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3D打印模型的质量评估和缺陷检测方法3D打印技术已经成为一种颠覆性的制造工艺，广泛应用于诸多领域，如汽车制造、医疗器械、航空航天等。
在使用3D打印技术制造模型时，质量评估和缺陷检测是至关重要的环节。
本文将介绍一些常用的质量评估和缺陷检测方法，帮助读者更好地了解和运用3D打印技术。
首先，质量评估是确保3D打印模型符合预期设计的重要步骤。
在评估模型质量时，可以从以下几个方面考虑。
1. 外观质量评估：外观质量是指模型表面的光滑度和细节程度。
可以通过观察模型的表面是否均匀、是否有凹凸和瑕疵等进行评估。
此外，还可以使用光源照射模型表面，观察反射光的均匀性来评估外观质量。
2. 尺寸精度评估：尺寸精度是指模型的尺寸是否与设计要求一致。
可以使用数码卡尺等工具测量模型的尺寸，然后与设计要求进行比较。
如果尺寸偏离设计要求较大，则需要调整打印参数或重新设计模型。
3. 材料结构评估：材料结构评估是指对打印模型的材料质量和结构强度进行评估。
可以使用机械测试仪测量模型的抗拉、抗压等力学性能，以评估材料结构的质量和强度。
4. 表面精度评估：表面精度是指模型表面的平整度和精细度。
可以使用显微镜等工具观察模型表面的细节，如纹理、线条等，来评估表面精度。
此外，还可以使用光干涉仪等设备，测量模型表面的平整度和平面度。
在3D打印模型的制造过程中，往往会出现一些缺陷，如孔洞、层间连接不良等。
因此，缺陷检测是更为关键的一环。
下面介绍几种常用的3D打印模型缺陷检测方法。
1. 可视检测：可视检测是最简单直观的一种方法，通过肉眼观察模型表面，寻找孔洞、瑕疵等缺陷。
这种方法适用于表面缺陷的检测，但对于内部缺陷则不太适用。
2. X射线检测：X射线检测是一种非破坏性检测方法，适用于检测内部缺陷。
通过将3D打印模型置于X射线机器下，可以观察到模型内部的结构和缺陷。
这种方法可以检测出内部缺陷，如气泡、空洞等，但对于材料的结构强度评估有一定限制。
3. 热成像检测：热成像检测是一种通过测量物体表面的热量分布来检测缺陷的方法。
如何检测3D打印机中的打印质量问题3D打印技术的发展已经取得了巨大的突破，越来越多的人开始使用3D打印机来制作各种物品。
然而，与其它制造技术一样，3D打印也存在一些质量问题。
本文将探讨如何检测3D打印机中的打印质量问题，并提供一些解决方案。
首先，我们需要了解3D打印机中可能出现的一些常见质量问题。
其中之一是层间粘结不牢。
这意味着打印物体的不同层之间没有很好地粘合在一起，导致物体容易断裂。
另一个问题是表面质量不佳，可能出现凹凸不平或者光滑度不够的情况。
此外，还有可能出现尺寸偏差、细节丢失和形状不准确等问题。
要解决这些问题，我们首先需要检查打印机的机械部件是否正常工作。
例如，我们可以检查打印头的运动是否平稳，是否有异常声音。
同时，我们还需要检查打印床的水平度和平整度，确保打印物体能够均匀地附着在打印床上。
其次，我们需要检查打印材料是否符合要求。
不同的3D打印机使用不同的打印材料，如ABS、PLA等。
我们需要确保所使用的打印材料质量良好，并且符合打印机的要求。
有些低质量的打印材料可能会导致打印质量下降，甚至影响打印机的正常工作。
另外，我们还需要关注打印机的参数设置。
打印机的参数设置直接影响打印质量。
例如，打印速度、打印温度、层高等参数都需要根据打印材料和打印对象进行合理设置。
如果参数设置不当，可能会导致打印物体的质量下降。
除了以上几个方面，我们还可以通过一些软件工具来检测打印质量问题。
例如，我们可以使用3D建模软件来分析打印物体的模型，检查是否存在细节丢失或者形状不准确的问题。
此外，还有一些专门用于检测打印质量的软件，可以帮助我们分析打印物体的层间粘结情况、表面质量等。
最后，我们还可以参考一些专业的3D打印社区和论坛，向其他用户寻求帮助和建议。
这些社区和论坛上有很多经验丰富的用户，他们可以分享自己的经验和解决方案。
通过与他们的交流，我们可以更好地了解和解决打印质量问题。
综上所述，要检测3D打印机中的打印质量问题，我们需要从机械部件、打印材料、参数设置等方面进行综合考虑。
3D打印技术如何进行材料质量检测在3D打印领域，材料质量检测是确保打印出的产品质量和性能的重要环节。
由于3D打印技术的特殊性，材料质量检测涵盖多个方面，包括材料原料的选择、打印过程中的质量控制以及最终产品的性能测试。
