CN109671057A - 一种3d打印骨科模型的检测系统及检测方法 - Google Patents

一种3d打印骨科模型的检测系统及检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的3D打印骨科模型的检测系统及检测方法，利用中央处理单元、参数输入装置、3D打印设备、传输驱动电机、传输装置、图像采集装置、图像处理装置、图像对比装置、存储装置、显示装置、通讯装置和报警装置，实现对3D打印设备加工的骨科模型检测，通过图像处理对骨科模型的图像进行采集，并与标准骨科模型的三维图像信息比对，可提高3D打印设备对骨科模型的加工和检测的合格率，图像处理装置包括灰度变换模块、图像增强模块和图像平滑模块，图像采集装置的输出端与灰度变换模块的输入端连接，灰度变换模块的输出端与图像增强模块的输入端连接，图像增强模块的输出端与图像平滑模块的输入端连接，图像平滑模块与图像对比装置连接。

Description

一种3D打印骨科模型的检测系统及检测方法
技术领域
本发明涉及3D打印领域，尤其涉及一种3D打印骨科模型的检测系统及检测方法。
背景技术
3D打印技术出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。它与普通打印工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。
日常生活中使用的普通打印机可以打印电脑设计的平面物品，而所谓的3D打印机与普通打印机工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印机的打印材料是墨水和纸张，而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料，打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。通俗地说，3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备，比如打印一个机器人、打印玩具车，打印各种模型，甚至是食物等等。之所以通俗地称其为“打印机”是参照了普通打印机的技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。
目前，在医疗领域，通常使用3D打印设备对骨科模型进行打印，一般仅是向3D打印设备输入需要打印的骨科模型的参数，然后通过3D打印设备根据用户输入的参数进行建模，3D打印设备将医务人员所需要的骨科模型打印出来以后，无法对该模型是否合格准确判断，也就是说，现有技术中，无法对3D打印设备打印出的骨科模型是否符合预期要求进行判断。
发明内容
因此，为了解决上述问题，本发明提供一种3D打印骨科模型的检测系统及检测方法，利用中央处理单元、参数输入装置、3D打印设备、传输驱动电机、传输装置、图像采集装置、图像处理装置、图像对比装置、存储装置、显示装置、通讯装置以及报警装置，可实现对3D打印设备打印出的骨科模型进行自动检测，通过图像处理对骨科模型的图像进行采集，并与标准骨科模型的三维图像信息进行比对，可大大提高3D打印设备对骨科模型的加工和检测的合格率。
根据本发明的一种3D打印骨科模型的检测系统，其包括中央处理单元、参数输入装置、3D打印设备、传输驱动电机、传输装置、图像采集装置、图像处理装置、图像对比装置、存储装置、显示装置、通讯装置以及报警装置；
其中，所述通讯装置的输入端、所述报警装置的输入端、所述3D打印设备的输入端、所述传输驱动电机的输入端、所述存储装置的输入端以及所述显示装置的输入端与所述中央处理单元的输出端连接，所述图像采集装置的输出端与图像处理装置的输入端连接，所述图像处理装置的输出端与所述图像对比装置的输入端连接，所述图像对比装置与所述中央处理单元双向通信，所述参数输入装置的输出端与所述中央处理单元的输入端连接，所述传输驱动电机的输出端与所述传输装置的输入端连接。
优选的，图像处理装置包括灰度变换模块、图像增强模块以及图像平滑模块；
其中，图像采集装置的输出端与灰度变换模块的输入端连接，灰度变换模块的输出端与图像增强模块的输入端连接，图像增强模块的输出端与图像平滑模块的输入端连接，图像平滑模块的输出端与图像对比装置的输入端连接。
