CN108961394A - 一种基于数字化双胞胎技术的虚实结合产品研发平台 - Google Patents

一种基于数字化双胞胎技术的虚实结合产品研发平台 Download PDF

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李慧娜
黄伟龙
马志超
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本发明公开了一种基于数字化双胞胎技术的虚实结合产品研发平台,包括拍摄扫描模块,用于将待研发的产品进行拍摄和扫描形成待研发产品的图像组,数据3D模型转化模块,用于将待研发的产品的图像组转化为虚拟三维模型,在线研发模块,用于对虚拟三维模型进行在线研发和调试形成研发好的产品的虚拟三维模型,3D打印模块,用于将研发好的产品的虚拟三维模型进行3D打印形成实体产品,进行实体调试;本发明通过拍照扫描模块、数字3D模型转化模块、在线研发模块、3D打印模块的设置,将现有的企业的研发过程从实体转移到虚拟,大幅节省了资源的同时最大限度的提高了产品研发的效率。

Description

一种基于数字化双胞胎技术的虚实结合产品研发平台
技术领域
本发明涉及产品研发领域,尤其涉及一种基于数字化双胞胎技术的虚实结合产品研发平台。
背景技术
产品研发是指个人、科研机构、企业、学校、金融机构等,创造性研制新产品,或者在原有产品的基础上进行改良。
现在大多数企业在进行产品研发时,常常需要制造大量的实物进行组装和调试,这样效率低下的同时容易造成大量的资源浪费,而且大型机械的制造和组装极为不便,甚至在制造和组装的过程中还会存在安全隐患。
故提供一种可虚实结合的产品研发平台是十分有必要的。
发明内容
本发明的目的在于:为解决现有的企业在进行产品研发时,常常需要制造大量的实物进行组装和调试,这样效率低下的同时容易造成大量的资源浪费的问题,特提供一种基于数字化双胞胎技术的虚实结合产品研发平台。
本发明采用的技术方案如下:
一种基于数字化双胞胎技术的虚实结合产品研发平台,包括拍摄扫描模块,用于将待研发的产品进行拍摄和扫描形成待研发产品的图像组,数据3D模型转化模块,用于将待研发的产品的图像组转化为虚拟三维模型,在线研发模块,用于对虚拟三维模型进行在线研发和调试形成研发好的产品的虚拟三维模型,3D打印模块,用于将研发好的产品的虚拟三维模型进行3D打印形成实体产品,进行实体调试。
上述方案中,所述拍摄扫描模块包括:
外部轮廓拍摄单元:使用通过一次拍摄来获取一组图像的立体照相机,从不同的角度对被拍摄对象拍摄多次,形成多组外部轮廓图像。
内部形状扫描单元:使用内部结构X光检测仪,从上述的不同角度对被拍摄对象进行多次扫描,形成与多组外部轮廓图像一一对应的多组内部形状图像。
图像组形成单元:用于将每组外部轮廓图像和与其对应的内部形状图像合成为一个图像组,将多组外部轮廓图像和内部形状图像一一对应合成后,形成多个图像组。
上述方案中,所述数据3D模型转化模块包括:
接受单元,用于接受多个图像组的输入;
生成单元,用于将接受到的多个图像组中的每一个组,生成被拍摄扫描对象的多个三维模型;
选择单元,用于从生成的多个三维模型之中,选择被合成三维模型和合成为该被合成三维模型的合成三维模型;
提取单元,用于从选择出的被合成三维模型中提取多个第一特征点,并且从选择出的合成三维模型中提取多个第二特征点;
获取单元,用于从上述提取出的多个第一特征点和多个第二特征点中获取将合成三维模型的坐标变换为被合成三维模型的坐标系的坐标的坐标变换参数;
变换单元,用于将获取到的坐标变换参数,将上述合成三维模型的坐标变换为上述被合成三维模型的坐标系的坐标;
合成单元,用于将坐标变换后的合成三维模型与被合成三维模型合成为最终三维模型。