这篇文章将要探讨3D打印技术如何进行材料质量检测。
首先，保证材料原料的质量是3D打印中的第一步。
不同种类的3D打印材料包括塑料、金属、陶瓷等，每种材料有不同的物理和化学特性，因此需要在选择原料时进行严格的质量检测。
常用的方法包括材料成分分析、物理性能测试以及微观结构观察等。
通过这些检测手段可以确保原料的质量稳定，从而保证打印出的产品具有一致的性能和品质。
其次，在打印过程中的质量控制也是关键。
3D打印技术通常是由计算机辅助设计（CAD）软件生成模型，然后通过打印机将模型逐层打印成实体。
在这个过程中，材料的质量控制至关重要，以确保每一层的质量和精度。
常用的质量控制方法包括打印速度的控制、温度的控制以及打印机参数的调整等。
同时，在打印过程中还需要不断监测和调整打印机的参数，以确保打印出的产品质量达到预期目标。
另外，3D打印的产品也需要进行性能测试。
材料的性能测试是确保打印出的产品具有所需性能和功能的重要环节。
不同的应用领域对产品性能的要求不同，因此需要根据具体需求进行相应的性能测试。
常见的性能测试方法包括力学性能测试、热学性能测试以及耐化学性能测试等。
通过这些测试手段可以评估产品的强度、热稳定性以及耐腐蚀性等性能指标，从而确保产品能够满足预期的使用要求。
在3D打印材料质量检测中，还需要注意一些常见的问题和挑战。
首先是材料的一致性和可重复性。
不同批次的材料可能会存在一定的差异，因此需要确保不同批次的材料具有一致的性能和质量。
此外，3D打印过程中可能会出现的问题包括精度问题、层间附着问题以及表面质量问题等。
这些问题可能导致产品的性能下降以及外观质量差，因此需要通过合适的方法进行检测和纠正。
总的来说，3D打印技术的材料质量检测是确保打印出的产品质量和性能的重要环节。
3D打印模型的尺寸精度测试方法3D打印技术在近年来得到了广泛应用，其在医疗、教育、制造业等领域带来了巨大的变革。
在实际应用中，我们常常需要对3D打印模型的尺寸精度进行测试，以验证其设计准确性和生产质量，同时也为后续的应用提供可靠的数据支持。
本文将介绍几种常用的3D打印模型尺寸精度测试方法，帮助读者更好地评估其质量。
一、测量工具与方法1. 数字卡尺：数字卡尺是最常用的尺寸测量工具之一，广泛应用于各个行业。
使用数字卡尺进行测量时，将其放在被测物体的两个相对面上，读取测量结果并记录。
2. 百分表：百分表是一种更为精确的尺寸测量工具，适用于对小尺寸物体进行测量。
使用百分表时，将测头置于被测物体的两个相对面上，通过移动滑块来对其它尺寸进行测量。
3. 光学测量方法：光学测量方法包括投影仪、显微镜等工具的应用。
通过对被测物体进行放大、照明等处理，可以观察到更为精细的细节，并进行尺寸测量。
二、测试步骤在使用以上工具进行尺寸精度测试时，我们需要按照一定的测试步骤进行操作，以确保测试结果的准确性和可靠性。
1. 准备被测物体：选择一种常用的3D打印材料，并根据测试需要设计并打印出合适的模型。
确保模型的尺寸范围符合测试要求，并保持其表面光洁平整。
2. 设置测量设备：选择相应的测量工具，并根据测量要求进行初始设置。
确保测量工具的测量准确性和稳定性。
3. 进行尺寸测量：将被测物体放置在测量工具上，根据具体测试需求选取合适的测量方法进行测量。
逐个记录每个尺寸参数的测量结果，并进行精确计算。
4. 统计与分析数据：将所有测量结果汇总并进行数据统计和分析。
计算尺寸的最大偏差、平均偏差等参数，评估模型的尺寸精度并进行比较分析。
5. 结果报告与结论：根据测量结果生成测试报告，并进行结论总结。
对于符合尺寸要求的模型，可以进一步进行相关应用；对于不符合要求的模型，可以进行后续的优化和改进。
三、注意事项在进行3D打印模型尺寸精度测试时，我们需要注意以下几点，以保证测试的准确性和可靠性。
如何进行3D打印模型的质量检查和修正3D打印技术的快速发展使得其在各个领域都有了广泛的应用。
然而，由于材料性质、机器精度以及设计问题等原因，常常会出现3D打印模型的质量问题。
为了确保打印模型的质量和准确性，进行质量检查和修正是非常重要的。
下面将介绍一些有效的方法，帮助您进行3D打印模型的质量检查和修正。
1. 检查模型的文件格式在进行质量检查之前，确保所使用的3D模型文件格式正确无误。
常见的文件格式包括.STL、.OBJ、.AMF等。
确保文件没有损坏或者格式错误，这样可以避免打印过程中出现问题。
