CN114659472A - 一种表面积快速测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种表面积快速测试系统及方法，解决了现有技术中存在表面积测量方法成本高、效率低的问题，具有降低自动化测量装置成本、提高测量效率的有益效果，具体方案如下：一种表面积快速测试系统，包括图像采集和处理单元，图像采集和处理单元包括：被测体图形采集模块，用于采集被测体各截面的图形；图像编辑模块，用于获取每张被测体图形中的外轮廓点集坐标；建模计算模块，通过被测体各截面的外轮廓点集坐标重建被测体的三维表面散点图，并计算被测体表面积。

Description

一种表面积快速测试系统及方法

技术领域

本发明涉及表面积测量领域，尤其是一种表面积快速测试系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

食品安全是世界性话题，而食品接触材料的安全性与食品的安全性几乎处于同样重要的地位。由于与食品直接接触，其化学成分可能会迁移至食品中或与食品成分发生化学反应，从而引起食品品质下降甚至食品安全问题，因此食品接触材料的安全性需要通过对其化学成分的迁移测试结果来进行评价。

在各类食品接触材料中，食品接触面的表面积准确测定是其迁移实验结果计算的重要性依据。发明人发现，现有的三维表面积测量装置虽适用广泛，但造价往往在几十万元，对于绝大多数表面积的测量需求方来说成本过高，不能实现快速测量，测量效率较低。并且对于透明制品，如玻璃制品、各类塑料瓶等还需额外喷涂反差增强剂，对实验人员和环境不够友好。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种表面积快速测试系统，充分降低自动化测量装置成本，同时能提高测量效率，测量数据可用于食品接触材料的迁移试验结果计算及相关表面积测量领域。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种表面积快速测试系统，包括图像采集和处理单元，图像采集和处理单元包括：

被测体图形采集模块，用于采集被测体各截面的图形；

图像编辑模块，用于获取每张被测体截面图形中的外轮廓点集坐标；

建模计算模块，通过被测体各截面的外轮廓点集坐标重建被测体的三维表面散点图，并计算被测体表面积。

如上所述的测试系统，通过对被测体多个截面图形的获取，由图像编辑模块获取外轮廓点集坐标，再由建模计算模块根据外轮廓点集坐标重建三维表面散点图，快速获取被测体的表面积，整个系统有利于降低自动化测量装置成本，同时能提高测量效率。

如上所述的一种表面积快速测试系统，还包括旋转单元，旋转单元支撑被测体以带动被测体旋转，使得被测体的各截面形状被充分采集；

旋转单元与图像采集和处理单元连接。

如上所述的一种表面积快速测试系统，所述图像采集和处理单元还包括点集处理模块，点集处理模块用于记录被测体各截面的轮廓点集坐标以及该截面与初始截面间的旋转角度。

如上所述的一种表面积快速测试系统，所述被测体图形采集模块采用红外照相机。

如上所述的一种表面积快速测试系统，所述建模计算模块通过局部坐标系重建所述被测体的三维表面散点图。

如上所述的一种表面积快速测试系统，所述建模计算模块通过三角剖分，得到三角形集合后，计算所有三角形面积并求和，从而得到被测体表面积。

如上所述的一种表面积快速测试系统，考虑到旋转体是对称的结构，若被测体为旋转体，取任一截面的外轮廓点集坐标，所述建模计算模块通过坐标点自动连线，获得外轮廓图形；将轮廓图形绕旋转体的旋转轴进行360°旋转，完成被测体的三维模型重建；基于自由网格划分，在三维重建模型上形成三角形或四边形网格，选择需要计算的面，对面上所有网格面积求和，从而得到被测体表面积。

第二方面，本发明还提供了一种表面积快速测试方法，采用所述的一种表面积快速测试系统。

如上所述的一种表面积快速测试方法，包括如下内容：

将被测体加热到设定温度或灌入具有设定温度的水后放置于设定位置；

被测体图形采集模块采集被测体若干截面的图形；

图像编辑模块获取每张被测体图形中的外轮廓点集坐标；

建模计算模块通过被测体各截面的外轮廓点集坐标重建被测体的三维表面散点图，并计算被测体表面积。

如上所述的一种表面积快速测试方法，将被测体放置于旋转单元，由旋转单元带动被测体完成设定角度的旋转；

被测体的旋转角度根据被测体的形状复杂程度决定，形状规则的被测体的每次旋转角度大于形状不规则的被测体；

若被测体为旋转体，旋转单元停机。

上述本发明的有益效果如下：

1)本发明通过测试系统的给出，通过对被测体多个截面图形的获取，能够快速获取被测体的表面，整个系统有利于降低自动化测量装置成本，实现对被测体表面积的快速测量，能提高测量效率，测量数据可用于食品接触材料的迁移试验结果计算及相关表面积测量领域。