上述方案中,所述获取单元具体为,从提取出的多个第一特征点之中选择三个第一特征点,从提取出的多个第二特征点之中选择三个第二特征点,获取使选择出的三个第二特征点的坐标与选择出的三个第一特征点的坐标一致的坐标变换参数,其中,选择出的三个第二特征点构成与以选择出的三个第一特征点作为三个顶点的三角形全等的三角形的三个顶点。
上述方案中,所述获取单元执行多次从上述提取出的多个第一特征点之中随机选择三个第一特征点并获取坐标变换参数的处理,并且从通过该多次处理获取到的多个坐标变换参数之中选择一个坐标变换参数。
上述方案中,所述获取单元从多个坐标变换参数之中,选择使变换单元进行的坐标变换后的多个第二特征点的坐标与多个第一特征点的坐标最吻合的一个坐标变换参数。
上述方案中,所述选择单元从生成的多个三维模型之中,选择被合成三维模型以外的所有的三维模型作为合成三维模型;所述获取单元针对选择单元选择出的、被合成三维模型以外的所有的三维模型,获取坐标变换参数;所述变换单元针对选择单元选择出的、被合成三维模型以外的所有的三维模型,执行坐标变换;所述合成单元针对选择单元选择出的、被合成三维模型以外的所有的三维模型,执行合成。
上述方案中,所述合成单元按照使对应的特征点彼此之间属于相同的组的方式将上述多个第一特征点和上述多个第二特征点分组为多个组,针对该多个组中的每一个组求取重心,将求出的多个重心作为新的多个特征点,生成最终的三维模型。
上述方案中,所述在线研发模块包括:
自由变换单元:用于将物品的最终三维模型进行自由变换编辑;
连接单元:用于将不同物品的最终三维模型进行连接;
模拟调试单元:用于将连接之后的不同物品的最终三维模型进行模拟调试;
上述方案中,所述3D打印模块具体为,将模拟调试之后的产品进行3D打印,打印出实体后,进行实际调试。
综上所述,由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果是:
本发明通过拍照扫描模块的设置,对待研发的产品进行扫描拍摄,通过数字3D模型转化模块的设置,将待研发的产品的图像转化为虚拟三维模型,通过在线研发模块对虚拟三维模型进行在线研发和虚拟在线调试,得出研发出的产品的虚拟三维模型,再通过3D打印模块打印出研发出的产品,进行实体调试,通过这种方式解决了现有的企业在进行产品研发时,需要制造大量的实物进行组装和调试,这样效率低下的同时容易造成大量的资源浪费的问题,将现有的企业的研发过程从实体转移到虚拟,大幅节省了资源的同时最大限度的提高了产品研发的效率。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征,或公开的所有方法或过程中的步骤,除了互相排斥的特征和/或步骤以外,均可以以任何方式组合。
一种基于数字化双胞胎技术的虚实结合产品研发平台,包括拍摄扫描模块,用于将待研发的产品进行拍摄和扫描形成待研发产品的图像组,数据3D模型转化模块,用于将待研发的产品的图像组转化为虚拟三维模型,在线研发模块,用于对虚拟三维模型进行在线研发和调试形成研发好的产品的虚拟三维模型,3D打印模块,用于将研发好的产品的虚拟三维模型进行3D打印形成实体产品,进行实体调试。
进一步的,所述拍摄扫描模块包括:
外部轮廓拍摄单元:使用通过一次拍摄来获取一组图像的立体照相机,从不同的角度对被拍摄对象拍摄多次,形成多组外部轮廓图像。
内部形状扫描单元:使用内部结构X光检测仪,从上述的不同角度对被拍摄对象进行多次扫描,形成与多组外部轮廓图像一一对应的多组内部形状图像。
图像组形成单元:用于将每组外部轮廓图像和与其对应的内部形状图像合成为一个图像组,将多组外部轮廓图像和内部形状图像一一对应合成后,形成多个图像组。