2. 检查模型的尺寸和缺陷使用建模软件或在线工具，检查打印模型的尺寸和形状。
尺寸的准确性非常关键，因为打印出来的模型需要与原始设计一致。
此外，还需要注意是否存在模型的缺陷，如空隙、裂缝、尖锐的边缘等，这些都可能影响到后续的打印工作。
3. 检查模型的支撑结构在3D打印过程中，支撑结构起到支撑打印模型的作用，防止变形或塌陷。
确保支撑结构的设计合理，不会对模型造成不必要的破坏或影响模型的外观。
如果需要，可以通过建模软件对支撑结构进行调整和优化。
4. 检查模型的层高和填充率层高和填充率是3D打印过程中重要的参数。
层高越小，打印模型的表面质量越好，但打印时间也会相应增加。
填充率决定了打印模型的内部结构密度，需要根据具体需求进行调整。
进行质量检查时，确保层高和填充率的设置合理，并满足预期的效果。
5. 使用模型修复工具在质量检查过程中，可能会发现一些模型表面的缺陷或空洞。
此时可以使用一些模型修复工具来进行修复。
这些工具可以自动修复模型中的错误，填补空洞并平滑表面，使得模型更加完美。
6. 进行打印前的测试打印在正式打印前，进行一次测试打印是必要的。
通过测试打印，可以发现存在的问题并及时进行修正。
这有助于避免浪费材料和时间，确保最终打印出的模型质量符合预期。
7. 质量检查后的修正在进行质量检查后，根据检查结果进行相应的修正。
计算机视觉技术在3D打印中的应用研究随着3D打印技术的不断成熟，越来越多的人开始尝试将计算机视觉技术应用于3D打印中。
计算机视觉技术主要指的是通过相机、光学成像等技术获取图像数据，并使用算法和模型进行分析和处理的技术。
在3D打印中，计算机视觉技术可以起到非常重要的作用。
一、3D扫描建模3D打印的第一步是建模，而传统的3D建模方法，需要使用专业的CAD软件进行绘图，或者手工雕刻。
这些方法不仅耗时耗力，而且难以精准地还原物体的形状和细节。
因此，3D扫描成为了另一种比较普遍的建模方法。
3D扫描可以通过激光扫描、光栅扫描等方式将物体表面的点云数据捕捉下来，再进行后续处理，生成模型文件，最终用于3D打印。
而在3D扫描过程中，计算机视觉技术可以起到很大的作用。
例如，对于复杂的物体表面，普通的扫描方法可能无法有效地提取出表面的特征点，这时候，计算机视觉技术可以帮助提高扫描的准确度和效率。
此外，计算机视觉技术还可以识别不同部位的物体，并自动将被扫描的物体进行分割，从而能够更加方便地进行3D建模。
二、自动支撑在3D打印中，支撑是非常重要的一个环节。
支撑可以稳定物体的形状，防止变形，并且支撑材料可以在打印过程中保证打印成功率。
不过，设计支撑需要一定的技术和经验，并且往往需要手动绘制支撑杆，非常费时费力。
而采用计算机视觉技术，可以自动设计支撑杆。
自动支撑技术需要对3D模型进行分析，从而确定支撑的位置和大小。
具体地说，需要通过分析模型的平台支撑生成过程中的位移、翻滚和旋转，以及构成模型的三角形的表面曲率等参数，将支撑位置和大小做出最优化的决策。
这样的一些决策过程，计算机视觉技术可以用计算力来做到非常快速和准确。
三、质量检测随着3D打印技术的普及，更多人开始探索3D打印在生产制造和医疗等领域的应用。
然而，在3D打印中，质量控制成了一个比较大的问题。
因为打印过程中往往出现毛刺、瘤块和表面平滑度等问题，尤其是强度不足的支撑杆很容易折断，导致产品质量下降。
link appraisement贾 敏1 刘松松孙佳玮2 孙建辉1.航空工业西安飞机工业（集团）有限责任公司刘松松（1994－）男，大学本科，助理工程师，研究方向：机械加工零件数字化测量改进。
中国科技信息2021年第2期·CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Jul.2021◎31万～60万过程注意具体设备精度和测量公差需要满足国标或航标等标准中量值溯源的相关规定，以保证测量过程的准确性。
针对第三条难点关节臂测量仪为一种便携式三坐标测量仪器，相比于三坐标测量仪，其有多个关节和多个旋转轴保证在测量范围球形区域内任意一个空间点。
同时测量时路径可灵活规划，测头由人工控制有更好的灵活性，特别是半封闭腔体部分的检测有其优越性。
针对第四条测量难点关节臂测量仪设备对环境的要求易于满足温度10℃ ~40℃（储藏温度为－10℃~60℃），相对湿度≦95%。
就硬件条件关节臂测量仪可满足本文论述零件的测量。
因此本文就关节臂测量仪对3D打印零件的检测提出两种检测方法。
