一種標(biāo)準(zhǔn)分辨率實(shí)體三維地形曲面模型加工系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于三維地形建模技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種標(biāo)準(zhǔn)分辨率實(shí)體三維地形曲面模型加工系統(tǒng)及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]三維數(shù)字地形建模，是以通過不同測量手段獲取的地形數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)實(shí)際地形的三維可視化，在地質(zhì)分析、道路設(shè)計(jì)、遙感測量等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。當(dāng)前在涉及三維數(shù)字地形建模的科學(xué)研宄中，主要圍繞如何通過優(yōu)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，采取不同的插值方法，采用整體建?；蛘叻謮K建模等方式，得到更高精度的，甚至是分辨率可變的三維數(shù)字地形模型。但是，對實(shí)際地形的勘測和遙感測量工作成本較高，大部分的研宄機(jī)構(gòu)和個(gè)人難以完成需要實(shí)際地形參與的科學(xué)研宄工作，也無法滿足科學(xué)實(shí)驗(yàn)對于開展某些定制性試驗(yàn)的需求，如:利用分辨率(或精度)已知的實(shí)體三維地形曲面模型，通過建立遙感立體成像(或測量)半實(shí)物仿真試驗(yàn)系統(tǒng)，定量研宄成像系統(tǒng)參數(shù)、軌道參數(shù)及姿態(tài)參數(shù)等因素對遙感立體成像(或測量)精度影響的數(shù)學(xué)模型。
[0003]但是，三維數(shù)字地形模型只是實(shí)際地形的三維可視化途徑，以數(shù)字化數(shù)據(jù)的形式存儲在計(jì)算機(jī)中，無法應(yīng)用于需要實(shí)際地形模型參與的實(shí)物或者半實(shí)物仿真系統(tǒng)。同時(shí)，由于加工系統(tǒng)固有的加工誤差，加工得到的實(shí)體三維地形模型的真實(shí)三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)是未知的。因此，尋找一種標(biāo)準(zhǔn)分辨率實(shí)體三維地形曲面模型加工系統(tǒng)及其方法，對于開展有實(shí)際三維地形模型參與的實(shí)物(或半實(shí)物)仿真實(shí)驗(yàn)，具有重要的科學(xué)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種標(biāo)準(zhǔn)分辨率實(shí)體三維地形曲面模型加工系統(tǒng)及其方法。
[0005]本發(fā)明的主要目的是提供一種標(biāo)準(zhǔn)分辨率實(shí)體三維地形曲面模型加工系統(tǒng)，本發(fā)明的另一目的是提供一種標(biāo)準(zhǔn)分辨率實(shí)體三維地形曲面模型加工方法。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的標(biāo)準(zhǔn)分辨率實(shí)體三維地形曲面模型加工系統(tǒng)包括:可編程數(shù)控模塊、精密加工模塊和光電標(biāo)定模塊；其中，所述可編程數(shù)控模塊與所述精密加工模塊相連接，并向其發(fā)送地形曲面加工刀具路徑和加工起始信號，所述精密加工模塊在所述加工起始信號的啟動(dòng)下，根據(jù)所述地形曲面加工刀具路徑加工出原始實(shí)體三維地形曲面模型，并在加工完成后向所述可編程數(shù)控模塊發(fā)送加工完成信號；
[0007]所述可編程數(shù)控模塊I與所述光電標(biāo)定模塊相連接，所述可編程數(shù)控模塊在收到所述加工完成信號后，會(huì)向所述光電標(biāo)定模塊3發(fā)送標(biāo)定開始信號和標(biāo)定測量信號，所述光電標(biāo)定模塊在標(biāo)定開始信號的啟動(dòng)下，根據(jù)所述標(biāo)定測量信號對所述原始實(shí)體三維地形曲面模型進(jìn)行實(shí)際尺寸測量和分辨率定標(biāo)，以獲得所述原始實(shí)體三維地形曲面模型的標(biāo)準(zhǔn)分辨率數(shù)字模型。
[0008]所述可編程數(shù)控模塊與所述精密加工模塊之間以及可編程數(shù)控模塊與光電標(biāo)定模塊之間的連接采用有線或無線方式連接。
[0009]所述可編程數(shù)控模塊是基于工業(yè)單板機(jī)平臺的人機(jī)交互數(shù)字化程控終端，具有PC/104計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，包括:嵌入式單板機(jī)、電源、串口通信板、模擬I/O板和網(wǎng)絡(luò)通訊接口 ；所述嵌入式單板機(jī)用于數(shù)據(jù)的存儲，并通過所述串口通信板實(shí)現(xiàn)信號的收發(fā)。