进一步的,所述数据3D模型转化模块包括:
接受单元,用于接受多个图像组的输入;
生成单元,用于将接受到的多个图像组中的每一个组,生成被拍摄扫描对象的多个三维模型;
选择单元,用于从生成的多个三维模型之中,选择被合成三维模型和合成为该被合成三维模型的合成三维模型;
提取单元,用于从选择出的被合成三维模型中提取多个第一特征点,并且从选择出的合成三维模型中提取多个第二特征点;
获取单元,用于从上述提取出的多个第一特征点和多个第二特征点中获取将合成三维模型的坐标变换为被合成三维模型的坐标系的坐标的坐标变换参数;
变换单元,用于将获取到的坐标变换参数,将上述合成三维模型的坐标变换为上述被合成三维模型的坐标系的坐标;
合成单元,用于将坐标变换后的合成三维模型与被合成三维模型合成为最终三维模型。
进一步的,所述获取单元具体为,从提取出的多个第一特征点之中选择三个第一特征点,从提取出的多个第二特征点之中选择三个第二特征点,获取使选择出的三个第二特征点的坐标与选择出的三个第一特征点的坐标一致的坐标变换参数,其中,选择出的三个第二特征点构成与以选择出的三个第一特征点作为三个顶点的三角形全等的三角形的三个顶点。
进一步的,所述获取单元执行多次从上述提取出的多个第一特征点之中随机选择三个第一特征点并获取坐标变换参数的处理,并且从通过该多次处理获取到的多个坐标变换参数之中选择一个坐标变换参数。
进一步的,所述获取单元从多个坐标变换参数之中,选择使变换单元进行的坐标变换后的多个第二特征点的坐标与多个第一特征点的坐标最吻合的一个坐标变换参数。
进一步的,所述选择单元从生成的多个三维模型之中,选择被合成三维模型以外的所有的三维模型作为合成三维模型;所述获取单元针对选择单元选择出的、被合成三维模型以外的所有的三维模型,获取坐标变换参数;所述变换单元针对选择单元选择出的、被合成三维模型以外的所有的三维模型,执行坐标变换;所述合成单元针对选择单元选择出的、被合成三维模型以外的所有的三维模型,执行合成。
进一步的,所述合成单元按照使对应的特征点彼此之间属于相同的组的方式将上述多个第一特征点和上述多个第二特征点分组为多个组,针对该多个组中的每一个组求取重心,将求出的多个重心作为新的多个特征点,生成最终的三维模型。
进一步的,所述在线研发模块包括:
自由变换单元:用于将物品的最终三维模型进行自由变换编辑;
连接单元:用于将不同物品的最终三维模型进行连接;
模拟调试单元:用于将连接之后的不同物品的最终三维模型进行模拟调试;
进一步的,所述3D打印模块具体为,将模拟调试之后的产品进行3D打印,打印出实体后,进行实际调试。
以上所述,仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,本发明的专利保护范围以权利要求书为准,凡是运用本发明的说明书所作的等同结构变化,同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于数字化双胞胎技术的虚实结合产品研发平台,其特征在于:包括拍摄扫描模块,用于将待研发的产品进行拍摄和扫描形成待研发产品的图像组,数据3D模型转化模块,用于将待研发的产品的图像组转化为虚拟三维模型,在线研发模块,用于对虚拟三维模型进行在线研发和调试形成研发好的产品的虚拟三维模型,3D打印模块,用于将研发好的产品的虚拟三维模型进行3D打印形成实体产品,进行实体调试。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字化双胞胎技术的虚实结合产品研发平台,其特征在于,所述拍摄扫描模块包括:
外部轮廓拍摄单元:使用通过一次拍摄来获取一组图像的立体照相机,从不同的角度对被拍摄对象拍摄多次,形成多组外部轮廓图像。
