CN110763680A - 一种医学3d打印模型测量分析系统 - Google Patents

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CN110763680A CN201911082233.XA CN201911082233A CN110763680A CN 110763680 A CN110763680 A CN 110763680A CN 201911082233 A CN201911082233 A CN 201911082233A CN 110763680 A CN110763680 A CN 110763680A
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vibration
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杨少龙
李江
朱晓菡
侯晨辉
陈莹莹
黄贺梅
林爱琴
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Zhengzhou Railway Vocational and Technical College
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Zhengzhou Railway Vocational and Technical College
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H17/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves, not provided for in the preceding groups

Abstract

本发明提供一种医学3D打印模型测量分析系统，其包括支架、第一激光测距传感器、第二激光测距传感器、第三激光测距传感器、滑轨、滑杆、底座、3D成品模型、振动测试模块、横向电机、纵向电机、图像采集模块、图像处理模块、中央处理装置、信号处理电路、第一数据处理模块、第二数据处理模块、存储模块、图像比对模块、显示模块、电机控制模块以及图像绘制模块，图像比对模块根据将接收到的3D成品模型的边缘图像和经过图像处理模块处理后的图像与3D成品模型相对应的原型的CT图像进行比对以对3D成品模型进行测试，并将测试结果传输至显示模块进行显示。

Description

一种医学3D打印模型测量分析系统
技术领域
本发明涉及3D打印领域，尤其涉及一种医学3D打印模型测量分析系统。
背景技术
3D 打印技术，又称快速成型技术，是基于计算机三维数字成像技术和多层次连续打印技术的一种新兴应用技术， 其原理是采用分层加工、叠加成型的方式逐层增加材料来生成3D 实体。该技术可以制作任意复杂几何形状的实体，极大地降低了结构复杂产品的制造难度，在很大程度上提升了生产效率，具有成型精度高、重复性好、可实现产业化生产等传统工艺无法比拟的优点。在医学领域， 起初由于打印材料的限制，3D 打印技术主要用于打印无生物活性的人工关节和假体。随着新材料技术的不断发展， 能够满足3D 打印的材料也由金属、塑料、陶瓷等单一固体粉材发展到液体、凝胶、细胞等混合材料，3D 打印技术迈向了生物活性打印时代， 其在临床中的应用越来越广泛。
现有技术中，对3D打印模型测量分析的精度不高，例如，使用图像采集装置采集3D打印模型的图像信息，再对图像的边缘信息进行提取，最后对将边缘信息与原型CT图像的边缘进行比较，但是，图像采集装置采集的图像的清晰度不高，导致后期进行边缘提取时 ，边缘提取误差较大，又例如，在使用激光绘制3D打印模型图像时，往往忽略了振动的影响，也就是说，在振动较大的情况下进行图像绘制会导致图像的误差较大。
发明内容
因此，为了克服上述问题，本发明提供了一种医学3D打印模型测量分析系统，其包括支架、第一激光测距传感器、第二激光测距传感器、第三激光测距传感器、滑轨、滑杆、底座、3D成品模型、振动测试模块、横向电机、纵向电机、图像采集模块、图像处理模块、中央处理装置、信号处理电路、第一数据处理模块、第二数据处理模块、存储模块、图像比对模块、显示模块、电机控制模块以及图像绘制模块，中央处理装置将接收到的图像信息传输至图像比对模块，图像绘制模块通过第一数据处理模块和第二数据处理模块的数据绘制3D成品模型的边缘图像，并将绘制的图像传输至图像比对模块，图像比对模块内存储有与3D成品模型相对应的原型的CT图像，图像比对模块根据将接收到的3D成品模型的边缘图像和经过图像处理模块处理后的图像与3D成品模型相对应的原型的CT图像进行比对以对3D成品模型进行测试，并将测试结果传输至显示模块进行显示，其中，中央处理装置将接收到的沿底座滑轨方向的振动信号和底座的沿底座滑轨方向垂方向的振动信号传输至显示模块，若沿底座滑轨方向的振动信号和底座的沿底座滑轨方向垂方向的振动信号过大，则测量分析终止。
本发明提供了的医学3D打印模型测量分析系统，其包括支架、第一激光测距传感器、第二激光测距传感器、第三激光测距传感器、滑轨、滑杆、底座、3D成品模型、振动测试模块、横向电机、纵向电机、图像采集模块、图像处理模块、中央处理装置、信号处理电路、第一数据处理模块、第二数据处理模块、存储模块、图像比对模块、显示模块、电机控制模块以及图像绘制模块。
