三维测试系统

三维测试系统（共12篇）

三维测试系统 篇1

0 引言

全息投影是近期非常流行的技术, 它采用全息膜配合投影展示产品, 提供了丰富的全息影像, 可以在玻璃、亚克力等材质上成像, 将装饰性、实用性融为一体, 成为现在一种前沿的市场推广手段。2008年美国CNN电视台首次在总统大选的报道中应用了全息投影技术, 动用了35部高清摄像机, 从各角度同时对主持人进行拍摄, 拍摄的图像数据传输到20台电脑中进行合成处理, 最终通过高清投影仪实现全息人像的真实再现。全息投影技术是通过在空气或特殊镜片上形成立体影像, 是全息摄影术的逆向展示, 可以从任何角度观看全息影像的不同侧面。目前市场上可实现的全系投影从技术上分为四种: (1) 空气投影。美国麻省的一名29岁研究生发明了一种空气投影技术, 可以在气流墙上投影图像, 并且使其具备交互功能。这一技术灵感来源于海市蜃楼原理, 将图像投射在大片的水蒸气上, 由于组成水蒸气的水分子震动不均衡, 可以形成立体感很强的全息图像。 (2) 激光束投影。日本公司研制了一种利用激光束来投射实体的全息影像投射方法。这一方法主要利用了氧气和氮气在空气中散开时, 两者混合成的气体变成灼热的物质, 并在空气中通过不断的小爆炸形成全息图像。 (3) 美国南加利福尼亚大学的研究人员研制了一种360度全息显示屏, 将图像投影在高速旋转的镜子上, 从而实现全息影像。 (4) 雾幕立体成像系统。雾幕立体成像, 也被称为雾屏成像, 通过镭射光借助空气中的微粒, 在空气中成像, 使用雾化设备产生人工喷雾墙, 利用这层水雾墙代替传统的投影屏, 结合空气动力学制造出能产生平面雾气的屏幕, 再将投影仪投射喷雾墙上形成全息图像。

1 系统总体设计

全息投影技术是全息摄影技术的逆向展示, 本质上是通过在空气或者特殊的立体镜片上形成立体的影像。不同于平面银幕投影仅仅在二维表面通过透视、阴影等效果实现立体感, 全息投影技术是真正呈现3D的影像, 可以从360°的任何角度观看影像的不同侧面。产品系统是由三维显示系统、计算机多媒体系统、控制系统所组成。下图1为系统流程框图。

1.1 三维显示系统

三维立体显示系统提供了良好的沉浸式虚拟场景。在虚拟现实应用中用以显示实时的虚拟现实仿真应用程序, 该系统通常主要包括专业投影显示系统、悬挂系统、成像装置等三部分, 三维显示系统在360度全息投影技术中完成活动三维立体视频的在场景造型上的再现, 使立体影像与周围的人造景观背景有比较“真实”的结合。下图2为成像系统图。

1.2 计算机多媒体系统

多媒体计算机系统是指能把视、听和计算机交互式控制结合起来, 对音频信号、视频信号的获取、生成、存储、处理、回收和传输综合数字化所组成的一个完整的计算机系统。具有同步性, 集成性, 交互性, 综合性等特征。在360度全息投影技术中, 计算机多媒体系统利用先进的多媒体技术和计算机控制技术, 可以实现大的场景、复杂的生产流水线、大型产品等的逼真展示。

1.3 控制系统

控制系统意味着通过它可以按照所希望的方式保持和改变机器、机构或其他设备内任何感兴趣或可变的量。控制系统同时是为了使被控制对象达到预定的理想状态而实施的。控制系统使被控制对象趋于某种需要的稳定状态。在360度全息投影技术中, 控制系统完成活动模型控制、电源控制、播放控制等。

2 视频制作

本系统不可或缺的便是在视频制作上, 因此为了视频的精彩呈现, 选择基于PC系统的三维动画渲染和制作软件3D Studio Max以及视频处理软件Adobe After Effects。

3DSMax在应用范围方面, 广泛应用于广告、影视、建筑设计、三维动画、多媒体制作、游戏以及辅助教学等领域。该软件的突出特点:1) 基于PC系统的低配置要求;2) 安装插件 (plugins) 可提供3DSMax所没有的功能 (以及增强原本的功能;3) 强大的角色 (Character) 动画制作能力;4) 可堆叠的建模步骤, 使制作模型有非常大的弹性。