内部形状扫描单元:使用内部结构X光检测仪,从上述的不同角度对被拍摄对象进行多次扫描,形成与多组外部轮廓图像一一对应的多组内部形状图像。
图像组形成单元:用于将每组外部轮廓图像和与其对应的内部形状图像合成为一个图像组,将多组外部轮廓图像和内部形状图像一一对应合成后,形成多个图像组。
3.根据权利要求2所述的一种基于数字化双胞胎技术的虚实结合产品研发平台,其特征在于,所述数据3D模型转化模块包括:
接受单元,用于接受多个图像组的输入;
生成单元,用于将接受到的多个图像组中的每一个组,生成被拍摄扫描对象的多个三维模型;
选择单元,用于从生成的多个三维模型之中,选择被合成三维模型和合成为该被合成三维模型的合成三维模型;
提取单元,用于从选择出的被合成三维模型中提取多个第一特征点,并且从选择出的合成三维模型中提取多个第二特征点;
获取单元,用于从上述提取出的多个第一特征点和多个第二特征点中获取将合成三维模型的坐标变换为被合成三维模型的坐标系的坐标的坐标变换参数;
变换单元,用于将获取到的坐标变换参数,将上述合成三维模型的坐标变换为上述被合成三维模型的坐标系的坐标;
合成单元,用于将坐标变换后的合成三维模型与被合成三维模型合成为最终三维模型。
4.根据权利要求3所述的一种基于数字化双胞胎技术的虚实结合产品研发平台,其特征在于,所述获取单元具体为,从提取出的多个第一特征点之中选择三个第一特征点,从提取出的多个第二特征点之中选择三个第二特征点,获取使选择出的三个第二特征点的坐标与选择出的三个第一特征点的坐标一致的坐标变换参数,其中,选择出的三个第二特征点构成与以选择出的三个第一特征点作为三个顶点的三角形全等的三角形的三个顶点。
5.根据权利要求4所述的一种基于数字化双胞胎技术的虚实结合产品研发平台,其特征在于,所述获取单元执行多次从上述提取出的多个第一特征点之中随机选择三个第一特征点并获取坐标变换参数的处理,并且从通过该多次处理获取到的多个坐标变换参数之中选择一个坐标变换参数。
6.根据权利要求5所述的一种基于数字化双胞胎技术的虚实结合产品研发平台,其特征在于,所述获取单元从多个坐标变换参数之中,选择使变换单元进行的坐标变换后的多个第二特征点的坐标与多个第一特征点的坐标最吻合的一个坐标变换参数。
7.根据权利要求3所述的一种基于数字化双胞胎技术的虚实结合产品研发平台,其特征在于:
所述选择单元从生成的多个三维模型之中,选择被合成三维模型以外的所有的三维模型作为合成三维模型,
所述获取单元针对选择单元选择出的、被合成三维模型以外的所有的三维模型,获取坐标变换参数,
所述变换单元针对选择单元选择出的、被合成三维模型以外的所有的三维模型,执行坐标变换,
所述合成单元针对选择单元选择出的、被合成三维模型以外的所有的三维模型,执行合成。
8.根据权利要求7所述的一种基于数字化双胞胎技术的虚实结合产品研发平台,其特征在于,所述合成单元按照使对应的特征点彼此之间属于相同的组的方式将上述多个第一特征点和上述多个第二特征点分组为多个组,针对该多个组中的每一个组求取重心,将求出的多个重心作为新的多个特征点,生成最终的三维模型。
9.根据权利要求3-8中任一所述的一种基于数字化双胞胎技术的虚实结合产品研发平台,其特征在于,所述在线研发模块包括:
自由变换单元:用于将物品的最终三维模型进行自由变换编辑;
连接单元:用于将不同物品的最终三维模型进行连接;
模拟调试单元:用于将连接之后的不同物品的最终三维模型进行模拟调试。
10.根据权利要求9所述的一种基于数字化双胞胎技术的虚实结合产品研发平台,其特征在于,所述3D打印模块具体为,将模拟调试之后的产品进行3D打印,打印出实体后,进行实际调试。
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