优选的，中央处理单元和图像对比装置通过无线通讯网络进行连接，中央处理单元将标准骨科模型的三维图像信息传输至图像对比装置。
优选的，其特征在于，中央处理单元控制通讯装置将检测信息传输至医务人员的远程监控中心。一种利用所述的3D打印骨科模型的检测系统的3D打印骨科模型检测方法，包括以下步骤：
步骤一：用户通过所述参数输入装置输入所述3D打印设备的运行参数，所述参数输入装置将输入的参数传输至所述中央处理单元，所述3D打印设备根据用户输入的参数进行骨科模型三维建模，得到标准骨科模型的三维图像信息，3D打印设备进行打印；
步骤二：所述3D打印设备根据用户输入的参数对骨科模型打印完成后，所述中央处理单元控制所述传输驱动电机驱动所述传输装置，所述传输装置将处理完成的骨科模型传输至图像采集装置，所述图像采集装置采集骨科模型的图像信息，并将图像信息传输至图像处理装置；
步骤三：所述图像处理装置对所述图像采集装置采集的图像信息进行图像处理；
步骤四：将步骤三中图像处理后的图像信息传输至所述图像对比装置，所述图像对比装置将经过所述图像处理装置处理后的图像信息与标准骨科模型的三维图像信息进行比对；
步骤五：所述图像对比装置将经过所述图像处理装置处理后的图像信息与标准骨科模型的三维图像信息进行比对，若一致，则骨科模型打印合格，若不一致，则所述中央处理单元控制所述报警装置发送报警信息，所述中央处理单元控制所述存储装置将经过所述图像处理装置处理后的图像信息进行存储，所述中央处理单元控制所述显示装置对经过所述图像处理装置处理后的图像信息进行显示。
优选的，所述的步骤三包括以下步骤：将所述图像采集装置传输至所述图像处理装置的图像定义为二维函数f(x,y)，其中x、y是空间坐标，所述灰度变换模块对图像f(x,y)进行灰度变换处理，灰度变换后的图像二维函数为p(x,y)，其中，对图像f(x,y)进行预处理得到图像预处理二维函数a(x,y)，其中，
a(x，y)＝3f(x，y)-2f(x-1，y)+2f(x+1，y)+f(x，y-1)-2f(x，y+1)；
其中，a、b、c、d为常量。
优选的，所述的步骤三还包括以下步骤：所述图像增强模块对上述图像p(x，y)进行图像增强处理，经过增强处理后图像二维函数为h(x，y)，其中，
优选的，所述的步骤三还包括以下步骤：所述图像平滑模块对上述图像h(x，y)进行图像平滑处理，经过平滑处理后图像二维函数为u(x，y)，其中平滑函数为g(x，y)，
u(x，y)＝h(x，y)*g(x，y)，其中，*为卷积符号，σ为自定义可调常数，平滑的作用是通过σ来控制的；所述图像平滑模块将图像u(x，y)传输至所述图像对比装置。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明提供一种3D打印骨科模型的检测系统及方法，利用中央处理单元、参数输入装置、3D打印设备、传输驱动电机、传输装置、图像采集装置、图像处理装置、图像对比装置、存储装置、显示装置、通讯装置以及报警装置，可实现对3D打印设备打印出的骨科模型进行自动检测，通过图像处理对骨科模型的图像进行采集，并与标准骨科模型的三维图像信息进行比对，根据检测结果及时修正3D打印骨科模型的参数以及调整或修理3D打印设备，从而大大提高骨科模型的加工和检测的合格率。
优选的，图像处理装置对采集的图像分别进行灰度变换、图像增强、图像平滑处理，可高效、快速的提取图像采集装置的图像信息，可提高对待检测骨科模型的图像信息的辨识精度，有效地保障骨科模型的合格率。
附图说明
图1为本发明的一种3D打印骨科模型的检测系统的示意图；
图2为本发明的图像处理装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明提供的3D打印骨科模型的检测系统进行详细说明。
如图1所示，本发明提供的3D打印骨科模型的检测系统包括中央处理单元、参数输入装置、3D打印设备、传输驱动电机、传输装置、图像采集装置、图像处理装置、图像对比装置、存储装置、显示装置、通讯装置以及报警装置；
其中，通讯装置的输入端、报警装置的输入端、3D打印设备的输入端、传输驱动电机的输入端、存储装置的输入端以及显示装置的输入端与中央处理单元的输出端连接，图像采集装置的输出端与图像处理装置的输入端连接，图像处理装置的输出端与图像对比装置的输入端连接，图像对比装置与中央处理单元双向通信，参数输入装置的输出端与中央处理单元的输入端连接，传输驱动电机的输出端与传输装置的输入端连接。