测量方法硬质测头接触式测量对于常规的零件进行零件的理论外形检测需要建立测量坐标系与零件坐标系对准，从而将零件实物与MBD数模关联起来进行检测，但对于3D打印产品没有有足够的基准来建立精确的坐标系来用于对准和理论型面检测。
具体检测方法如下：(1)在MBD数模上用特征选取的方式建立零件坐标系，在零件上对应的用6点法（3－2－1）的方式建立测量坐标系。
注：此过程必须注意测量零件进行分析，确定出粗对齐过程中测量要素的选择合理性，尽可能有效控制被测零件的6个自由度。
(2)在测量坐标系与零件坐标系对准下，对3D打印零件需要检测的部位进行逐个测量，对零件的测量误差简单进行分析，确保测量过程的正确性。
注：此过程可以利用基本的平移旋转来消除部分误差，来提高坐标系对齐的精度。
(3)利用最佳拟合的方式对测量的要素与理论数模进行最佳拟合，对拟合次数、公差以及参与运算的特征数量进行设定，通过软件分析得出最佳拟合后的最大误差、标准差以及各个测量点位的X、Y、Z、DN等数据的理论值及最佳拟合后的偏差情况。
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一．目的
为了使3D打印机检验标准检验与判定有据可依，保证产品品质能达到我司要求，特制定此检验标准。
二．范围
适用于公司所有3D打印机产品出货检验。
三．抽样依据：
依据MIL-STD-105E-II抽样检查表
致命缺陷：CR：= 0
主要缺陷：MA: = 0.4 Ac=允收数
次要缺陷：MI：= 1.0 Rc=拒收数
1、致命缺点: (简称为：CR）
a、会导致使用人员或财产受到伤害
b、违反法律法规(不符合环保要求)
c、影响产品性能及重大外观缺陷
2、主要缺点：（简称为：MAJ）
a、产品失去部分应有的功能
b、可能降低信赖度或品质性能
3、次要缺点：（简称为 MIN）
a、不会降低产品之应有的功能。
b、不会造成产品使用不良。
c、C 区存在有与外观标准之偏差。
四.检验面说明
A面：组装成整机后，正常水平放置，能够从正前方看到的表面。
B面：组装成整机后，置于与视线平行的位置，水平方面旋转，能够看到的两个侧面与后面。
C面：组装成整机后，将其倒置，能够从上方边旋转边看到的表面。
五.检验条件：
在距自然光光线或60W-100W日光灯下检验，距离光源1.2m,眼睛距物40-50cm，视物约3-5秒；
六．外观及包装检验标准：
参考《外观通用检验标准》。
七．整机检验项目及标准
注：检验标准中未提到的不良项参照签样的样品判定。
3D打印技术中的打印质量测试与检验随着3D打印技术的不断发展和普及，其在各个领域中的应用也日益增多。
不论是制造业、医疗健康、建筑设计还是教育领域，3D打印技术都具有巨大的潜力。
然而，要保证打印出的产品质量和精度，既需要先进的打印设备和材料，又需要进行有效的质量测试与检验。
1. 打印质量测试的重要性3D打印技术是一种将数字模型转化为物理产品的创新制造方式。
打印质量的高低直接影响到最终产品的表面质量、功能性能以及材料的力学特性等。
而打印质量的稳定性和可重复性则是进行量产的基础。
因此，进行打印质量测试与检验非常重要，它可以帮助我们评估打印过程中可能出现的问题，并采取相应的措施来改善和优化打印流程。
2. 打印质量测试的方法（1）外观质量测试：外观质量测试是衡量打印产品外观表面的质量特征。
常见的表征指标包括表面平整度、粗糙度、孔洞和凹凸等。
通过视觉检查和触感评估等方式，我们可以对产品表面的质量进行评估，并及时调整打印参数以提高打印质量。
（2）尺寸精度测试：尺寸精度是评估打印产品几何形状和尺寸与设计模型之间的偏差程度。
常见的测试方法包括使用数码卡尺和扫描仪等工具，并将测试结果与设计模型进行对比，以判断是否达到了预期的精度要求。
（3）力学性能测试：力学性能测试是评估打印产品的强度、硬度、韧性等力学特性的方法。
常见的测试方法包括拉伸试验、硬度测试和冲击测试等。
通过这些测试，我们可以了解材料的物理特性，进而为打印产品的设计和应用提供依据。
（4）表面质量测试：表面质量测试是评估打印产品表面细节和光滑度的方法。
常见的测试方法包括透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）和光学显微镜等。
这些测试可以帮助我们观察产品的微观结构和表面缺陷，并针对性地进行优化和改进。