其中，3D成品模型设置于底座上，底座左右两侧均设置有滑轨，第一激光测距传感器通过滑块设置于底座左侧的滑轨上，第二激光测距传感器通过滑块设置于底座右侧的滑轨上，振动测试模块设置于底座上，底座两侧设置有两个支架，支架设置于底座上，滑杆两端通过两个支架固定与底座，滑杆下部设置有滑轨，第三激光测距传感器通过滑块设置于滑杆下部的滑轨上；横向电机的输出端与第一激光测距传感器的输入端连接，横向电机的输出端与第二激光测距传感器的输入端连接，纵向电机的输出端与第三激光测距传感器的输入端连接，图像采集模块设置于3D成品模型前方，图像采集模块的输出端与图像处理模块的输入端连接，振动测试模块的输出端与信号处理电路的输入端连接，第一数据处理模块的输入端与中央处理装置的输出端连接，第二数据处理模块的输入端与中央处理装置的输入端连接，存储模块的输入端与中央处理装置的输入端连接，图像比对单元的输入端与中央处理装置的输出端连接，图像比对单元的输出端与显示模块的输入端连接，第一数据处理模块的输出端与第二数据处理模块的输出端均与电机控制模块的输入端连接，第一数据处理模块的输出端与第二数据处理模块的输出端均与图像绘制模块的输入端连接，电机控制模块的输出端与图像采集模块的输入端连接。
其中，测试时，将3D成品模型放置于底座上，横向电机驱动第一激光测距传感器和第二激光测距传感器同时从底座的最前端往末端移动，第一激光测距传感器和第二激光测距传感器将采集到的距离数据通过中央处理装置传输至第一数据处理模块，横向电机作业时，振动测试模块用于监测底座的沿底座滑轨方向的振动信号，振动测试模块将采集到的沿底座滑轨方向的振动信号传输至信号处理电路，信号处理电路对接收到的振动信号进行信号处理后传输至中央处理装置，中央处理装置将接收到的振动信号传输至第一数据处理模块，第一激光测距传感器和第二激光测距传感器运行至底座的末端后横向电机停止作业，纵向电机开始作业，同时振动测试模块开始监测底座的沿底座滑轨方向垂方向的振动信号，并将采集到的振动信号通过信号处理电路传输至中央处理装置，中央处理装置将接收到的振动信号传输至第二数据处理模块，纵向电机驱动第三激光测距传感器从滑杆的最左端往最右端移动，第三激光测距传感器将采集到的距离数据通过中央处理装置传输至第二数据处理模块，电机控制模块根据接收到的第一数据处理模块和第二数据处理模块的数据通过控制与图像采集模块连接的电机驱动图像采集模块至预设位置，图像采集模块到达预设位置后开始采集3D成品模型的图像信息，并将图像信息传输至图像处理模块，图像处理模块对接收到的图像进行图像处理后传输至中央处理装置，中央处理装置将接收到的图像信息传输至图像比对模块，图像绘制模块通过第一数据处理模块和第二数据处理模块的数据绘制3D成品模型的边缘图像，并将绘制的图像传输至图像比对模块，图像比对模块内存储有与3D成品模型相对应的原型的CT图像，图像比对模块根据将接收到的3D成品模型的边缘图像和经过图像处理模块处理后的图像与3D成品模型相对应的原型的CT图像进行比对以对3D成品模型进行测试，并将测试结果传输至显示模块进行显示。
优选的是，振动测试模块的输出端与信号处理电路的输入端连接，振动测试模块包括水平振动传感器和竖直振动传感器，水平振动传感器用于监测底座的沿底座滑轨方向的振动信号，竖直振动传感器用于监测底座的沿底座滑轨方向垂方向的振动信号，水平振动传感器的输出端与信号处理电路的输入端连接，竖直振动传感器的输出端与信号处理电路的输入端连接，信号处理电路将底座的沿底座滑轨方向的振动信号和底座的沿底座滑轨方向垂方向的振动信号传输至中央处理装置，中央处理装置将接收到的沿底座滑轨方向的振动信号和底座的沿底座滑轨方向垂方向的振动信号传输至显示模块。
优选的是，横向电机、纵向电机以及与图像采集模块连接的电机的步进距离相同。
优选的是，将图像采集模块传输至图像处理模块的图像定义为二维函数f(x,y) ，其中x、y是空间坐标，将图像f(x,y)传输至图像处理模块，图像处理模块首先对图像g(x,y)进行亮化，经过亮化后图像二维函数为h(x,y)，其中，图像f(x,y)的亮度范围为[a，b]，经过图像处理模块调节后的图像h(x,y) 的亮度范围为[c，d]，a,b,c,d的单位为nits，则有，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
；
然后，图像处理模块对图像h(x,y)的边缘图像，图像处理模块将边缘图像传输至中央处理装置，中央处理装置将接收到的图像信息传输至图像比对模块。
优选的是，电机控制模块根据接收到的第一数据处理模块和第二数据处理模块的数据通过控制与图像采集模块连接的电机驱动图像采集模块至预设位置，步骤如下：
步骤1：第一数据处理模块接收到Ti时刻第一激光测距传感器的距离Xi、第二激光测距传感器的距离Yi，i为大于1小于n正整数，n为正整数，其中横向电机运行的时间范围为[T1，Tn]；
步骤2：获取在时间[T1，Tn] ，Xi+Yi的最小值为Amin；
步骤3：第二数据处理模块接收到Ti时刻第三激光测距传感器的距离Hi，其中纵向电机运行的时间范围为[T1，Tn]；
步骤4：获取在时间[T1，Tn] ，Hi的最小值为Hmin；
步骤5：获取第一激光测距传感器和第二激光测距传感器之间的距离S、第三激光测距传感器与底座的高度H；
步骤6：电机控制模块移动图像采集模块至距离第一激光测距传感器为(S-Amin)/2、距离底座的高度为(H-Hmin)/2。
优选的是，图像绘制模块通过第一数据处理模块和第二数据处理模块的数据绘制3D成品模型的边缘图像，步骤如下：
步骤1：第一数据处理模块接收到Ti时刻第一激光测距传感器的距离Xi、第二激光测距传感器的距离Yi，i为大于1小于n正整数，n为正整数，其中横向电机运行的时间范围为[T1，Tn]；