AE的全称是After Effects, 一个影视后期特效合成及设计软件。AE软件可以帮助您高效且精确地创建无数种引人注目的动态图形和震撼人心的视觉效果。利用与其他Adobe软件无与伦比的紧密集成和高度灵活的2D和3D合成, 以及数百种预设的效果和动画, 增添令人耳目一新的效果。

3 电路模块控制设计

3.1 单片机STC15W408AS

STC15W408AS是STC生产的一款高速、可靠、抗强干扰的新一代单片机, 内置晶振及复位电路, 减少最小系统的外围电路、PCB板面积及设计成本。另外此芯片资源丰富, 功能强大, 符合本设计要求。本设计使用三路PWM为LED驱动电路提供PWM输入信号, 通过SPI控制ESP8266无线通信模块的数据收发。

3.2 ESP8266无线WIFI模块

本设计采用ESP8266无线WIFI模块控制视频的播放、暂停、停止。

3.2.1 ESP8266简介

ESP8266是一款超低功耗的UART-Wi Fi透传模块, 拥有业内极富竞争力的封装尺寸和超低能耗技术, 专为移动设备和物联网应用设计, 可将用户的物理设备连接到Wi-Fi无线网络上, 进行互联网或局域网通信, 实现联网功能。

ESP8266封装方式多样, 天线可支持板载PCB天线, IPEX接口和邮票孔接口三种形式;

ESP8266可广泛应用于智能电网、智能交通、智能家具、手持设备、工业控制等领域。

3.2.2 ESP8266主要功能

ESP8266可以实现的主要功能包括:串口透传, PWM调控, GPIO控制。

3.2.3 ESP8266内部结构

ESP8266高度片内集成, 包括天线开关balun、电源管理转换器, 因此仅需极少的外部电路, 且包括前端模块在内的整个解决方案在设计时将所占PCB空间降到最低。下图3为ESP8266结构图。

3.3 人机界面软件程序设计

三维虚拟投影系统的控制程序设计流程图如下图4所示, 其主要包括:

3.3.1 系统初始化

在系统初始化程序中, 主要完成对各模块的启动处理, 其中包括:显示屏进入播放界面、无线模块ESP8266启动。

3.3.2 检测系统状态

系统初始化以后, 开始检测wifi模块, 并且检测视频播放状态, 一切正常后, 等待进入系统启动状态。

3.3.3 启动任务

检测系统状态正常后, 开始检测触摸屏是否有事件发生, 即用户是否对触摸屏操作, 如果有那么系统开始发送相应的指令到视频控制, 从而实现智能播放停止的功能, 如果没有系统保持待机功能。

4 结论

通过把物理学光学技术、三维动画技术、物联网技术和嵌入式技术融合, 应用于投影技术中, 不仅突破了传统声、光、电局限, 将美轮美奂的画面带到观众面前, 给人一种虚拟与现实并存的双重世界感觉, 给人们带来新的视觉享受。而且还克服以大屏幕为主的传统展示方式的缺点, 体现了融合展示及互动展示。本设计尺寸灵活、成像清晰度高、安装便捷、形式新颖、内容多样, 适用于虚拟样机、生物医学以及建筑视景与城市规划、地震及消防演练仿真、军事模拟战场、电子对抗、航空航天模拟等领域, 具有较高的推广与应用价值。

参考文献

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[6]卢晓丽.计算机网络技术[M].机械工业出版社, 2012.

三维测试系统 篇2

1、前期规划（剧本，造型设定，故事板）

1）.概念设计——业内通用的专业动画流程前期制作.2）.内容包括根据剧本绘制的动画场景、角色、道具等的二维设计以及整体动画风格定位工作, 给后 面三维制作提供参考。

3）分镜故事板——根据文字创意剧本进行的实际制作的分镜头工作；手绘图画构筑出画面； 解释镜 头运动；讲述情节给后面三维制作提供参考.2.中期制作

4）3D粗模——在三维软件中由建模人员制作出故事的场景、角色、道具的粗略模型，为Layout做准 备

5）3D故事板（Layout）——用3D粗模根据剧本和分镜故事板制作出Layout（3D故事板）。其中包括 软件中摄像机机位摆放安排、基本动画、镜头时间定制等知识。

