一种基于3D扫描技术的手办制造系统的制作方法

一种基于3d扫描技术的手办制造系统
技术领域
1.本发明涉及工艺品加工制造技术领域，具体涉及一种基于3d扫描技术的手办制造系统。


背景技术：

2.手办是一种常见的工艺品，指未涂装树脂模件套件，是收藏模型的一种，也是日本动漫周边中的一种，英文原文为garage kits(gk)，是套装模件(modelkits)的意思。特指未上色组装的模型套件，需要玩家自己动手打磨、拼装、上色等一系列复杂的工艺，而且难度远大于一般模型制作，主要材料为树脂。后来，手办也被用作指包括完成品所有树脂材质的人形作品，但其原义就是特指未涂装的模件。也有被用作指人形，即所有收藏性人物模型的泛称。手办一般分为好几种。
3.现有的手办制造过程中，需要对手办中的各部分进行开模，然后再通过模具对手办中的各部分进行成形，成形处理完成后，通过人工对手办进行组装和上色工序，上述组装就是将手办中的各部分通过人工拼装在一起，然后再根据需要对手办的各部分进行上色，最后再进行固色，防止手办表面的颜色出现脱色的情况。
4.在上述的手办制造过程中，存在一定的问题，比如手办的种类和形状大多是比较个性化的，针对每一类或每一种手办进行开模生产，大大提高了生产成本；并且人工进行组装和上色，十分耗费人力成本，也无法保证生产效率。因此，提出一种基于3d扫描技术的手办制造系统。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于：如何解决由于手办的种类和形状大多是比较个性化的，针对每一类或每一种手办进行开模生产，大大提高了生产成本；并且人工进行组装和上色，十分耗费人力成本，也无法保证生产效率的问题，提供了一种基于3d扫描技术的手办制造系统。
6.本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括：3d扫描信息采集模块、3d打印模块、手办上色模块、颜色固定模块、手办拼装模块、合格性检测模块
7.所述3d扫描信息采集模块，用于通过多个3d扫描头对手办组件进行扫描获取手办组件的形状与外观信息，并将手办组件的形状信息传输给3d打印模块；
8.所述3d打印模块，用于根据所述3d扫描信息采集模块获取的手办组件的形状信息，将手办组件打印出来，并将手办组件传送至手办上色模块；
9.所述手办上色模块，用于接收所述3d扫描信息采集模块获取手办组件的外观信息，利用手办组件的外观信息选择相应的颜料或颜料喷涂时间，按照设定的时长对手办组件进行上色，然后将上完色的传送给所述颜色固定模块；
10.所述颜色固定模块，用于将通过手办上色模块上色完成的手办组件进行固色处理；
11.所述手办拼装模块，用于通过多个机器手臂拼装节点对上色及固色完成的手办组件进行拼装，并将拼装完成的手办传送至合格性检测模块；
12.所述合格性检测模块，用于通过对拼装完成的手办进行拍摄，获取其多个角度的图片，并获取各个角度图片中的手办轮廓信息，与各个角度下模板图片中的轮廓信息进行比对，进而判断手办是否合格，合格则进入包装加工节点，不合格则进行收集后集中处理。
13.更进一步地，一个手办包括多个部分，即多个手办组件，每个手办组件分别进行扫描，分别进行3d打印。
14.更进一步地，所述3d扫描信息采集模块包括至少三个3d扫描头，包括第一3d扫描头、第二3d扫描头、第三3d扫描头，所述第一3d扫描头设置在手办组件的上方，用于扫描并获取手办组件顶部的形状与外观信息；所述第二3d 扫描头活动设置在手办组件的侧部，通过上下运动及绕手办组件转动，扫描并获取手办组件侧部的形状与外观信息；所述第三3d扫描头设置在手办组件的下方，用于扫描并获取手办组件底部的形状与外观信息。
15.更进一步地，所述手办组件的形状信息指的是通过3d扫描头获取的手办组件的几何构造数据，所述手办组件的外观信息指的是通过3d扫描头获取的手办组件的颜色和表面反射率数据。