步骤2：获取在时间[T1，Tn] ，Xi+Yi的所有值；
步骤3：第二数据处理模块接收到Ti时刻第三激光测距传感器的距离Hi，其中纵向电机运行的时间范围为[T1，Tn]；
步骤4：获取在时间[T1，Tn] ，Hi的所有值；
步骤5，根据Xi+Yi的所有值和Hi的所有值绘制3D成品模型的正视边缘图。
优选的是，图像比对模块根据将接收到的3D成品模型的边缘图像和经过图像处理模块处理后的图像与3D成品模型相对应的原型的CT图像进行比对以对3D成品模型进行测试，图像处理模块提取图像采集模块采集图像的边缘信息，图像比对模块将与3D成品模型相对应的原型的CT图像的边缘与图像采集模块采集图像的边缘信息进行边缘比对，并将比对结果传输至显示模块进行显示，图像比对模块将与3D成品模型相对应的原型的CT图像的边缘与图像绘制模块绘制的图像边缘信息进行边缘比对，并将比对结果传输至显示模块进行显示。
优选的是，振动测试模块的输出端与信号处理电路的输入端连接，振动测试模块包括水平振动传感器和竖直振动传感器，水平振动传感器或竖直振动传感器将采集的振动信号转换为电压信号V0，并将电压信号V0传输至信号处理电路，V1为经过信号处理电路处理后的电压信号，信号处理电路包括信号放大单元和信号滤波单元，振动传感器的输出端与信号放大单元的输入端连接，信号放大单元的输出端与信号滤波单元的输入端连接，信号滤波单元的输出端与中央处理装置的输入端连接。
优选的是，信号放大单元包括集成运放A1、场效应管T1-T4、三极管T5和电阻R1-R5。
其中，水平振动传感器或竖直振动传感器的输出端与场效应管T2的栅极连接，场效应管T1的栅极接地，场效应管T1和场效应管T2的漏极连接后与三极管T5的发射极连接，运算放大器A1的V-端连接电源-Vcc，运算放大器A1的V+端连接电源+Vcc，电阻R3的一端与电源-Vcc连接，电阻R3的一端还与场效应管T3的栅极连接，电阻R3的另一端与场效应管T3的源极连接，电阻R1的一端和电阻R2的一端连接后与场效应管T3的漏极连接，场效应管T3的漏极还与电阻R5的一端连接，电阻R2的另一端与运算放大器A1的反相输入端连接，电阻R2的另一端与场效应管T2的源极连接，电阻R1的另一端与运算放大器A1的同相输入端连接，电阻R1的另一端与场效应管T1的源极连接，电阻R5的另一端与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与场效应管T4的源极连接，场效应管T4的栅极与三极管T5的基极连接，场效应管T4的漏极与电源+Vcc连接，三极管T5的集电极也与电源+Vcc连接，运算放大器A1的输出端与信号滤波单元的输入端连接。
优选的是，信号滤波单元包括其特征在于，信号滤波单元包括电阻R6-R8、电容C1-C3以及集成运放A2。
其中，信号放大单元的输出端与电阻R6的一端连接，电容C3的一端接地，电阻R6的另一端与电容C3的另一端连接，电阻R6的另一端还与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与电阻R8的一端连接，电阻R7的另一端与电容C1的一端连接，电容C2的一端接地，电容C2的另一端与电阻R8的另一端连接，电阻R8的另一端还与运算放大器A2的同相输入端连接，电容C1的另一端与运算放大器A2的反相输入端连接，电容C1的另一端还与运算放大器A2的输出端连接，电容C1的另一端与中央处理装置的输入端连接，信号滤波单元将电压信号V1传输至中央处理装置。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明提供了一种医学3D打印模型测量分析系统，其包括支架、第一激光测距传感器、第二激光测距传感器、第三激光测距传感器、滑轨、滑杆、底座、3D成品模型、振动测试模块、横向电机、纵向电机、图像采集模块、图像处理模块、中央处理装置、信号处理电路、第一数据处理模块、第二数据处理模块、存储模块、图像比对模块、显示模块、电机控制模块以及图像绘制模块，中央处理装置将接收到的图像信息传输至图像比对模块，图像绘制模块通过第一数据处理模块和第二数据处理模块的数据绘制3D成品模型的边缘图像，并将绘制的图像传输至图像比对模块，图像比对模块内存储有与3D成品模型相对应的原型的CT图像，图像比对模块根据将接收到的3D成品模型的边缘图像和经过图像处理模块处理后的图像与3D成品模型相对应的原型的CT图像进行比对以对3D成品模型进行测试，并将测试结果传输至显示模块进行显示，其中，中央处理装置将接收到的沿底座滑轨方向的振动信号和底座的沿底座滑轨方向垂方向的振动信号传输至显示模块，若沿底座滑轨方向的振动信号和底座的沿底座滑轨方向垂方向的振动信号过大，则测量分析终止。
（2）由于水平振动传感器或竖直振动传感器采集的信号为微弱的电流信号，因而信号放大单元通过集成运放A1、场效应管T1-T4、三极管T5和电阻R1-R5对水平振动传感器或竖直振动传感器输出的电压V0进行放大处理，由集成运放A1、场效应管T1-T4、三极管T5和电阻R1-R5构成的信号放大单元只有0.7μV/℃的漂移、2μV以内的偏移、100pA偏置电流和0.1Hz到10Hz宽带内2.05nV的噪声。其中，信号滤波单元使用电阻R6-R8、电容C1-C3以及集成运放A2对经过放大后的电压信号进行低通滤波处理，从而提高了振动检测的精度。
附图说明
图1为本发明的医学3D打印模型测量分析系统的结构图；
图2为本发明的医学3D打印模型测量分析系统的示意图；