2)本发明通过旋转单元的设置，能够带动被测体按设定角度旋转，使得被测体的各截面形状均被采集。

3)本发明根据被测体是否为旋转体而给出了对应的表面积测量方法，对非旋转体，采用三角剖分，得到三角形集合后，计算所有三角形面积并求和，方法简单快捷。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的一种表面积快速测试系统的测量流程示意图。

图2(a)是本发明根据一个或多个实施方式的一种表面积快速测试系统中被测体的三维表面散点图重建的第一张外轮廓XY散点图。

图2(b)是本发明根据一个或多个实施方式的一种表面积快速测试系统中被测体的三维表面散点图重建的第二张外轮廓XY散点图。

图2(c)是本发明根据一个或多个实施方式的一种表面积快速测试系统中被测体的三维表面散点图重建后的示意图。

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意。

其中：1.被测体，2.红外照相机。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在表面积测量方法成本高、效率低的问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种表面积快速测试系统。

实施例一

本发明的一种典型的实施方式中，参考图1所示，一种表面积快速测试系统，包括图像采集和处理单元，图像采集和处理单元包括：

被测体图形采集模块，用于采集被测体1各截面的图形；

图像编辑模块，用于获取每张被测体截面图形中的外轮廓点集坐标；

建模计算模块，通过被测体各截面的外轮廓点集坐标重建被测体的三维表面散点图，并计算被测体表面积。

测试系统还包括旋转单元，旋转单元支撑被测体以带动被测体旋转，使得被测体的各截面形状被充分采集；

旋转单元与图像采集和处理单元连接。

图像编辑模块，采用数据提取器GETDATA软件，来获取每张被测体截面图形中的外轮廓点集坐标。

在一些具体示例中，旋转单元具体可包括基座，基座可固定于地面或不固定，基座设置旋转电机或其他旋转动力源，旋转电机带动支撑台旋转，支撑台用于支撑被测体1，被测体直接放置于支撑台即可。

图像采集和处理单元还包括点集处理模块，点集处理模块用于记录被测体各截面的轮廓点集坐标以及该截面与初始截面间的旋转角度。

需要解释地是，图像编辑模块为现有技术，可直接获取每张被测体截面图形中的外轮廓点集坐标。

在一些示例中，图像采集和处理单元中的图像编辑模块、建模计算模块和点集处理模块集成于一个系统存储于计算机或其他存储设备中，计算机具有操作键盘或界面以便于工作人员对集成的系统进行操作；

一些示例中，被测体图形采集模块采用红外照相机2，红外照相机2与存储有前述系统的计算机或其他存储设备连接，以实现图形的传输；旋转单元与计算机或其他存储设备连接，以使得点集处理模块记录被测体各截面相对于初始截面的旋转角度。

其中，若被测体为非旋转体，建模计算模块通过局部坐标系重建被测体的三维表面散点图。

另外，具体地，建模计算模块通过三角剖分，得到三角形集合后，计算所有三角形面积并求和，从而得到被测体表面积。

考虑到旋转体是对称的结构，对于被测体为旋转体的，绘制单张红外热成像图的外轮廓XY散点图，建模计算模块通过坐标点自动连线，获得外轮廓图形；将轮廓图形绕旋转体的旋转轴进行360°旋转，完成被测体的三维模型重建；设置合适的网格尺寸，基于自由网格划分，在三维重建模型上形成三角形或四边形网格，选择需要计算的面，对面上所有网格面积求和，从而得到被测体表面积。

另外，需要解释地是，本实施例针对的表面积测量具体为被测体的内表面。针对薄壁制品，内外侧在图像中不易区分，测量的表面积可视为被测体的内表面积，对于壁厚较大的，在红外照相机获取的图像中，内外侧界面都很清晰，可以选中内侧界面处轮廓获取点集。

本实施例提供的测试系统，通过对被测体多个截面图形的获取，由图像编辑模块获取外轮廓点集坐标，再由建模计算模块根据外轮廓点集坐标重建三维表面散点图，快速获取被测体的表面积，整个系统有利于降低自动化测量装置成本，同时能提高测量效率。