6）3D角色模型3D场景道具模型——根据概念设计以及客户、监制、导演等的综合意见，在三维软 件中进行模型的精确制作，是最终动画成片中的全部“演员”。

7）贴图材质——根据概念设计以及客户、监制、导演等的综合意见，对3D模型 “化妆”，进行色彩、纹理、质感等的设定工作，是动画制作流程中的必不可少的重要环节。

8）骨骼蒙皮——根据故事情节分析，对3D中需要动画的模型（主要为角色）进行动画前的一些变形、动作驱动等相关设置，为动画师做好预备工作，提供动画解决方案。

9）分镜动画——参考剧本、分镜故事板，动画师会根据Layout的镜头和时间，给角色或其它需要活 动的对象制作出每个镜头的表演动画。

10）灯光——根据前期概念设计的风格定位，由灯光师对动画场景进行照亮、细致的描绘、材质的精 细调节，把握每个镜头的渲染气氛。

3.后期制作

11）3D特效——根据具体故事，由特效师制作。若干种水、烟、雾、火、光效在三维软件（maya）中 的实际制作表现方法。

12）分层渲染/合成——动画、灯光制作完成后，由渲染人员根据后期合成师的意见把各镜头文件分层 渲染，提供合成用的图层和通道。

13）配音配乐——由剧本设计需要，由专业配音师根据镜头配音，根据剧情配上合适背景音乐和各种 音效；

14）剪辑——用渲染的各图层影像，由后期人员合成完整成片，并根据客户及监制、导演意见剪辑成 不同版本，以供不同需要用。

达索系统 三维时代新体验 篇3

2012 年，达索系统又一次站在业界的前沿，前瞻性地发布了“3D 体验平台”。与PLM站在设计者和生产者的产品视角不同，3D体验是面向客户的。“是时候开始讲C2B了。”王皓峰意识到，必须给市场和消费者更大的话语权。他称其为“后PLM时代”。

3D体验平台代表把人的体验放在第一位——它既包含了终端用户的体验，也包含了设计者、生产者、决策者本身的体验，王皓峰解释道。3D体验实现了从传统的协作到社会协作，从传统的建模到社会建模，从简单搜索到智能搜索，从产品属性到消费者体验的四个升级。王皓峰进一步展示了3D体验平台的价值。有个短片是仿真飞机发动机遇到鸟群后的行为的：从视觉上看，它仅仅是一个简单的案例，但其内在却包含了非常复杂的科学现象。无论是飞机遇到空难事故后的爆炸情况、战斗机着陆时轮子的受力情况、太空助推器落入海中后的流向甚至核电站的维护，这些都可以通过软件在三维世界中被模拟出来。不但节省了大量的材料和时间，更重要的是能够达到与真实世界中事件发生一模一样的结果。

达索系统在全球重点围绕的主打行业有12个，涉及航空航天、汽车、船舶、工业设备、高科技、建筑、消费品、包装消费品、生命科学、能源、采矿以及商业服务。

根据CIMDATA和E-works联合发布的《中国PLM研究报告》，2012年达索系统在中国广义PLM领域厂商净收入、主流PLM市场软件许可证收入和设计CAD市场份额三个方面均位列第一。

三维软件并非只适用于大企业。王皓峰介绍，达索系统在全球还拥有许多中小型客户，“达索系统最小的客户是加拿大一家设计专业雪橇的家族企业，只有四个人，他们也需要用最好的软件来帮助进行雪橇的设计和仿真。”

在城市建设方面，达索系统在法国已经参加了非常重要的项目，也在跟中国的地方政府、企业进行探讨，希望将达索系统3D体验解决方案运用到中国的城市化建设过程中。

三维测试系统 篇4

微机电系统(Micro Electro Mechanical System-MEMS)是由特征尺寸在亚微米至毫米范围内的电子和机械元件组成的微器件或微系统,它将传感、处理与执行融为一体,以提供一种或多种特定功能。MEMS因具有可大批量生产、成本低、功耗少、集成化高等优势,在航空航天、科学仪器、汽车、国防等领域具有广阔的应用前景。在设计和开发MEMS时,系统功能主要通过微/纳结构的微小位移和变形来实现,因此,微/纳结构三维形貌及其变形信息影响着MEMS性能的实现,同时也是评判和控制MEMS加工工艺的一个重要指标。