图3为本发明的信号处理电路的电路图。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。各个示例借助于论述本发明来提供，而非本发明的限制。事实上，对于本领域技术人员来说将显而易见的是，可在本发明中可进行各种修改和改型，而不脱离本发明原范围和精神。例如，作为一个实施例的部分而示出或描述的特征可与另一个实施例一起使用，以产生又一个实施例。因此，其意在本发明覆盖落入到所附权利要求及其等同方案的范围内的这些修改和改型。
如在本说明书和所附权利要求中使用，单数形式“一个”、“一种”、和“该”包括复数指示物，除非上下文另外清楚地指出。结合数值使用用语“大约”指在所述量的25%内。
下面结合附图和实施例对本发明的医学3D打印模型测量分析系统进行详细说明。
如图1-2所示，本发明提供的医学3D打印模型测量分析系统包括支架1、第一激光测距传感器2、第二激光测距传感器3、第三激光测距传感器4、滑轨5、滑杆6、底座7、3D成品模型8、振动测试模块9、横向电机、纵向电机、图像采集模块、图像处理模块、中央处理装置、信号处理电路、第一数据处理模块、第二数据处理模块、存储模块、图像比对模块、显示模块、电机控制模块以及图像绘制模块。
其中，3D成品模型8设置于底座7上，底座7左右两侧均设置有滑轨5，第一激光测距传感器2通过滑块设置于底座7左侧的滑轨5上，第二激光测距传感器3通过滑块设置于底座7右侧的滑轨5上，振动测试模块9设置于底座7上，底座7两侧设置有两个支架1，支架1设置于底座7上，滑杆6两端通过两个支架1固定与底座7，滑杆6下部设置有滑轨5，第三激光测距传感器4通过滑块设置于滑杆6下部的滑轨5上；横向电机的输出端与第一激光测距传感器2的输入端连接，横向电机的输出端与第二激光测距传感器3的输入端连接，纵向电机的输出端与第三激光测距传感器4的输入端连接，图像采集模块设置于3D成品模型8前方，图像采集模块的输出端与图像处理模块的输入端连接，振动测试模块9的输出端与信号处理电路的输入端连接，第一数据处理模块的输入端与中央处理装置的输出端连接，第二数据处理模块的输入端与中央处理装置的输入端连接，存储模块的输入端与中央处理装置的输入端连接，图像比对单元的输入端与中央处理装置的输出端连接，图像比对单元的输出端与显示模块的输入端连接，第一数据处理模块的输出端与第二数据处理模块的输出端均与电机控制模块的输入端连接，第一数据处理模块的输出端与第二数据处理模块的输出端均与图像绘制模块的输入端连接，电机控制模块的输出端与图像采集模块的输入端连接。
其中，测试时，将3D成品模型8放置于底座7上，横向电机驱动第一激光测距传感器2和第二激光测距传感器3同时从底座7的最前端往末端移动，第一激光测距传感器2和第二激光测距传感器3将采集到的距离数据通过中央处理装置传输至第一数据处理模块，横向电机作业时，振动测试模块9用于监测底座7的沿底座7滑轨方向的振动信号，振动测试模块9将采集到的沿底座7滑轨方向的振动信号传输至信号处理电路，信号处理电路对接收到的振动信号进行信号处理后传输至中央处理装置，中央处理装置将接收到的振动信号传输至第一数据处理模块，第一激光测距传感器2和第二激光测距传感器3运行至底座7的末端后横向电机停止作业，纵向电机开始作业，同时振动测试模块开始监测底座7的沿底座7滑轨方向垂方向的振动信号，并将采集到的振动信号通过信号处理电路传输至中央处理装置，中央处理装置将接收到的振动信号传输至第二数据处理模块，纵向电机驱动第三激光测距传感器4从滑杆6的最左端往最右端移动，第三激光测距传感器4将采集到的距离数据通过中央处理装置传输至第二数据处理模块，电机控制模块根据接收到的第一数据处理模块和第二数据处理模块的数据通过控制与图像采集模块连接的电机驱动图像采集模块至预设位置，图像采集模块到达预设位置后开始采集3D成品模型8的图像信息，并将图像信息传输至图像处理模块，图像处理模块对接收到的图像进行图像处理后传输至中央处理装置，中央处理装置将接收到的图像信息传输至图像比对模块，图像绘制模块通过第一数据处理模块和第二数据处理模块的数据绘制3D成品模型8的边缘图像，并将绘制的图像传输至图像比对模块，图像比对模块内存储有与3D成品模型8相对应的原型的CT图像，图像比对模块根据将接收到的3D成品模型8的边缘图像和经过图像处理模块处理后的图像与3D成品模型8相对应的原型的CT图像进行比对以对3D成品模型8进行测试，并将测试结果传输至显示模块进行显示。
上述实施方式中，本发明提供的医学3D打印模型测量分析系统包括支架、第一激光测距传感器、第二激光测距传感器、第三激光测距传感器、滑轨、滑杆、底座、3D成品模型、振动测试模块、横向电机、纵向电机、图像采集模块、图像处理模块、中央处理装置、信号处理电路、第一数据处理模块、第二数据处理模块、存储模块、图像比对模块、显示模块、电机控制模块以及图像绘制模块，中央处理装置将接收到的图像信息传输至图像比对模块，图像绘制模块通过第一数据处理模块和第二数据处理模块的数据绘制3D成品模型的边缘图像，并将绘制的图像传输至图像比对模块，图像比对模块内存储有与3D成品模型相对应的原型的CT图像，图像比对模块根据将接收到的3D成品模型的边缘图像和经过图像处理模块处理后的图像与3D成品模型相对应的原型的CT图像进行比对以对3D成品模型进行测试，并将测试结果传输至显示模块进行显示，其中，中央处理装置将接收到的沿底座滑轨方向的振动信号和底座的沿底座滑轨方向垂方向的振动信号传输至显示模块，若沿底座滑轨方向的振动信号和底座的沿底座滑轨方向垂方向的振动信号过大，则测量分析终止。