16.更进一步地，所述3d扫描信息采集模块还包括结构框架、底部平台、侧部支架、支撑平台、升降齿圈，所述底部平台设置在所述结构框架的底部并与其固定连接，所述升降齿圈设置在所述结构框架内部，所述第二3d扫描头设置在所述升降齿圈上，与升降齿圈啮合传动，所述升降齿圈的两侧分别与所述侧部支架滑动连接，在侧部支架上进行竖直运动，所述支撑平台设置在所述底部平台上。
17.更进一步地，所述3d扫描信息采集模块还包括两组设置在手办组件两侧的所述气动夹爪举升组件，所述气动夹爪举升组件包括伸缩气缸、气动夹爪，所述伸缩气缸与所述结构框架滑动连接，沿结构框架竖直运动，所述气动夹爪与所述伸缩气缸的缸柱连接，通过所述伸缩气缸带动所述气动夹爪将手办组件夹紧。
18.更进一步地，所述底部平台设置有方便第三3d扫描头进行扫描的扩孔。
19.更进一步地，所述3d扫描信息采集模块的运行过程如下：
20.s101：启动第一3d扫描头对手办组件的顶部进行扫描；同时启动第二3d 扫描头，驱动第二3d扫描头在升降齿圈上绕手办组件转动，进行逐层扫描，获取手办组件顶部、侧部的形状与外观信息；
21.s102：顶部、侧部扫描完成后，控制伸缩气缸伸长，并驱动两侧的气动夹爪将手办组件夹紧，再将手办组件举升设定高度，启动第三3d扫描头，对手办组件的底部进行扫描，获取手办组件底部的形状与外观信息。
22.更进一步地，所述颜色固定模块包括干热气流输入单元、气流输出单元、烘干通道，所述干热气流输入单元设置所述烘干通道的一侧并与其连通，所述气流输出单元设置在所述烘干通道的另一侧并与其连通，已上色的手办组件位于烘干通道中。
23.更进一步地，所述合格性检测模块的具体工作过程如下：
24.s201：先对拼装完成的手办进行拍摄，获取其前、后、左、右、上、下六个角度的图片；
25.s202：对各角度的图片进行降噪处理，并将各图片灰度化；
26.s203：通过轮廓检测工具对各图片的外部轮廓进行检测，获取各图片中手办的轮廓线长度数据；
27.s204：与各个角度下手办模板图片中的轮廓线长度数据进行作差，当各角度下的手办轮廓线长度差值均在设定阈值范围内，则判断该手办合格，否则判断该手办不合格。
28.本发明相比现有技术具有以下优点：该基于3d扫描技术的手办制造系统，通过设置的3d扫描信息采集模块，能够通过3d扫描技术获取手办组件的形状与外观信息，避免了开模过程，大大降低生产成本，并可以适用于市面上绝大多数的手办制造过程中；通过设置的3d打印模块，能够根据手办组件的形状信息对其进行3d打印，摒弃了传统的利用模具进行成形的过程；通过设置的手办拼装模块，利用机械手臂对手办组件进行逐一拼装，降低了人力成本，提高了自动化程度，也提升了手办的制造的生产效率；通过设置的合格性检测模块，能够通过获取各个角度图片中的手办轮廓信息，与各个角度下模板图片中的轮廓信息进行比对，进而判断手办是否合格，避免传统通过人工质检存在的检测准确率低、检测效率低的问题。
附图说明
29.图1是本发明实施例中基于3d扫描技术的手办制造系统框图；
30.图2是本发明实施例中3d扫描信息采集模块的硬件结构示意图。
具体实施方式
31.下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
32.如图1所示，本实施例提供一种技术方案：一种基于3d扫描技术的手办制造系统，包括3d扫描信息采集模块、3d打印模块、手办上色模块、颜色固定模块、手办拼装模块、合格性检测模块；
33.在本实施例中，所述3d扫描信息采集模块用于通过多个3d扫描头对手办组件进行扫描获取手办组件的形状与外观信息，并将手办组件的形状信息传输给3d打印模块，供所述3d打印模块作为模板对手办组件进行打印；通过设置的3d扫描信息采集模块，能够通过3d扫描技术获取手办组件的形状与外观信息，避免了开模过程，大大降低生产成本，并可以适用于市面上绝大多数的手办制造过程中；