以方形杯为例

旋转单元以每次45°的旋转角，旋转3次后，获取4张红外热成像图，并由图像处理模块生成4个XY点集，如图1所示。

在建模计算模块以当前坐标系绘制第一张红外热成像图的外轮廓XY散点图，如图2(a)所示，将局部坐标系沿Y轴顺时针旋转45°，在新的局部坐标系X₁YZ₁下绘制第二张红外热成像图的外轮廓XY散点图，如图2(b)所示，依次完成剩余点集重建，如图2(c)所示。建模计算模块通过现有的Delaunay三角剖分算法，得到三角形集合。计算除杯口所在平面的三角形外其余三角形面积之和，即为被测方形杯的表面积。

实施例二

本实施例提供了一种表面积快速测试方法，采用实施例一所述的一种表面积快速测试系统。

具体地，一种表面积快速测试方法，包括如下内容：

将被测体加热到设定温度或灌入具有设定温度的水(热水)后放置于旋转单元；

被测体图形采集模块采集被测体若干截面的图形；

图像编辑模块获取每张被测体图形中的外轮廓点集坐标；

建模计算模块通过被测体各截面的外轮廓点集坐标重建被测体的三维表面散点图，并计算被测体表面积。

此外，将被测体放置于旋转单元，由旋转单元带动被测体完成设定角度的旋转；

被测体的旋转角度根据被测体的形状复杂程度决定，形状规则的被测体的每次旋转角度大于形状不规则的被测体，形状不规则的每次旋转角度较小，形状规则的每次旋转角度较大；

若被测体为旋转体，旋转单元停机，不带动被测体旋转，仅获取该被测体一张截面图形即可。

另外，在一些示例中，也可以手动调整被测体，获取被测体的截面图形。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种表面积快速测试系统，其特征在于，包括图像采集和处理单元，图像采集和处理单元包括：

被测体图形采集模块，用于采集被测体各截面的图形；

图像编辑模块，用于获取每张被测体图形中的外轮廓点集坐标；

建模计算模块，通过被测体各截面的外轮廓点集坐标重建被测体的三维表面散点图，并计算被测体表面积。

2.根据权利要求1所述的一种表面积快速测试系统，其特征在于，还包括旋转单元，旋转单元支撑被测体以带动被测体旋转；

旋转单元与图像采集和处理单元连接。

3.根据权利要求2所述的一种表面积快速测试系统，其特征在于，所述图像采集和处理单元还包括点集处理模块，点集处理模块用于记录被测体各截面的轮廓点集坐标以及该截面与初始截面间的旋转角度。

4.根据权利要求1所述的一种表面积快速测试系统，其特征在于，所述被测体图形采集模块采用红外照相机。

5.根据权利要求1所述的一种表面积快速测试系统，其特征在于，所述建模计算模块通过局部坐标系重建所述被测体的三维表面散点图。

6.根据权利要求1所述的一种表面积快速测试系统，其特征在于，所述建模计算模块通过三角剖分，得到三角形集合后，计算所有三角形面积并求和，从而得到被测体表面积。

7.根据权利要求1所述的一种表面积快速测试系统，其特征在于，若被测体为旋转体，取任一截面的外轮廓点集坐标，所述建模计算模块通过坐标点自动连线，获得外轮廓图形；将轮廓图形绕旋转体的旋转轴进行360°旋转，完成被测体的三维模型重建；基于自由网格划分，在三维重建模型上形成三角形或四边形网格，选择需要计算的面，对面上所有网格面积求和，从而得到被测体表面积。

8.一种表面积快速测试方法，其特征在于，采用权利要求1-7中任一项所述的一种表面积快速测试系统。

9.根据权利要求8所述的一种表面积快速测试方法，其特征在于，包括如下内容：

将被测体加热到设定温度或灌入具有设定温度的水后放置于设定位置；

被测体图形采集模块采集被测体若干截面的图形；

图像编辑模块获取每张被测体图形中的外轮廓点集坐标；

建模计算模块通过被测体各截面的外轮廓点集坐标重建被测体的三维表面散点图，并计算被测体表面积。

10.根据权利要求9所述的一种表面积快速测试方法，其特征在于，将被测体放置于旋转单元，由旋转单元带动被测体完成设定角度的旋转；

被测体的旋转角度根据被测体的形状复杂程度决定，形状规则的被测体的每次旋转角度大于形状不规则的被测体；

若被测体为旋转体，旋转单元停机。

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