CC BY
14/ TECHNICAL SCIENCE_46_
УДК 658.512.2: 004.93'1
Селищев Д. Н., Сергеев А. И.
Оренбургский государственный университет ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ АППАРАТНОЙ ЧАСТИ 3D СКАНЕРА
Selischev D. N., Sergeev A. I.
Orenburg State University
HARDWARE PART CONSTRUCTION 3D SCANNER OPTIONS
Аннотация
В статье рассматриваются возможные варианты конструкции аппаратной части расположения и перемещения сканирующего устройства, обеспечивающие построение автоматизированного программно-аппаратного комплекса трёхмерного сканирования. Abstract
The article discusses possible variants of the hardware design of the location and movement of the scanning device, providing the construction of an automated software and hardware complex for three-dimensional scanning.
Ключевые слова: трёхмерное сканирование; автоматизация сканирования; iD-сканер Keywords: three-dimensional scanning; scanning automation, 3D-scanner
Автоматизация процесса 3Б-сканирования заключается в изменении положения камеры и источника излучения относительно исследуемого объекта. Представленные на рынке настольные системы 3Б-сканирования, как правило, оснащены поворотной платформой платформой, фиксированной в одном положении камерой и одним или двумя источниками линейной подсветки с фиксированным либо изменяемым базисом.
Преимущества такой конструкции в её простоте и известных координатах камеры, но при этом реализуется только одна степень свободы. Судя по результатам анализа имеющихся рыночных решениях по состоянию на осень 2018 года [1, 2], такая конструкция в большинстве случаев используется для бытовых задач, но для качественного процесса сканирования с последующим использованием в САПР точности и функциональности такой конструкции недостаточно. При сканировании изделий со сложной формой поверхности возникает необходимость изменения ракурса камеры («посмотреть» на деталь под разными углами). Фиксированное расстояние от камеры до поверхности объекта имеет своё преимущество -определение расстояния фокусировки только на этапе проектирования и отсутствие необходимости в последующей корректировке фокуса во время
эксплуатации. Но при сканировании мелких деталей без возможности приблизиться к исследуемому объекту часть поля зрения камеры останется неиспользуемой, в результате модель объекта получится с небольшим разрешением. Таким образом, актуальной становится проблема обеспечения возможности движения камеры относительно детали как минимум по трём степеням свободы: расстояние до объекта х, поворот вокруг объекта у, высота камеры г и/или изменение угла наклона.
Реализация требуемых возможностей усложняет конструкцию устройства и алгоритмы обработки, так как в этом случае усложняется задача вычисления координат положения камеры. Зазоры в сочленениях и механизмах приводят к погрешности определения координат. Данную проблему можно решить усилением конструкции, использованием датчиков угла поворота (энкодеров) [6], либо вовсе отказом от подсчёта координат по положению узлов механизации в пользу вычисления координат на основе получаемого изображения, используя специальные маркеры для автоматической калибровки положения камеры.
Рассмотрим некоторые варианты конструкции, позволяющей менять положение камеры в автоматическом либо автоматизированном режимах.
/ тшшюеАк Юимзж 47
Г) Д)
Рисунок 1. Варианты конструкции аппаратной части сканирующего устройства
Вариант а) - подъём камеры. Подъём оптического блока осуществляется с помощью вертикально установленной шарико-винтовой передачи (ШВП) ШВП обеспечивает движение с высокой точностью, фиксацию, отсутствие обратного движения (самоторможение). При увеличения угла подъёма увеличивается расстояние от камеры, максимальный угол ограничен высотой ШВП с подъёмом угол становится острее, при этом главный недостаток - невозможность размещения оптического блок в зените над исследуемым объектом.
Вариант б) - горизонтальное перемещение камеры над объектом. Оптический блок размещён на элементах конструкции над исследуемым объектом и имеет возможность перемещаться по одной оси (с помощью червячной или шарико-винтовой передачи), оптический блок имеет возможность поворачиваться для наведения на объект. Недостатки сходны с описанными для варианта «А» с той разницей, что доступен вид сверху на объект, но недостижим нулевой угол по горизонтали.