34.在本实施例中，所述3d打印模块用于根据所述3d扫描信息采集模块获取的手办组件的形状信息，将手办组件打印出来，打印完毕后通过机械手臂取走，并将手办组件传送至手办上色模块，进行批量上色；通过设置的3d打印模块，能够根据手办组件的形状信息对其进行3d打印，摒弃了传统的利用模具进行成形的过程；
35.在本实施例中，所述手办上色模块用于接收所述3d扫描信息采集模块获取手办组件的外观信息，利用手办组件的外观信息选择相应的颜料或颜料喷涂时间，按照设定的时长对手办组件进行上色，然后将上完色的传送给所述颜色固定模块；
36.在本实施例中，所述颜色固定模块用于将通过手办上色模块上色完成的手办组件进行固色处理；通过设置颜色固定模块，能够方便地手办上颜色固定，防止其脱落；
37.在本实施例中，所述手办拼装模块用于通过多个机器手臂拼装节点对上色及固色完成的手办组件进行拼装，并将拼装完成的手办传送至合格性检测模块；通过设置的手办拼装模块，利用机械手臂对手办组件进行逐一拼装，降低了人力成本，提高了自动化程度，也提升了手办的制造的生产效率；
38.在本实施例中，所述合格性检测模块通过对拼装完成的手办进行拍摄，获取其多个角度的图片，并获取各个角度图片中的手办轮廓信息，与各个角度下模板图片中的轮廓信息进行比对，进而判断手办是否合格，合格则进入包装加工节点，不合格则进行收集后集中处理。通过设置的合格性检测模块，能够通过获取各个角度图片中的手办轮廓信息，与各个角度下模板图片中的轮廓信息进行比对，进而判断手办是否合格，避免传统通过人工质检存在的检测准确率低、检测效率低的问题。
39.在本实施例中，手办包括多个部分，即多个手办组件，每个手办组件分别进行扫描，分别进行3d打印。
40.如图2所示，在本实施例中，所述3d扫描信息采集模块包括至少三个3d 扫描头，包括第一3d扫描头1、第二3d扫描头2、第三3d扫描头3，所述第一 3d扫描头1设置在手办组件9的上方，用于扫描并获取手办组件顶部的形状与外观信息；所述第二3d扫描头2活动设置在手办组件9的侧部，通过上下运动及绕手办组件9转动，扫描并获取手办组件侧部的形状与外观信息；所述第三 3d扫描头3设置在手办组件9的下方，用于扫描并获取手办组件底部的形状与外观信息。
41.需要说明的是，本实施例中的3d扫描头即3d扫描仪。
42.在本实施例中，手办组件9为本实施例手办的中间部分，该手办还包括顶端部分和底端部分，顶端部分、底端部分与中间部分构成一个完整的手办。
43.在本实施例中，所述手办组件的形状信息指的是通过3d扫描头获取的手办组件的几何构造数据，所述手办组件的外观信息指的是通过3d扫描头获取的手办组件的颜色和表面反射率数据。
44.在本实施例中，所述3d扫描信息采集模块还包括结构框架4、底部平台5、侧部支架7、支撑平台10、升降齿圈6，所述底部平台5设置在所述结构框架4 的底部并与其固定连接，用于起到作为结构主体的作用，所述升降齿圈6设置在所述结构框架4内部，所述第二3d扫描头2设置在所述升降齿圈6上，并通过电机(电机与第二3d扫描头2固定)驱动齿轮与升降齿圈6啮合，带动第二 3d扫描头2绕手办组件9转动，所述升降齿圈6的两侧分别与所述侧部支架7 滑动连接，可在侧部支架7上进行竖直运动，所述支撑平台10设置在所述底部平台5上，用于支撑手办组件9。
45.在本实施例中，所述升降齿圈6与所述侧部支架7滑动连接通过滑轨、滑块实现，所述滑轨安装在所述侧部支架7上，所述滑块安装在所述升降齿圈6 侧部，并通过外部油缸驱动滑块沿着滑轨竖直运动，进而带动整个升降齿圈6 上下运动。