3. 检验方法的选择与优化在进行打印质量测试与检验时，我们需要根据具体的应用需求和打印材料的特性选择合适的检验方法。
同时，还需要考虑产品的形状、尺寸和打印参数等因素，并对测试方法进行优化。
如何进行3D打印模型的质量检测与改善现如今，3D打印技术正逐渐改变着制造业的格局。
然而，与传统制造方式相比，3D打印模型的质量检测仍然是一个重要的挑战。
为了确保3D打印模型的质量和精度，我们需要采取一系列的检测与改善措施。
首先，一个完善的3D打印模型质量检测流程是必不可少的。
这个流程应该包含以下几个关键步骤：1. 准备：确定合适的3D打印机和材料，并设置正确的打印参数。
此外，对于复杂的模型，建议使用支撑结构来提高打印质量。
2. 打印：使用预先设定的参数来进行打印，并监控打印过程，确保模型的准确性和精细度。
3. 清理：在打印完成后，将模型从打印床上取出，并清除可能残留在模型表面的支撑结构和废料。
4. 检查与测试：使用高精度测量工具对模型进行检查和测试。
其中包括测量模型的尺寸、表面质量等。
此外，还可以使用CT扫描等高级检测手段来检测模型内部的缺陷。
5. 分析与评估：根据检查和测试结果，对模型的质量进行分析与评估。
例如，对于尺寸偏差较大的模型，可能需要调整打印参数或重新设计模型。
接下来，我们将介绍几种常见的3D打印模型质量问题及改善方法：1. 尺寸偏差：3D打印模型的尺寸可能存在与设计不一致的情况。
为了解决这个问题，可以使用校准工具来调整打印机的参数，并进行实时监控和反馈。
此外，还可以使用CAD软件对模型进行尺寸校正。
2. 表面质量：3D打印模型的表面可能存在层叠痕迹、孔洞等缺陷。
为了改善表面质量，可以调整打印参数，如打印速度、温度等，以获得更加光滑和均匀的表面。
此外，还可以使用打磨、涂层等后处理方法进一步提高表面质量。
3. 结构强度：3D打印模型的结构可能存在脆弱或不均匀的问题。
为了改善结构强度，可以使用增强材料或增加支撑结构。
另外，可以优化模型的设计，以提高其结构性能。
此外，为了提高3D打印模型的质量，还可以采取以下几个综合措施：1. 环境控制：确保打印环境的温度、湿度等参数符合要求。
不同的打印材料对环境的要求也不同，保持适宜的环境参数有助于提高打印质量。
第43卷第4期 2017年4月北京工业大学学报JO U RN AL O F B E IJIN G UNIVERSITY O F TECH NOLOGYVol.43 N o.4Apr. 2017模型引导与视觉分析相结合的3D打印产品质量检测方法毋立芳，高源，郭小华，赵立东，张子明(北京工业大学信息学部，北京100124)摘要：针对3D打印产品个性化程度髙的特点，普通的产品质量检测方法并不适用.对3D打印额面肿瘤导板导 向孔，为取得更髙精准的检测，提出了一种模型引导、机械系统配合、视觉系统监控相结合的质量检测方法.整个方 法框架包括机械系统、控制模块、视觉模块，在检测算法的统一调度下实现3D打印额面肿瘤导板导向孔精度检测.首先，利用导板和相应三维模型上对应的各3个不共线点对齐导板和模型.然后，根据三维模型上的导向孔位置和 方向，控制机械系统引导模型导向孔移动到视觉模块的中心，通过分析导向孔的圆度、长宽比、直径、孔心间距等特 征参数，判断导向孔是否合格.结果表明:该算法和系统，相比于人工质量检测，缩短了检测周期，提髙了检测精度.提出的算法框架可用于其他3D打印产品与模型的形状一致性检测.关键词：模型引导；机器视觉；图像分析；3D打印产品；质量检测中图分类号：TP399 文献标志码：A文章编号：0254 -0037(2017)04 -0526 -07doi： 10.11936/bjutxb2016070040Quality Control Approach of 3D Printing ProductsCombining 3D Model and Computer VisionWU Lifang，GAO Yuan，GUO Xiaohua，ZHAO Lidong，ZHANG Ziming(Faculty of In form ation T echn ology Beijing U niversity of Technology，Beijing100124，China) Abstract：The general sampling inspection solution is not suitable for3D printing products because of the