如图2所示，图像处理装置包括灰度变换模块、图像增强模块以及图像平滑模块；
其中，图像采集装置的输出端与灰度变换模块的输入端连接，灰度变换模块的输出端与图像增强模块的输入端连接，图像增强模块的输出端与图像平滑模块的输入端连接，图像平滑模块的输出端与图像对比装置的输入端连接。
具体地，中央处理单元和图像对比装置通过无线通讯网络进行连接，中央处理单元将标准骨科模型的三维图像信息传输至图像对比装置，标准骨科模型的三维图像信息为按照预期参数建立的骨科模型的图像信息。
具体地，中央处理单元控制通讯装置将检测信息传输至医务人员的远程监控中心。
具体地，医务人员通过远程监控中心对3D打印设备加工的骨科模型的检测结果进行实时监测，远程控制中心可以将检测结果实时发送至医务人员的手机或电脑，医务人员也可利用手机或电脑主动查询3D打印设备加工的骨科模型的检测结果，便于及时发现不合格的骨科模型，从而及时探究不合格骨科模型出现的原因，若是由于3D打印设备出现的故障导致不合格的骨科模型大量出现，即可及时处理该故障，节约3D打印材料，提升3D打印设备加工的骨科模型的合格率。
一种所述的3D打印骨科模型的检测系统的3D打印骨科模型检测方法，包括以下步骤：
步骤一：用户通过所述参数输入装置输入所述3D打印设备的运行参数，所述参数输入装置将输入的参数传输至所述中央处理单元，所述3D打印设备根据用户输入的参数进行骨科模型三维建模，得到标准骨科模型的三维图像信息，3D打印设备进行打印；
步骤二：所述3D打印设备根据用户输入的参数对骨科模型打印完成后，所述中央处理单元控制所述传输驱动电机驱动所述传输装置，所述传输装置将处理完成的骨科模型传输至图像采集装置，所述图像采集装置采集骨科模型的图像信息，并将图像信息传输至图像处理装置；
步骤三：所述图像处理装置对所述图像采集装置采集的图像信息进行图像处理；
步骤四：将步骤三中图像处理后的图像信息传输至所述图像对比装置，所述图像对比装置将经过所述图像处理装置处理后的图像信息与标准骨科模型的三维图像信息进行比对；
步骤五：所述图像对比装置将经过所述图像处理装置处理后的图像信息与标准骨科模型的三维图像信息进行比对，若一致，则骨科模型打印合格，若不一致，则所述中央处理单元控制所述报警装置发送报警信息，所述中央处理单元控制所述存储装置将经过所述图像处理装置处理后的图像信息进行存储，所述中央处理单元控制所述显示装置对经过所述图像处理装置处理后的图像信息进行显示。
上述步骤一至步骤五中，中央处理单元根据参数输入装置输入的打印参数信息对待打印骨科模型进行三维建模，即标准骨科模型的三维图像信息，并将上述标准骨科模型的三维图像信息传输至图像比对装置，图像对比装置能够对上述标准骨科模型的三维图像进行全角度、全方向的旋转，在图像对比装置接收到图像处理后的实际骨科模型的图像信息后，图像对比装置对上述标准骨科模型的三维图像进行全角度、全方向的旋转，若标准骨科模型的三维图像中的某一角度或某一方向与待检测图像一致，则说明骨科模型为合格，若三维图像中的无一角度或无一方向与待检测图像一致，则说明骨科模型为不合格。
具体地，所述的步骤三包括以下步骤：将所述图像采集装置传输至所述图像处理装置的图像定义为二维函数f(x，y)，其中x、y是空间坐标，所述灰度变换模块对图像f(x，y)进行灰度变换处理，灰度变换后的图像二维函数为p(x，y)，其中，对图像f(x，y)进行预处理得到图像预处理二维函数a(x，y)，其中，
a(x，y)＝3f(x，y)-2f(x-1，y)+2f(x+1，y)+f(x，y-1)-2f(x，y+1)；
其中，a、b、c、d为常量。
具体地，所述的步骤三还包括以下步骤：所述图像增强模块对上述图像p(x，y)进行图像增强处理，经过增强处理后图像二维函数为h(x，y)，其中，
具体地，所述的步骤三还包括以下步骤：所述图像平滑模块对上述图像h(x，y)进行图像平滑处理，经过平滑处理后图像二维函数为u(x，y)，其中平滑函数为g(x，y)，
u(x，y)＝h(x，y)*g(x，y)，其中，*为卷积符号，σ为自定义可调常数，平滑的作用是通过σ来控制的；所述图像平滑模块将图像u(x，y)传输至所述图像对比装置。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种3D打印骨科模型的检测系统，其特征在于，所述3D打印骨科模型的检测系统包括中央处理单元、参数输入装置、3D打印设备、传输驱动电机、传输装置、图像采集装置、图像处理装置、图像对比装置、存储装置、显示装置、通讯装置以及报警装置；