Вариант в) - камера на манипуляторе. Подъём камеры и изменение угла зрения осуществляются с помощью механически соединённых сочленений. Конструкция позволяет достичь угла зрения на объект от 0 до 90 градусов. Необходимо решить проблему с подводом коммуникаций к оптическому блоку по сочленениям. Ограничен диапазон расстояний от камеры до объекта в зависимости от высоты. Суммарный люфт в механических соединениях может привести к погрешности определения положения узлов без использования энкодеров.
Вариант г) - камера на манипуляторе, перемещающимся над объектом. Оптический блок разме-
щён на механически соединённых сочленениях, закреплённых на верхних элементах конструкции. Имеет преимущества и недостатки, сходные с вариантом «В», но благодаря дополнительной возможности перемещения вдоль оси х увеличивается допустимый диапазон расстояний от камеры до объекта.
Вариант д) - поворачивающаяся арка. Оптический блок закреплён на подвижной раме, перемещающейся благодаря винтовой передаче вдоль опор, размещённых над поворотной платформой и поворачивающихся вокруг горизонтальной оси, перпендикулярной направлению обзора камеры. Минимальное количество механических соединений обуславливает возможность минимизировать погрешность вычисления положения узлов.
Во всех рассмотренных конструкциях для изменения положения объекта в поле зрения камеры используется поворотная платформа (подиум). Альтернативой является вращение камеры вокруг неподвижного объекта, но в этом случае появляется проблема подвода кабелей данных и питания к оптическому блоку, размещаемых на вращающемся механизме. При использовании поворотной платформы такая проблема отсутствует так как нет необходимости подведения к ней коммуникаций. Ограничением к использованию поворотной платформы является необходимость устойчивого размещения исследуемого объекта и ограничение скорости и ускорения поворота, чтобы не допускать смещение вследствие инерции и центробежных сил.
В таблице 1 произведено сравнение возможностей рассматриваемых конструкций.
/ ■ЩЩГОЕАк ЮИМеИ_48
Таблица 1.
Сравнение рассматриваемых конструкций
Классическая схема Вариант А Вариант Б Вариант В Вариант Г Вариант Д
Минимальный угол Не изменяется 0 >> 0 Ограничен длиной механизма, перемещающего камеры, и высотой её размещения 0 (Зависит от высоты механизма) 0 (Зависит от высоты механизма) 0
Максимальный угол Не изменяется << 90 Ограничен высотой подъёмного механизма и расстоянием до объекта 90 90 90 180
Возможность приблизиться к объекту Отсутствует Имеется
Определение координаты х камеры Фиксированное значение Количество оборотов * шаг винта По углам поворота элементов конструкции Количество оборотов * шаг винта Количество оборотов * шаг винта с учётом угла поворота
Обзор вокруг объекта 360 градусов
Определение координаты у камеры По углу поворота платформы По углам поворота элементов конструкции
Перемещение по высоте ъ Отсутствует Подъёмный механизм Отсутствует Поворот сочленений Поворот сочленений Поворот рамы
Определение координаты ъ камеры Фиксированное значение Количество оборотов * шаг винта Фиксированное значение По углам поворота элементов конструкции Количество оборотов * шаг винта с учётом угла поворота
Изменение ракурса Не осуществляется Наклон камеры Наклон камеры Наклон камеры Наклон камеры Связан с поворотом конструкции, направлен всегда в центр
Определение ракурса камеры Фиксированное значение По сервоприводу По координате х и высоте размещения камеры По углам поворота элементов конструкции По углам поворота элементов конструкции с учётом координат х и ъ По углу поворота конструкции
Рассмотрев данные схемы предпочтение было отдано арочной конструкции с поворотной платформой (вариант д), поскольку в этом варианте минимизировано количество сочленений, что должно
снизить погрешность определения фактических координат от расчётных при перемещении узлов механизации.