personality of such products.In this paper，a framework for 3D printed maxillofacial tumor treatment guide inspection was proposed to achieve a more accurate detection，which includes mechanic system，control part and video surveillance part.The proposed method was used to inspect the location and direction of the hole under three parts.First，the 3D model and the printed product were aligned in the unified coordinates.Then，the product was moved to the suitable view based on the location and direction of the hole on the3D model so that the hole would be in the center of the image.Finally，the hole was detected and shape parameters such as circularity，aspect ratio，diameter and the distance between the neighboring holes were extracted.Based on these parameters，we can decide if the hole is qualified.The experiments demonstrate that the proposed method raises the inspection precision and speed，in comparison to manual inspection.Furthermore，the proposed framework can be extended to shape consistency inspection of other3D printing products.Key words： 3D model guide;computer vision；image analysis; 3D printing；product inspection收稿日期：2016-07-15基金项目：北京市科技计划资助项目（B JJQ-2015-254鄄4)作者简介：毋立芳（1970—），女，教授，博士生导师，主要从事图像、视频方面的研究，E-mail：lfw u@第4期毋立芳，等：模型引导与视觉分析相结合的3D打印产品质量检测方法5273D打印是一种增材制造技术[1]，能够快速完成工业设计或是模具制造.随着这项技术的兴起，使一些具有突破意义的方法能够获得实现.由北京工业大学承担的北京市科委重大课题“3D打印肿瘤医疗导板成型装备及检测设备工程样机研制”，在这方面取得了突破.这种治疗方法根据患者病情设计算机视觉和控制模块，检测产品比较单一，检测路径固定，待测产品大部分只检测一个面或固定产品使其待测部分与视觉系统位置不变，因此很难适应不在设计模板内的产品，若以传统的质量检测系统检测3D打印产品，必然会因为3D打印产品的高自由度设计造成检测效率降低甚至无法检测.出的导板模型，通过3D打印技术生成治疗导板，医生将治疗探针沿着导板上的导向孔插入患者肿瘤位置，实现放射性治疗，因此导向孔的成型对治疗效果影响很大.但是，导向孔的成型不能保证直接使用.与3D打印技术的快速发展不匹配，3D打印产品质量检测目前还处于空白，缺少系统地检测手段. 3D打印产品具有很强的个性化特征，以本文的额面肿瘤导板为例，每一个导板都是针对病人设计，每一个导向孔的位置和方向都不会与其他的导板相同，因此以前用于流水线产品检测方案不适用于个性化的3D打印产品检测.近年来，计算机视觉技术飞速发展，基于视觉的产品质量检测技术逐步走向产品应用.Atas等[2]研制了红辣椒受黄曲霉毒素污染程度的机器视觉系统.Dowlati等[3]开发了基于机器视觉的金头鲷新鲜程度智能检测系统.Nashat等[4]提出了利用机器视觉技术检测饼干表面微小裂纹的方案.