[0010]所述工業(yè)單板機(jī)為INTEL酷睿2處理器；所述串口通信板為RS232/485 ;所述模擬I/O板為MM-32 ;所述網(wǎng)絡(luò)通訊接口為RJ45接口電路，支持PCI和PC1-E。
[0011]所述光電標(biāo)定模塊采用三坐標(biāo)測量機(jī)作為高精度光電標(biāo)定儀器。
[0012]本發(fā)明提供的標(biāo)準(zhǔn)分辨率實(shí)體三維地形曲面模型加工方法，包括按順序執(zhí)行的下列步驟:
[0013]步驟101:可編程數(shù)控模塊載入數(shù)字三維地形曲面模型后，根據(jù)該數(shù)字三維地形曲面模型生成地形曲面加工刀具路徑，并將其與加工起始信號一同發(fā)送給精密加工模塊；
[0014]步驟102:所述精密加工模塊在所述加工起始信號的啟動(dòng)下，根據(jù)所述地形曲面加工刀具路徑，配備合適的加工刀具，加工出原始實(shí)體三維地形曲面模型，并在加工完成后向所述可編程數(shù)控模塊發(fā)送加工完成信號；
[0015]步驟103:所述可編程數(shù)控模塊收到所述加工完成信號后，向光電標(biāo)定模塊發(fā)送標(biāo)定開始信號和標(biāo)定測量信號，所述光電標(biāo)定模塊在所述標(biāo)定開始信號的啟動(dòng)下，根據(jù)所述標(biāo)定測量信號對所述原始實(shí)體三維地形曲面模型進(jìn)行實(shí)際尺寸測量和分辨率定標(biāo)，以獲得所述實(shí)體三維地形曲面模型的標(biāo)準(zhǔn)分辨率數(shù)字模型。
[0016]在步驟101中，所述數(shù)字三維地形曲面模型采用基于規(guī)則網(wǎng)格的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其是根據(jù)原始遙感測量數(shù)據(jù)自行構(gòu)建的數(shù)字地形模型；或者采用基于不規(guī)則網(wǎng)格的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其選擇已發(fā)布的數(shù)字地形模型；所述地形曲面加工刀具路徑是根據(jù)所述數(shù)字三維地形曲面模型而設(shè)置的加工參數(shù)，包括加工類型、刀具型號和切削深度。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明提供了一種標(biāo)準(zhǔn)分辨率實(shí)體三維地形曲面加工系統(tǒng)和方法，其中構(gòu)建了一種具有光機(jī)電一體化結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)分辨率實(shí)體三維地形曲面加工系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對數(shù)字三維地形曲面的實(shí)體化和分辨率標(biāo)定，從而得到可應(yīng)用于實(shí)物或者半實(shí)物仿真系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)分辨率實(shí)體三維地形曲面模型。本發(fā)明具有良好的實(shí)用性，能有效地將數(shù)字三維地形模型制作為標(biāo)準(zhǔn)分辨率的實(shí)體三維地形曲面模型，為科學(xué)研宄提供了實(shí)物基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明提供的標(biāo)準(zhǔn)分辨率實(shí)體三維地形曲面模型加工系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖2為本發(fā)明中標(biāo)準(zhǔn)分辨率實(shí)體三維地形曲面模型加工方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，不是全部的實(shí)施例，基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0021]在本發(fā)明中，所述標(biāo)準(zhǔn)分辨率實(shí)體三維地形曲面模型包括原始實(shí)體三維地形曲面模型和標(biāo)準(zhǔn)分辨率數(shù)字模型，其中:原始實(shí)體三維地形曲面模型為與真實(shí)地形地貌相對應(yīng)的微縮實(shí)物模型，是在實(shí)際地形地貌的數(shù)字高程模型基礎(chǔ)上，利用精密加工方法加工出的實(shí)物模型；標(biāo)準(zhǔn)分辨率數(shù)字模型為采用標(biāo)準(zhǔn)分辨率對實(shí)體三維地形曲面模型進(jìn)行定標(biāo)測量所獲得的數(shù)字模型。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明提供的標(biāo)準(zhǔn)分辨率實(shí)體三維地形曲面模型加工系統(tǒng)包括:可編程數(shù)控模塊1、精密加工模塊2和光電標(biāo)定模塊3 ;其中，所述可編程數(shù)控模塊I與所述精密加工模塊2相連接，并向其發(fā)送地形曲面加工刀具路徑和加工起始信號，所述精密加工模塊2在所述加工起始信號的啟動(dòng)下，根據(jù)所述地形曲面加工刀具路徑加工出原始實(shí)體三維地形曲面模型，并在加工完成后向所述可編程數(shù)控模塊I發(fā)送加工完成信號。