其中，所述通讯装置的输入端、所述报警装置的输入端、所述3D打印设备的输入端、所述传输驱动电机的输入端、所述存储装置的输入端以及所述显示装置的输入端与所述中央处理单元的输出端连接，所述图像采集装置的输出端与图像处理装置的输入端连接，所述图像处理装置的输出端与所述图像对比装置的输入端连接，所述图像对比装置与所述中央处理单元双向通信，所述参数输入装置的输出端与所述中央处理单元的输入端连接，所述传输驱动电机的输出端与所述传输装置的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的3D打印骨科模型的检测系统，其特征在于，所述图像处理装置包括灰度变换模块、图像增强模块以及图像平滑模块；
其中，所述图像采集装置的输出端与所述灰度变换模块的输入端连接，所述灰度变换模块的输出端与所述图像增强模块的输入端连接，所述图像增强模块的输出端与所述图像平滑模块的输入端连接，所述图像平滑模块的输出端与所述图像对比装置的输入端连接。
3.根据权利要求1所述的3D打印骨科模型的检测系统，其特征在于，所述中央处理单元和所述图像对比装置通过无线通讯网络进行连接，所述中央处理单元将标准骨科模型的三维图像信息传输至所述图像对比装置。
4.根据权利要求1所述的3D打印骨科模型的检测系统，其特征在于，所述中央处理单元控制所述通讯装置将检测信息传输至医务人员的远程监控中心。
5.一种利用权利要求2所述的3D打印骨科模型的检测系统的3D打印骨科模型检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：用户通过所述参数输入装置输入所述3D打印设备的运行参数，所述参数输入装置将输入的参数传输至所述中央处理单元，所述3D打印设备根据用户输入的参数进行骨科模型建模并进行打印；
步骤二：所述3D打印设备根据用户输入的参数对骨科模型打印完成后，所述中央处理单元控制所述传输驱动电机驱动所述传输装置，所述传输装置将处理完成的骨科模型传输至图像采集装置，所述图像采集装置采集骨科模型的图像信息，并将图像信息传输至图像处理装置；
步骤三：所述图像处理装置对所述图像采集装置采集的图像信息进行图像处理；
步骤四：将步骤三中图像处理后的图像信息传输至所述图像对比装置，所述图像对比装置将经过所述图像处理装置处理后的图像信息与标准骨科模型的三维图像信息进行比对；
步骤五：所述图像对比装置将经过所述图像处理装置处理后的图像信息与标准骨科模型的三维图像信息进行比对，若一致，则骨科模型打印合格，若不一致，则所述中央处理单元控制所述报警装置发送报警信息，所述中央处理单元控制所述存储装置将经过所述图像处理装置处理后的图像信息进行存储，所述中央处理单元控制所述显示装置对经过所述图像处理装置处理后的图像信息进行显示。
6.根据权利要求5所述的3D打印骨科模型检测方法，其特征在于，所述的步骤三包括以下步骤：将所述图像采集装置传输至所述图像处理装置的图像定义为二维函数f(x,y)，其中x、y是空间坐标，所述灰度变换模块对图像f(x,y)进行灰度变换处理，灰度变换后的图像二维函数为p(x,y)，其中，对图像f(x,y)进行预处理得到图像预处理二维函数a(x,y)，其中，
a(x，y)＝3f(x，y)-2f(x-1，y)+2f(x+1，y)+f(x，y-1)-2f(x，y+1)；
其中，a、b、c、d为常量。
7.根据权利要求6所述的3D打印骨科模型检测方法，其特征在于，所述的步骤三还包括以下步骤：所述图像增强模块对上述图像p(x,y)进行图像增强处理，经过增强处理后图像二维函数为h(x,y)，其中，
8.根据权利要求7所述的3D打印骨科模型检测方法，其特征在于，所述的步骤三还包括以下步骤：所述图像平滑模块对上述图像h(x,y)进行图像平滑处理，经过平滑处理后图像二维函数为u(x,y)，其中平滑函数为g(x,y)，
u(x，y)＝h(x，y)*g(x，y)，其中，﹡为卷积符号，σ为自定义可调常数，平滑的作用是通过σ来控制的；所述图像平滑模块将图像u(x,y)传输至所述图像对比装置。
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