该方案是对待测物的某一个平面进行检测，且每一个产品需要检测的平面是相同，这样使相机与待测物保持一个相对固定的位置关系，无法满足3D打印产品多角度的检测需求.Keser等[5]提出了基于机器视觉的瓷砖自动视觉质量控制智能系统.王磊[6]提出了一种基于机器视觉的扣式电池在线检测系统.这些系统是加上传送带使产品检测更加自动化，可以逐次检测多个产品，但是对每一个产品的依然是保持一个相对静止的关系.王亚运[7]提出基于机器视觉的机器人涂胶质量在线检测系统.该系统通过专用标定物离散标定，然后基于广义回归神经网络去预测标定信息，在机械臂运动过程中实时标定，检测标定物直径和位置完成质量检测.该系统虽然能够完成对车盖曲面的检测，但是其需要大量样本进行训练，而3D打印产品的个性化程度高，无法提供足够的样本完成训练集的建立.可以发现，基于机器视觉的产品质量检测是目前的研究热点，但是目前的检测系统多是综合了计针对上述问题，本文提出了一套系统化的3 D 打印产品质量检测框架，并开发原型系统进行了原理验证.该系统以模型引导为基础，机械系统配合，辅以视觉监控，实现对3D打印额面肿瘤治疗导板导向孔的质量检测.其主要思路是利用导板和导板三维模型上对应的各3个不共线点对齐导板和模型的坐标，然后根据导向孔三维模型上的三角面几何特征提取导向孔中心坐标和法向量并规划出检测路径，最后通过导向孔的图像，依据导向孔的圆度、长宽比、直径、孔心间距等条件，判断导向孔是否合格.相比于人工质量检测，提出的算法和系统缩短了检测周期，提高了检测精度.1系统整体设计框架本文的3D打印额面肿瘤治疗导板质量检测是对导向孔外形的质量检测，其本质是三维模型和产品的一致性检测.采用机器视觉的方法[8]是比较高效的一种方式，且安装简单、成本较低，但是传统的机器视觉方法对于导板方向各异分布不规则的导向孔来说，无法完成检测.因此本文提出一种通过模型引导计算检测路径，机械系统配合机器视觉对产品进行定位和质量检测的3D打印产品外形质量检测框架，系统整体框架如图1所示.图1系统整体框架Fig. 1 Overall solution of quality testing and puncturingsystem of medical guide made by 3D printer 其中软件模块分析模型计算出运动路径，使导528北京工业大学学报2017 年的咼清相机.3导板质量检测算法结合机械系统，导板质量检测算法的框架如图2.1机械结构导板模型可以简化为一个半球形，导向孔即插 在这个半球体上，为了使导向孔运动到相机中心，且 取向平行于相机光轴，本文基于五轴数控机床原理设计包含2个旋转轴兹!、兹2和3个平移轴平的机械系统，其中y 轴上安装单个工业相机与x 轴构成 CCD 检测机构，^和兹2安装与z 轴上，^可带动兹2转动，三者构成三维度工作台.2.2电气控制系统基于模型引导和视觉监控的3D 打印额面肿瘤导板智能化质量检测系统电气系统主要由上位机， 电机控制组件，图像采集设备构成.上位机采用通用PC 机，在win7系统运行自己编写的3D打印额面肿瘤导板智能化质量检测软件.电机控制组件是 基于CAN 协议通信的工控机，CAN 卡使用copley 的CAN -PCI -02.图像采集设备使用Siliconsoftware _ mico -renableiv _vd 4-cl 图像米集卡，相机选用 SP 2000图2系统硬件系统Fig. 2 Hardware system structure向孔取向能够与相机光轴平行，且位于相机中心，然 后传输运动路径给控制模块，控制模块发射信号到 机械模块电机，控制机械模块运动，改变视觉模块相 对于导板的位置，此时软件模块可控制视觉模块采 集图像并反馈给软件模块.运动到位后机械模块反 馈信号至控制模块，控制模块根据信号反馈软件模 块当前机械模块位置.2系统硬件设计3D 打印医疗导板质量检测和试穿系统硬件系统主要负责图像采集与传输，导板位置和相机位置 的移动以及当前位置的信息读取等.根据上述任务，论文设计的硬件系统结构如图2所示.该硬件 系统主要包含机械结构和电气控制系统.所示.该算法主要分为以下3个部分:/导板|维模型/3D 打印导$采集导板图像模型位置—►初始化—►导向孔▼以检测检测r路径图像分析路径运动计算图3质量检测算法框架Fig. 3 Framework of the quality testing algorithmi )模型位置初始化.