Литература
«C@yL@qyiym-J©yrMaL»#2î2â),2@19 / TECHNICAL SCOEMC
1. Matter and form 3D Desktop Scanner [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://matter-andform. net/scanner
2. Виды 3D сканеров и особенности их работы [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.2d-3d.ru/opisanie-programm/1550-obzor-3d-skanerov.html
3. Кравцов, М.А. Выбор аппаратной платформы для 3D сканирования трехмерных объектов / Кравцов М. А., Зюзя В. Н., Комраков В. В. // «Знание», 2016. №4-1 (33), - С.83-85.
4. Леонов, В.Г. Разработка и изготовление школьниками автоматизированной установки для
49_
3Б-сканирования / Леонов В. Г., Комлев П. В., Тихонов Н. А., Ходосов И. П. - М.: Школа и производство, 2017 №3. - С. 16-24
5. Селищев, Д. Н. Автоматизация процесса трёхмерного сканирования / Селищев Д. Н., Феду-лаев Е. В., Сергеев А. И. // Автоматизированные системы управления и информационные технологии: материалы всероссийской науч. -техн. конф. (г. Пермь, 17 мая 2018 г.). - Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2018. - Т. 1. - С. 175-178.
6. Энкодеры. Виды и работа. Особенности и применение [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https ://е1есйшат. ru/glavnaj аМаЬойсЬпуе -seti/oborudovanie/enkodery/
УДК 001.81
Бажан П.В., Сенчило М.С.
Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики
ПРОБЛЕМЫ СНИЖЕНИЯ ПОРОГА ВХОЖДЕНИЯ В МОДЕЛИ РАЗРАБОТКИ ВЕБ-СИСТЕМ: АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ ПУТЕЙ ПОЛУЧЕНИЯ НОВЫХ ЗНАНИЙ
Bazhan P.V., Senchilo M.S.
St. Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics
PROBLEMS OF REDUCING THE THRESHOLD OF THE ENTRANCE IN THE MODEL OF DEVELOPMENT OF WEB-SYSTEMS: ANALYSIS OF POSSIBLE WAYS TO GET NEW
KNOWLEDGE
Аннотация
В представленной статье проведен анализ возможных путей получения знаний, выявлены проблемы возникающие при обучении на онлайн-курсах, рассмотрены достоинства и недостатки самообучения. Все эти данные помогают решать проблемы снижения порога вхождения в модели разработки веб-систем.
Abstract
In the present article, an analysis ofpossible ways of obtaining knowledge was carried out, problems arising from learning in online courses were identified, and the advantages and disadvantages of self-study were examined. All this data helps to solve the problems of lowering the threshold for entering the web-systems development model.
Ключевые слова: WEB-технологии, знания, онлайн-курсы, самообучение, профессиональные курсы, приложения.
Key words: WEB-technologies, knowledge, online courses, self-study, professional courses, applications.
Процесс обучения человека с точки зрения науки педагогики, которая однозначно подразумевает наличие ученика и преподавателя. Однако это не единственный способ получения новых знаний, умений и навыков. Условно можно выделить два пути обучения, каждый из которых имеет как преимущества, так и недостатки: путь консервативный, с преподавателем, имеющим прямой контакт со студентом, а также путь самообучения по специальным учебным материалам.
Относительно систем разработки WEB-технологий, можно сказать, что общей проблемой для обоих путей обучения является необходимость иметь уровень компьютерной грамотности выше среднего. Также большую роль играет цель, которую ставит перед собой студент изначально. Эти цели можно разделить таким образом:
- создание небольшого рабочего приложения для личного пользования;
- изучение систем разработки WEB-приложений для последующего трудоустройства;
- разработка новых инструментов разработки приложений;
- изучение фундаментальных основ языков программирования, привнесение собственных идей в парадигму WEB [2].
Для каждой следующей цели необходимый базис знаний будет выше, чем для предыдущего. Таким образом, первой проблемой на пути изучения систем и моделей разработки может быть недостаточная компьютерная грамотность студента. Если человек успешно преодолевает этот этап, далее ему необходимо выбрать, какой из путей образования выбрать.