[0023]通過這種方式，在可編程數(shù)控模塊I的控制下，精密加工模塊2啟動(dòng)加工工作，并加工出原始實(shí)體三維地形曲面模型，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字地形曲面模型的實(shí)體化和精密化加工；
[0024]所述原始實(shí)體三維地形曲面模型是根據(jù)存儲在可編程數(shù)控模塊I中的實(shí)際地形地貌的數(shù)字三維地形曲面模型(即:數(shù)字高程模型)基礎(chǔ)上，利用精密加工方法通過精密加工模塊2加工出的實(shí)物模型；通過改變可編程數(shù)控模塊I生成的地形曲面加工刀具路徑和精密加工模塊2配備的加工刀具，可以控制加工出的原始實(shí)體三維地形曲面模型的加工精度。
[0025]所述可編程數(shù)控模塊I與所述光電標(biāo)定模塊3相連接，所述可編程數(shù)控模塊I在收到所述加工完成信號后，會(huì)向所述光電標(biāo)定模塊3發(fā)送標(biāo)定開始信號和標(biāo)定測量信號，所述光電標(biāo)定模塊3在標(biāo)定開始信號的啟動(dòng)下，根據(jù)所述標(biāo)定測量信號對所述原始實(shí)體三維地形曲面模型進(jìn)行實(shí)際尺寸測量和分辨率定標(biāo)，以獲得所述原始實(shí)體三維地形曲面模型的標(biāo)準(zhǔn)分辨率數(shù)字模型。
[0026]通過這種方式，在可編程數(shù)控模塊I的控制下，光電標(biāo)定模塊3啟動(dòng)測量和定標(biāo)工作，將原始實(shí)體三維地形曲面模型標(biāo)定并最終形成標(biāo)準(zhǔn)分辨率數(shù)字模型。
[0027]所述可編程數(shù)控模塊I與所述精密加工模塊2之間以及可編程數(shù)控模塊I與光電標(biāo)定模塊3之間的信號連接采用有線或無線方式連接，例如通過信號線連接或通過無線信號連接。
[0028]所述可編程數(shù)控模塊I是基于工業(yè)單板機(jī)平臺的人機(jī)交互數(shù)字化程控終端，具有PC/104計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)(其具有組態(tài)模塊化、結(jié)構(gòu)緊湊、接口可擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn))，包括:嵌入式單板機(jī)、電源、串口通信板、模擬I/O板和網(wǎng)絡(luò)通訊接口 ；所述嵌入式單板機(jī)用于數(shù)據(jù)的存儲，并通過所述串口通信板實(shí)現(xiàn)信號的收發(fā)。
[0029]所述工業(yè)單板機(jī)為INTEL酷睿2處理器(2G內(nèi)存)；所述串口通信板為RS232/485 ；所述模擬I/O板為MM-32 ;所述網(wǎng)絡(luò)通訊接口為RJ45接口電路，支持PCI和PC1-E ;具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，也可以選擇其他型號的器件，本發(fā)明實(shí)例對此不作限制。
[0030]所述可編程數(shù)控模塊I具有“自動(dòng)”和“手動(dòng)”至少一種工作模式，其中，所述手動(dòng)模式是通過人機(jī)交互實(shí)時(shí)地控制所述標(biāo)準(zhǔn)分辨率實(shí)體三維地形曲面模型的加工和標(biāo)定；所述自動(dòng)模式是將數(shù)字三維地形曲面模型載入所述可編程數(shù)控模塊I中，并設(shè)定加工精度和標(biāo)定間隔，所述可編程數(shù)控模塊I自動(dòng)控制所述標(biāo)準(zhǔn)分辨率實(shí)體三維地形曲面模型的加工和標(biāo)定。
[0031]通過這種方式，可以靈活地選擇“自動(dòng)”和“手動(dòng)”工作模式，根據(jù)實(shí)際需要控制所述標(biāo)準(zhǔn)分辨率實(shí)體三維地形曲面模型的加工和標(biāo)定。
[0032]所述精密加工模塊2是基于數(shù)字化程序控制的精密加工儀器(例如快速成型機(jī)和CNC機(jī)床);該精密加工儀器的X/Y/Z軸運(yùn)動(dòng)定位精度為0.010mm/0.010mm/0.008mm，重復(fù)定位精度為0.008mm/0.008mm/0.005mm，工作行程為400mm/400mm/110mm，主軸轉(zhuǎn)速為10000-24000rpm (F62)，卡頭規(guī)格為ERl I，工作電壓為單相220V/50Hz，并能夠