为了保证模型与产品一致，首先要保证模型坐标和导板坐标保持一致，因此、L '取唞和提 孔标® 向坐向 导法第4期毋立芳，等：模型引导与视觉分析相结合的3D 打印产品质量检测方法529需要通过模型位置初始化，使导板三维模型坐标与 导板世界坐标对齐.2) 导向孔路径计算.每一个3D 打印产品都有 对应的模型，这是3D 打印产品的一个优势，可以先通过模型预先估算出待测目标的位置，从而确定检 测路径，比单纯的通过计算机视觉技术检测要高效 和方便，这也是本文模型引导的意义所在.3)导向孔检测.将导向孔移动待测位置后，通过图像的方式进行质量检测.对一个待检测的3D打印肿瘤导板，首先选定导板和模型上的3个近似点，根据伪双目立体视觉 求导板上3个点在机械系统下的世界坐标，然后求 模型坐标变换到导板世界坐标过程中的变换矩阵， 再将导板其他点以此过程变换完成模型坐标与导板 世界坐标对齐.然后提取导板模型中导向孔横截面 的中心坐标和法向量，再将其转换为机械系统可识 别的运动路径，以Dijkstra 算法对其优化，控制机械系统以检测路径进行运动，使一个导向孔移动到待 测位置后，停止运动，采集图像并分析，矫正导向孔 位置使导向孔轮廓中心位于图像中心.最后以导向 孔轮廓的圆度、长宽比、直径以及与上一个孔的间距 等信息判断导向孔是否合格.时相机坐标系下的坐标;D 为水平旋转中心到前后翻转中心的距离;f 为相机焦距;^为相机平移距离；^、标记点左相机的图像坐标;X r 、^为标记点右相机的图像坐标.把模型上的点变换到导板实际世界坐标的位 置，首先根据以空间中按任意轴旋转[1〇]的方式将模 型上的3个点旋转，然后将模型上3个点所构成的 三角形旋转到与导板上的3个点所构成的三角形对 应边平行，最后平移模型上的3个点到导板上3个 点的近似位置.根据这个变换过程变换模型其他的点， 使导板模型与导板实际位置对齐.3.2导向孔检测和路径计算3. 2. 1导向孔三维坐标和法向量提取算法本文主要对3D 打印额面肿瘤治疗导板进行导向孔的质量检测.每个导板都对应2个三维模型，一个是导板进行3D 打印的成型模型，另一个是与其匹配的导针模型，如图4所示.根据三维模型STL的特征即模型由一个三角面拼接而成，并且已知每 个三角面的3个顶点坐标和法向量.通过手动提取 导孔端面的三角面，发现此处三角面与其他三角面 的不同的几何特征，因此采用基于几何特征滤波和 聚类的导向孔三维坐标和法向量提取算法.3.1基于伪双目立体视觉的模型位置初始化通常3D 打印的模型通过三维模型编辑软件设计或由三维扫描仪扫描数据得到，因此每个模型从 每个顶点坐标来说，除特别要求外，可以认为是没有 约束的.以本文的3D打印肿瘤治疗导板来说，不同 模型在同一个坐标系中的位置，方向都有很大的差 别，因此用一个单一的矩阵变换公式来使三维模型 和实物位置对齐是不可能的.而若已知1个物体上 3个不共线的点，基本可确定这个物体的姿态，本文 通过伪双目立体视觉[9]确定导板3个不共线点的世 界坐标和通过鼠标拾取三维模型上相对应的点，根 据双目立体视觉图像到世界坐标的计算公式，结合 机械结构，推导导板标记点世界坐标计算公式"x w ''100 - C x ■y w 00-1 Cy-D Z w010 - Cz _ 1 __01 __ A - A tf ( X r - X t) 1- Xr t z Y f( X r - Xi ) 1fix - Xr t zX r - X i(1)式中:xw 、yw 、zw为机械系统下导板标记点世界坐标;^、Cy 、^为机械系统水平旋转中心，恰好是图像中心(C )导板与对应导针 图4导板与导针模型Fig. 4 Guide plate and guide pin model首先根据三角面的长度和面积滤除导针模型中 不符合导向孔横截面特征的三角面，然后用K-530北京工业大学学报2017 年means聚类算法根据法向量进行聚类，得到同一个方向的三角面集合，再对集合内部进行三角形内心间距的K-means聚类，分割出每一个可能是导向孔横截面的三角面集合，求各个集合的中心坐标和法向量.通过一组中心坐标和法向量预估导板模型上的导向孔横截面位置，仅保留在预估位置处的三角面进行下一步计算.然后通过Meyer[11]提出的基于Voronoi图的三角网格顶点离散曲率计算方法计算剩余三角面的离散曲率K二2仔-移兹iS(2)式中:K为V〇离散曲率;兹;为V〇和V i+i之间的夹角；S 为包含V。