具体地，振动测试模块的输出端与信号处理电路的输入端连接，振动测试模块包括水平振动传感器和竖直振动传感器，水平振动传感器用于监测底座7的沿底座7滑轨方向的振动信号，竖直振动传感器用于监测底座7的沿底座7滑轨方向垂方向的振动信号，水平振动传感器的输出端与信号处理电路的输入端连接，竖直振动传感器的输出端与信号处理电路的输入端连接，信号处理电路将底座7的沿底座7滑轨方向的振动信号和底座7的沿底座7滑轨方向垂方向的振动信号传输至中央处理装置，中央处理装置将接收到的沿底座7滑轨方向的振动信号和底座7的沿底座7滑轨方向垂方向的振动信号传输至显示模块。
具体地，横向电机、纵向电机以及与图像采集模块连接的电机的步进距离相同。
具体地，将图像采集模块传输至图像处理模块的图像定义为二维函数f(x,y) ，其中x、y是空间坐标，将图像f(x,y)传输至图像处理模块，图像处理模块首先对图像g(x,y)进行亮化，经过亮化后图像二维函数为h(x,y)，其中，图像f(x,y)的亮度范围为[a，b]，经过图像处理模块调节后的图像h(x,y) 的亮度范围为[c，d]，a,b,c,d的单位为nits，则有，
Figure 761090DEST_PATH_IMAGE002
；
然后，图像处理模块对图像h(x,y)的边缘图像，图像处理模块将边缘图像传输至中央处理装置，中央处理装置将接收到的图像信息传输至图像比对模块。
具体地，电机控制模块根据接收到的第一数据处理模块和第二数据处理模块的数据通过控制与图像采集模块连接的电机驱动图像采集模块至预设位置，步骤如下：
步骤1：第一数据处理模块接收到Ti时刻第一激光测距传感器2的距离Xi、第二激光测距传感器3的距离Yi，i为大于1小于n正整数，n为正整数，其中横向电机运行的时间范围为[T1，Tn]；
步骤2：获取在时间[T1，Tn] ，Xi+Yi的最小值为Amin；
步骤3：第二数据处理模块接收到Ti时刻第三激光测距传感器4的距离Hi，其中纵向电机运行的时间范围为[T1，Tn]；
步骤4：获取在时间[T1，Tn] ，Hi的最小值为Hmin；
步骤5：获取第一激光测距传感器2和第二激光测距传感器3之间的距离S、第三激光测距传感器4与底座7的高度H；
步骤6：电机控制模块移动图像采集模块至距离第一激光测距传感器2为(S-Amin)/2、距离底座7的高度为(H-Hmin)/2。
具体地，图像绘制模块通过第一数据处理模块和第二数据处理模块的数据绘制3D成品模型8的边缘图像，步骤如下：
步骤1：第一数据处理模块接收到Ti时刻第一激光测距传感器2的距离Xi、第二激光测距传感器3的距离Yi，i为大于1小于n正整数，n为正整数，其中横向电机运行的时间范围为[T1，Tn]；
步骤2：获取在时间[T1，Tn] ，Xi+Yi的所有值；
步骤3：第二数据处理模块接收到Ti时刻第三激光测距传感器4的距离Hi，其中纵向电机运行的时间范围为[T1，Tn]；
步骤4：获取在时间[T1，Tn] ，Hi的所有值；
步骤5，根据Xi+Yi的所有值和Hi的所有值绘制3D成品模型8的正视边缘图。
具体地，图像比对模块根据将接收到的3D成品模型8的边缘图像和经过图像处理模块处理后的图像与3D成品模型8相对应的原型的CT图像进行比对以对3D成品模型8进行测试，图像处理模块提取图像采集模块采集图像的边缘信息，图像比对模块将与3D成品模型8相对应的原型的CT图像的边缘与图像采集模块采集图像的边缘信息进行边缘比对，并将比对结果传输至显示模块进行显示，图像比对模块将与3D成品模型8相对应的原型的CT图像的边缘与图像绘制模块绘制的图像边缘信息进行边缘比对，并将比对结果传输至显示模块进行显示。
如图3所示，振动测试模块的输出端与信号处理电路的输入端连接，振动测试模块包括水平振动传感器和竖直振动传感器，水平振动传感器或竖直振动传感器将采集的振动信号转换为电压信号V0，并将电压信号V0传输至信号处理电路，V1为经过信号处理电路处理后的电压信号，信号处理电路包括信号放大单元和信号滤波单元，振动传感器的输出端与信号放大单元的输入端连接，信号放大单元的输出端与信号滤波单元的输入端连接，信号滤波单元的输出端与中央处理装置的输入端连接。
具体地，信号放大单元包括集成运放A1、场效应管T1-T4、三极管T5和电阻R1-R5。
其中，水平振动传感器或竖直振动传感器的输出端与场效应管T2的栅极连接，场效应管T1的栅极接地，场效应管T1和场效应管T2的漏极连接后与三极管T5的发射极连接，运算放大器A1的V-端连接电源-Vcc，运算放大器A1的V+端连接电源+Vcc，电阻R3的一端与电源-Vcc连接，电阻R3的一端还与场效应管T3的栅极连接，电阻R3的另一端与场效应管T3的源极连接，电阻R1的一端和电阻R2的一端连接后与场效应管T3的漏极连接，场效应管T3的漏极还与电阻R5的一端连接，电阻R2的另一端与运算放大器A1的反相输入端连接，电阻R2的另一端与场效应管T2的源极连接，电阻R1的另一端与运算放大器A1的同相输入端连接，电阻R1的另一端与场效应管T1的源极连接，电阻R5的另一端与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与场效应管T4的源极连接，场效应管T4的栅极与三极管T5的基极连接，场效应管T4的漏极与电源+Vcc连接，三极管T5的集电极也与电源+Vcc连接，运算放大器A1的输出端与信号滤波单元的输入端连接。
信号滤波单元包括其特征在于，信号滤波单元包括电阻R6-R8、电容C1-C3以及集成运放A2。