由于微/纳结构具有结构尺寸小、质量轻等特点,基于压电、光弹、应变等效应的传统接触式测量方法将无法胜任微/纳结构的三维形貌测量,因而要求采用基于光学的非接触式无损测量,如光学探针法、光切法和干涉法等。干涉法可分为基于光波干涉原理的显微干涉和基于白光干涉特征的白光干涉。其中,扫描白光干涉法是一种应用广泛的三维形貌非接触式测量方法,如国内华中科技大学[1,2]、天津大学[3]、中北大学[4]等都进行了相关的研究,取得了重要的研究成果。国外Zygo公司和Veeco公司等已将白光干涉表面轮廓仪商品化。但由于白光是低相干光,干涉只发生在被测样品表面的局部区域,利用扫描白光干涉法测量三维形貌时,虽然可实现高台阶的测量,但因需通过微驱动装置产生的微进给来驱动被测工件的进给实现高度方向的扫描及光程差的改变,系统的测量精度不可避免地受到微驱动装置精度的影响[5]。

本文提出把显微干涉技术和光偏振技术相结合设计研制微/纳结构三维形貌高精度测试系统,通过在偏振分光镜前放置偏振片和1/2波片来调节干涉条纹图亮度和增强干涉条纹图对比度,可实现微/纳结构三维形貌的非接触式高精度测量,系统的Ra重复测量精度可达0.06 nm,最大示值误差不到±1%,示值变动性不到0.5%。

1 系统构建及测量原理

1.1 光路设计及分析

系统结构框图如图1所示,系统光路组成元件主要有:一个激光二极管、扩束准直系统、两个偏振片、一个1/2波片、一个全反射棱镜、一个偏振分光棱镜、两个1/4波片、一个参考平面镜、两个透镜及两个光学特性一致的物镜(物镜有4×,10×,20×可供选)。偏振分光镜将激光二极管发出的光分为相互垂直的两束线偏振光,分别射向参考镜和被测MEMS微/纳结构表面。反射光经由分光镜后,在CCD焦平面上产生干涉,形成明暗相间的干涉条纹。1/4波片使分别从参考镜和试件反射回来的光不按其原路返回,都入射到CCD摄像机上。偏振分光镜前的偏振片用来产生强度可调的线偏振光,以便CCD摄像机采集到的干涉图案亮度适中。旋转偏振分光镜之前的1/2波片改变偏振光的偏振方向,可改变偏振光在分光镜中的分光比,补偿参考镜与试件的反射性能差异,获得高对比度的干涉条纹图。通过选用不同焦距的物镜,可改变系统的分辨力、放大倍数、景深及视场大小。

试件和参考镜分别放在物镜焦平面上,CCD摄像机放在焦距为fi的透镜的焦平面上。照射到参考镜和试件上的光斑直径di由焦距为fc的透镜和焦距为fm的物镜决定。照射到CCD摄像机上的光斑直径ds由焦距为fc和fi的两透镜决定。若fc=150 mm,fm=17.13 mm,fi=200 mm,激光二极管脉冲光扩束准直后的光斑直径dc=10 mm,则:

对于一般的CCD摄像机(本系统使用的CCD摄像机是Basler A302b,感光芯片大小为6.5 mm×4.8 mm),直径13.33 mm的光斑足以覆盖并均匀照射整个摄像机感光芯片。

1.2 测量原理

由MEMS微/纳结构表面和参考镜反射后的两束光在CCD摄像机焦平面上产生干涉,形成明暗相间的干涉条纹。干涉场的光强I(x,y)可表示为

其中:I0(x,y)为条纹图的背景值,γ(x,y)/I0(x,y)为幅值调制函数,ϕ(x,y)为待求的初始相位场。

利用干涉法测量器件表面形貌实质是从干涉条纹图的灰度分布中提取物体形面的相位场定量分布,然后利用物相关系得到所需要的被测物体三维信息。从式(3)可知,已知的灰度分布是3个以上未知量的因变量,即要从一个方程中求解至少3个未知数。针对问题的特殊性,已研究出许多干涉条纹图的专门处理方法,用于从干涉条纹图中提取被测物体相位场信息。这些方法有条纹中心线法、傅里叶变换法和相移法。