46.在本实施例中，所述3d扫描信息采集模块还包括两组设置在手办组件9两侧的所述气动夹爪举升组件，所述气动夹爪举升组件包括伸缩气缸11、气动夹爪8，所述伸缩气缸11与所述结构框架4滑动连接，可沿所述结构框架4竖直运动，所述气动夹爪8与所述伸缩气缸11的缸柱连接，通过所述伸缩气缸11 带动所述气动夹爪8能够方便将手办组件9夹紧。
47.在本实施例中，所述伸缩气缸11与所述结构框架4滑动连接通过滑轨、滑块实现，
所述滑轨安装在所述结构框架4上，所述滑块安装在所述伸缩气缸11 端部，并通过外部油缸驱动滑块沿着滑轨竖直运动，进而带动气动夹爪8夹紧的手办组件9举升，方便第三3d扫描头3对手办组件的底部进行扫描。
48.在本实施例中，所述底部平台5设置有方便第三3d扫描头3进行扫描的扩孔。
49.在本实施例中，所述3d扫描信息采集模块的运行过程如下：
50.s101：启动第一3d扫描头1对手办组件9的顶部进行扫描；同时启动第二 3d扫描头2，驱动第二3d扫描头2在升降齿圈6上绕手办组件9转动，进行逐层扫描，获取手办组件顶部、侧部的形状与外观信息；
51.s102：顶部、侧部扫描完成后，控制伸缩气缸11伸长，并驱动两侧的气动夹爪8将手办组件9夹紧，再将手办组件举升设定高度，启动第三3d扫描头3，对手办组件的底部进行扫描，获取手办组件9底部的形状与外观信息。
52.在本实施例中，所述3d打印模块为至少一台3d打印机，通过3d打印机能够方便地将手办组件打印出来。
53.在本实施例中，所述手办上色模块包括多个颜色的颜料喷头，所述颜料喷头上设置有电磁阀，通过外部控制器控制电磁阀进行控制颜料或颜料喷涂时间。
54.在本实施例中，所述颜色固定模块包括干热气流输入单元、气流输出单元、烘干通道，所述干热气流输入单元设置所述烘干通道的一侧并与其连通，所述气流输出单元设置在所述烘干通道的另一侧并与其连通，已上色的手办组件位于烘干通道中。
55.在本实施例中，机器手臂拼装节点根据手办各组件上的标记点位对手办各组件进行抓取并拼装。
56.在本实施例中，所述合格性检测模块的具体工作过程如下：
57.s201：先对拼装完成的手办进行拍摄，获取其前、后、左、右、上、下六个角度的图片；
58.s202：对各角度的图片进行降噪处理，并将各图片灰度化；
59.s203：通过轮廓检测工具对各图片的外部轮廓进行检测，获取各图片中手办的轮廓线长度数据；
60.s204：与各个角度下手办模板图片中的轮廓线长度数据进行作差，当各角度下的手办轮廓线长度差值均在设定阈值范围内，则判断该手办合格，否则判断该手办不合格。
61.在本实施例中，轮廓检测工具为opencv中的外部轮廓检测函数。
62.在本实施例中，不同的手办可根据其检测要求获取其不同角度的图片，不限于上述的前、后、左、右、上、下六个角度。
63.综上所述，上述实施例的基于3d扫描技术的手办制造系统，通过设置的3d 扫描信息采集模块，能够通过3d扫描技术获取手办组件的形状与外观信息，避免了开模过程，大大降低生产成本，并可以适用于市面上绝大多数的手办制造过程中；通过设置的3d打印模块，能够根据手办组件的形状信息对其进行3d 打印，摒弃了传统的利用模具进行成形的过程；通过设置的手办拼装模块，利用机械手臂对手办组件进行逐一拼装，降低了人力成本，提高了自动化程度，也提升了手办的制造的生产效率；通过设置的合格性检测模块，能够通过获取各个角度图片中的手办轮廓信息，与各个角度下模板图片中的轮廓信息进行比对，进而判断手办是否合格，避免传统通过人工质检存在的检测准确率低、检测效率低的问题。
64.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
65.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
66.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。