其中，信号放大单元的输出端与电阻R6的一端连接，电容C3的一端接地，电阻R6的另一端与电容C3的另一端连接，电阻R6的另一端还与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与电阻R8的一端连接，电阻R7的另一端与电容C1的一端连接，电容C2的一端接地，电容C2的另一端与电阻R8的另一端连接，电阻R8的另一端还与运算放大器A2的同相输入端连接，电容C1的另一端与运算放大器A2的反相输入端连接，电容C1的另一端还与运算放大器A2的输出端连接，电容C1的另一端与中央处理装置的输入端连接，信号滤波单元将电压信号V1传输至中央处理装置。
上述实施方式中，信号处理电路的噪声在2.05nV以内，漂移为0.7μV/℃，由于集成运放A1的直流偏移与漂移并不会影响电路的整体偏移，从而使得电路有着极低的偏移和漂移。
本发明提供的信号放大单元是一种高阻抗输入的放大器，其具有较高的共模抑制比和低的温漂，因此能够对传感器的信号进行有效放大。
场效应管T1和场效应管T2是差动对管，场效应管T3是恒流源，场效应管T3用来提高输入级的共模抑制比，场效应管T4也是一个恒流源，其用来使电阻R5两端电压恒定不变，因而能使场效应管T1和场效应管T2的源漏极电压保持恒定不变，场效应管的栅极与源极间的反向漏电流Ig与源漏电压UDS之间的特性曲线表明，反向漏电流Ig随着源漏电压UDS的增大是以指数形式增加的，为了在同相输入电压范围内使ID保持不变，必须使场效应管T1和场效应管T2构成的差动对管的源漏电压UDS保持不变，由于场效应管T1和场效应管T2构成的差动对管采取了恒定偏置电流的措施，因此，在比较宽的同相输入电压范围内，输入级具有良好的共模抑制的特性。
在本发明提供的信号放大单元中，输入级的正端同相输入电压范围将受到由场效应管T4构成的恒流源的恒流范围限制，而负端同相输入电压范围将受到场效应管T3构成的恒流源的恒流范围限制。因此，为了扩大同相输入电压范围，在具体测试时需要选择合适的场效应管T3和场效应管T4，场效应管T3和场效应管T4要采用夹断电压小的场效应管，在具体测试时，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
则，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
选择场效应管T1、场效应管T2的UDS为3V，电阻R1=电阻R2=20kΩ，则
Figure DEST_PATH_IMAGE008
对于本发明提供的信号放大单元，应选择同相输入电压范围大、输出幅度大、共模抑制比高、失调电压温度系数小和开环增益高的线性组件，在测试时采用5G24。
则有，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
Figure DEST_PATH_IMAGE014
Figure DEST_PATH_IMAGE016
由上述各式可得：
Figure DEST_PATH_IMAGE020
假设R1=R2=R，gm1=gm2=gm，Rcm是源极公共等效电阻，则电压增益为
Figure DEST_PATH_IMAGE022
共模增益：
Figure DEST_PATH_IMAGE024
共模抑制比：
Figure DEST_PATH_IMAGE026
在具体测试时，为了提高共模抑制比，除增大Rcm外，需尽可能使gm1、gm2相同。
在信号滤波单元中，其滚频率为60dB每十倍频程，具体测试时，选择R6=R7=R8，该滤波单元能够对信号放大单元处理后的信号进行有效滤波，大大提高了传感器信号的精度。
由于水平振动传感器或竖直振动传感器采集的信号为微弱的电流信号，因而信号放大单元通过集成运放A1、场效应管T1-T4、三极管T5和电阻R1-R5对水平振动传感器或竖直振动传感器输出的电压V0进行放大处理，由集成运放A1、场效应管T1-T4、三极管T5和电阻R1-R5构成的信号放大单元只有0.7μV/℃的漂移、2μV以内的偏移、100pA偏置电流和0.1Hz到10Hz宽带内2.05nV的噪声。其中，信号滤波单元使用电阻R6-R8、电容C1-C3以及集成运放A2对经过放大后的电压信号进行低通滤波处理，从而提高了振动检测的精度。
此书面描述使用示例来公开本公开，包括最佳模式，并且还使任何本领域的技术人员能够实践本公开，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包含的方法。本发明可申请专利的范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差异的等同结构元件，则意在使这些其他示例处于权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种医学3D打印模型测量分析系统，其特征在于，所述医学3D打印模型测量分析系统包括支架（1）、第一激光测距传感器（2）、第二激光测距传感器（3）、第三激光测距传感器（4）、滑轨（5）、滑杆（6）、底座（7）、3D成品模型（8）、振动测试模块（9）、横向电机、纵向电机、图像采集模块、图像处理模块、中央处理装置、信号处理电路、第一数据处理模块、第二数据处理模块、存储模块、图像比对模块、显示模块、电机控制模块以及图像绘制模块；
