, ГОРИЗОНТАЛЬНЫМ) с 2-х разных точек, разнесенных тоже по горизонтали, то в этих 2-х массивах координат всегда можно выделить 2 идентичные ВЕРТИКАЛЬНЫЕ линии, то есть на самом деле это одна и та же вертикаль, одинаково освещаемая с 2-х разных точек.В твоем верхнем рисунке это будет угол. Вот она как раз и служит точкой перехода от одного достоверного массива к другому.

[Ermak]

А зачем закладывать в сканер сложные элементы?

на станке то, будут более примитивные вырезаться.

То же ухо все равно не получится точной копией. волосинки там на нем и т.п.

А вообще даже и представляю что кто то захочет свою голову положить и держать её пока сосканирует.

[Trudogolik]

Но та верхняя фигура что нарисовал Nikomas, должна и может быть вырезана точно.
Сложности представляют поднутрения, например если мы можем, вращая фигуру вокруг вертикальной оси, отсканировать ухо и точно вырезать все что внутри уха и за ним,(т.е сканирование в 4-х осях координат) то чтобы вырезать ноздри, придется делать еще одно полное сканирование, вращая фигуру вокруг горизонтальной оси, т.е сделать 5-ти осевое сканирование.

А вообще даже и представляю что кто то захочет свою голову положить и держать её пока сосканирует.

Фигня, главное сканер сделать, а там внесем в правила новый пункт и заставим