其中，所述3D成品模型（8）设置于所述底座（7）上，所述底座（7）左右两侧均设置有所述滑轨（5），所述第一激光测距传感器（2）通过滑块设置于所述底座（7）左侧的所述滑轨（5）上，所述第二激光测距传感器（3）通过滑块设置于所述底座（7）右侧的所述滑轨（5）上，所述振动测试模块（9）设置于所述底座（7）上，所述底座（7）两侧设置有两个所述支架（1），所述支架（1）设置于所述底座（7）上，所述滑杆（6）两端通过两个所述支架（1）固定与所述底座（7），所述滑杆（6）下部设置有所述滑轨（5），所述第三激光测距传感器（4）通过滑块设置于所述滑杆（6）下部的所述滑轨（5）上；所述横向电机的输出端与所述第一激光测距传感器（2）的输入端连接，所述横向电机的输出端与所述第二激光测距传感器（3）的输入端连接，所述纵向电机的输出端与所述第三激光测距传感器（4）的输入端连接，所述图像采集模块设置于所述3D成品模型（8）前方，所述图像采集模块的输出端与所述图像处理模块的输入端连接，所述振动测试模块（9）的输出端与所述信号处理电路的输入端连接，所述第一数据处理模块的输入端与所述中央处理装置的输出端连接，所述第二数据处理模块的输入端与所述中央处理装置的输入端连接，所述存储模块的输入端与所述中央处理装置的输入端连接，所述图像比对单元的输入端与所述中央处理装置的输出端连接，所述图像比对单元的输出端与所述显示模块的输入端连接，所述第一数据处理模块的输出端与所述第二数据处理模块的输出端均与所述电机控制模块的输入端连接，所述第一数据处理模块的输出端与所述第二数据处理模块的输出端均与所述图像绘制模块的输入端连接，所述电机控制模块的输出端与所述图像采集模块的输入端连接；
其中，测试时，将所述3D成品模型（8）放置于所述底座（7）上，所述横向电机驱动所述第一激光测距传感器（2）和所述第二激光测距传感器（3）同时从所述底座（7）的最前端往末端移动，所述第一激光测距传感器（2）和所述第二激光测距传感器（3）将采集到的距离数据通过所述中央处理装置传输至所述第一数据处理模块，所述横向电机作业时，所述振动测试模块（9）用于监测所述底座（7）的沿所述底座（7）滑轨方向的振动信号，所述振动测试模块（9）将采集到的沿所述底座（7）滑轨方向的振动信号传输至所述信号处理电路，所述信号处理电路对接收到的振动信号进行信号处理后传输至所述中央处理装置，所述中央处理装置将接收到的振动信号传输至所述第一数据处理模块，所述第一激光测距传感器（2）和所述第二激光测距传感器（3）运行至所述底座（7）的末端后所述横向电机停止作业，所述纵向电机开始作业，同时所述振动测试模块开始监测所述底座（7）的沿所述底座（7）滑轨方向垂方向的振动信号，并将采集到的振动信号通过所述信号处理电路传输至所述中央处理装置，所述中央处理装置将接收到的振动信号传输至所述第二数据处理模块，所述纵向电机驱动所述第三激光测距传感器（4）从所述滑杆（6）的最左端往最右端移动，所述第三激光测距传感器（4）将采集到的距离数据通过所述中央处理装置传输至所述第二数据处理模块，所述电机控制模块根据接收到的所述第一数据处理模块和所述第二数据处理模块的数据通过控制与所述图像采集模块连接的电机驱动所述图像采集模块至预设位置，所述图像采集模块到达预设位置后开始采集所述3D成品模型（8）的图像信息，并将图像信息传输至所述图像处理模块，所述图像处理模块对接收到的图像进行图像处理后传输至所述中央处理装置，所述中央处理装置将接收到的图像信息传输至所述图像比对模块，所述图像绘制模块通过所述第一数据处理模块和所述第二数据处理模块的数据绘制所述3D成品模型（8）的边缘图像，并将绘制的图像传输至所述图像比对模块，所述图像比对模块内存储有与所述3D成品模型（8）相对应的原型的CT图像，所述图像比对模块根据将接收到的所述3D成品模型（8）的边缘图像和经过所述图像处理模块处理后的图像与所述3D成品模型（8）相对应的原型的CT图像进行比对以对所述3D成品模型（8）进行测试，并将测试结果传输至所述显示模块进行显示。
2.根据权利要求1所述的医学3D打印模型测量分析系统，其特征在于，所述振动测试模块的输出端与所述信号处理电路的输入端连接，所述振动测试模块包括水平振动传感器和竖直振动传感器，所述水平振动传感器用于监测所述底座（7）的沿所述底座（7）滑轨方向的振动信号，所述竖直振动传感器用于监测所述底座（7）的沿所述底座（7）滑轨方向垂方向的振动信号，所述水平振动传感器的输出端与所述信号处理电路的输入端连接，所述竖直振动传感器的输出端与所述信号处理电路的输入端连接，所述信号处理电路将所述底座（7）的沿所述底座（7）滑轨方向的振动信号和所述底座（7）的沿所述底座（7）滑轨方向垂方向的振动信号传输至所述中央处理装置，所述中央处理装置将接收到的沿所述底座（7）滑轨方向的振动信号和所述底座（7）的沿所述底座（7）滑轨方向垂方向的振动信号传输至所述显示模块。
3.根据权利要求1所述的医学3D打印模型测量分析系统，其特征在于，所述横向电机、所述纵向电机以及与所述图像采集模块连接的电机的步进距离相同。
4.根据权利要求1所述的医学3D打印模型测量分析系统，其特征在于，将所述图像采集模块传输至所述图像处理模块的图像定义为二维函数f(x,y) ，其中x、y是空间坐标，将图像f(x,y)传输至所述图像处理模块，所述图像处理模块首先对图像g(x,y)进行亮化，经过亮化后图像二维函数为h(x,y)，其中，图像f(x,y)的亮度范围为[a，b]，经过图像处理模块调节后的图像h(x,y) 的亮度范围为[c，d]，a,b,c,d的单位为nits，则有，
Figure DEST_PATH_IMAGE002
；
然后，所述图像处理模块对图像h(x,y)的边缘图像，所述图像处理模块将边缘图像传输至所述中央处理装置，所述中央处理装置将接收到的图像信息传输至所述图像比对模块。
5.根据权利要求1所述的医学3D打印模型测量分析系统，其特征在于，所述电机控制模块根据接收到的所述第一数据处理模块和所述第二数据处理模块的数据通过控制与所述图像采集模块连接的电机驱动所述图像采集模块至预设位置，步骤如下：
步骤1：第一数据处理模块接收到Ti时刻所述第一激光测距传感器（2）的距离Xi、所述第二激光测距传感器（3）的距离Yi，i为大于1小于n正整数，n为正整数，其中所述横向电机运行的时间范围为[T1，Tn]；
步骤2：获取在时间[T1，Tn] ，Xi+Yi的最小值为Amin；
步骤3：第二数据处理模块接收到Ti时刻所述第三激光测距传感器（4）的距离Hi，其中所述纵向电机运行的时间范围为[T1，Tn]；
步骤4：获取在时间[T1，Tn] ，Hi的最小值为Hmin；
步骤5：获取所述第一激光测距传感器（2）和所述第二激光测距传感器（3）之间的距离S、所述第三激光测距传感器（4）与所述底座（7）的高度H；
步骤6：所述电机控制模块移动所述图像采集模块至距离所述第一激光测距传感器（2）为(S-Amin)/2、距离所述底座（7）的高度为(H-Hmin)/2。
6.根据权利要求1所述的医学3D打印模型测量分析系统，其特征在于，所述图像绘制模块通过所述第一数据处理模块和所述第二数据处理模块的数据绘制所述3D成品模型（8）的边缘图像，步骤如下：
步骤1：第一数据处理模块接收到Ti时刻所述第一激光测距传感器（2）的距离Xi、所述第二激光测距传感器（3）的距离Yi，i为大于1小于n正整数，n为正整数，其中所述横向电机运行的时间范围为[T1，Tn]；
步骤2：获取在时间[T1，Tn] ，Xi+Yi的所有值；
步骤3：第二数据处理模块接收到Ti时刻所述第三激光测距传感器（4）的距离Hi，其中所述纵向电机运行的时间范围为[T1，Tn]；
步骤4：获取在时间[T1，Tn] ，Hi的所有值；
步骤5，根据Xi+Yi的所有值和Hi的所有值绘制所述3D成品模型（8）的正视边缘图。
7.根据权利要求1所述的医学3D打印模型测量分析系统，其特征在于，所述图像比对模块根据将接收到的所述3D成品模型（8）的边缘图像和经过所述图像处理模块处理后的图像与所述3D成品模型（8）相对应的原型的CT图像进行比对以对所述3D成品模型（8）进行测试，所述图像处理模块提取所述图像采集模块采集图像的边缘信息，所述图像比对模块将与所述3D成品模型（8）相对应的原型的CT图像的边缘与所述图像采集模块采集图像的边缘信息进行边缘比对，并将比对结果传输至所述显示模块进行显示，所述图像比对模块将与所述3D成品模型（8）相对应的原型的CT图像的边缘与所述图像绘制模块绘制的图像边缘信息进行边缘比对，并将比对结果传输至所述显示模块进行显示。
8.根据权利要求2所述的医学3D打印模型测量分析系统，其特征在于，所述振动测试模块的输出端与所述信号处理电路的输入端连接，所述振动测试模块包括水平振动传感器和竖直振动传感器，所述水平振动传感器或所述竖直振动传感器将采集的振动信号转换为电压信号V0，并将电压信号V0传输至所述信号处理电路，V1为经过所述信号处理电路处理后的电压信号，所述信号处理电路包括信号放大单元和信号滤波单元，所述振动传感器的输出端与所述信号放大单元的输入端连接，所述信号放大单元的输出端与所述信号滤波单元的输入端连接，所述信号滤波单元的输出端与所述中央处理装置的输入端连接。
9.根据权利要求8所述的医学3D打印模型测量分析系统，其特征在于，所述信号放大单元包括集成运放A1、场效应管T1-T4、三极管T5和电阻R1-R5；
其中，所述水平振动传感器或所述竖直振动传感器的输出端与场效应管T2的栅极连接，场效应管T1的栅极接地，场效应管T1和场效应管T2的漏极连接后与三极管T5的发射极连接，运算放大器A1的V-端连接电源-Vcc，运算放大器A1的V+端连接电源+Vcc，电阻R3的一端与电源-Vcc连接，电阻R3的一端还与场效应管T3的栅极连接，电阻R3的另一端与场效应管T3的源极连接，电阻R1的一端和电阻R2的一端连接后与场效应管T3的漏极连接，场效应管T3的漏极还与电阻R5的一端连接，电阻R2的另一端与运算放大器A1的反相输入端连接，电阻R2的另一端与场效应管T2的源极连接，电阻R1的另一端与运算放大器A1的同相输入端连接，电阻R1的另一端与场效应管T1的源极连接，电阻R5的另一端与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与场效应管T4的源极连接，场效应管T4的栅极与三极管T5的基极连接，场效应管T4的漏极与电源+Vcc连接，三极管T5的集电极也与电源+Vcc连接，运算放大器A1的输出端与所述信号滤波单元的输入端连接。
10.根据权利要求9所述的医学3D打印模型测量分析系统，其特征在于，所述信号滤波单元包括其特征在于，所述信号滤波单元包括电阻R6-R8、电容C1-C3以及集成运放A2；
其中，所述信号放大单元的输出端与电阻R6的一端连接，电容C3的一端接地，电阻R6的另一端与电容C3的另一端连接，电阻R6的另一端还与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与电阻R8的一端连接，电阻R7的另一端与电容C1的一端连接，电容C2的一端接地，电容C2的另一端与电阻R8的另一端连接，电阻R8的另一端还与运算放大器A2的同相输入端连接，电容C1的另一端与运算放大器A2的反相输入端连接，电容C1的另一端还与运算放大器A2的输出端连接，电容C1的另一端与所述中央处理装置的输入端连接，所述信号滤波单元将电压信号V1传输至所述中央处理装置。
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