相移法就是通过对条纹图相位场进行移相来增加若干常量相位而得到多幅条纹图用以求解相位场的方法。因为多幅相移图比单幅图提供了更多的信息,相移法没有相位符号二义性问题,能提供比其他方法更高精度的结果,具有很好的实用性[6]。通过不同的相位移动,得到不同的相移条纹图,可导出各种不同的相移法公式。本系统采用了常用的五步相移算法(也称Hariharan算法)[7],该算法对相移器的相移误差和条纹图背景光强的不均匀不敏感,且在条纹对比度很低的情况下,也能获得良好的测量结果。首先利用五步相移干涉技术,即由计算机通过移相驱动器控制移相器,使之带动参考镜产生Nλ/8(λ为频闪光波长,N=0,1,2,3,4)的微小位移,采集5幅带有π/2相移增量的干涉条纹图,各图可表示为

式中αi(i=0,1,2,3,4)为相移常量。由式(4)可得主值相位场:

由式(5)可知在计算干涉图相位时,引入了反正切函数。计算所得为包裹相位场,相位值在[-π,π]之间,在-π和π边界存在2π跳变现象。因此系统采用分割线相位去包裹算法处理包裹相位图分布上的相位跳变现象[8],获得真实相位分布ϕ(x,y)。真实相位ϕ(x,y)中包含着微/纳结构表面高度信息h(x,y),可得:

式中λ为激光波长。在测量微/纳结构三维形貌时由于相移干涉的周期性本质和去包裹算法基本原理的限制,当被测表面相邻两点的台阶高度大于1/4波长时,系统不能清晰准确估算出它的表面形貌[8],因此要求被测微/纳结构的表面相对光滑,表面相邻两点的台阶最好不要超过1/4波长。

2 系统标定

成像系统的CCD摄像机选用Basler公司的A302b型8位灰度CCD,分辨力为782×582,单个像元大小为8.3µm×8.3µm。物镜的放大倍数为10倍。成像系统的工作距离确定之后,为了把像素距离转化为实际距离,需要事先对系统进行标定。即先对已知尺寸L的物体成像,得到该物体的像所占有的CCD像元数N,则比例系数K=L/N表示一个像元所对应的实际几何尺寸。通过该比例系数K的转换,对于三维形貌测量,可把像素几何尺寸转化为实际几何尺寸。

采用标定板上边长标准值为200µm的正方形阵列来对成像系统进行标定。通过成像系统采集标定板上正方形的视觉图,首先采用SUSAN滤波对图像预处理,消除图像的噪声点。接着采用交互式的方式,根据鼠标在图像上的点击位置,采用SUSAN角特征提取方法,在周围寻找角点,提取图像边缘的亚像素级角特征点[9]。在得到正方形图像的两个角点后,就可以算出其边长的大小。重复10次测量后,得到正方形平均边长为280.53个像素,从而可算出比例系数K=0.71,即图像上一个像素代表的实际区域大小约为0.71µm×0.71µm。又因为CCD的像元大小8.3µm×8.3µm,从而可得到成像系统的实际放大倍数为11.69倍。考虑到没有对系统的像差等进行校正,存在一定的像差,该值与理论值十分接近。

3 系统主要性能指标

3.1 系统示值误差

被测试件为一标准多刻线样板,其轮廓算术平均偏差Ra为74 nm,轮廓算术平均偏差Ra是指在一定测量长度范围内,轮廓上各点至中线距离绝对值的平均算术偏差。因标准多刻线样板是按照国家标准制作的用于校准粗糙度仪的标准器件,本文以其Ra=74 nm作为标准尺寸。

利用微/纳结构三维形貌测试系统对标准多刻线样板某一工作区域进行测量,得到的干涉图之一如图2(a)示所示,通过五步相移算法得到的包裹相位图如图2(b)所示,利用分割线去包裹算法解包裹后得到三维形貌如图2(c)所示,取形貌图第200行至第500行之间300行像素的区域,即782 pixels×300 pixels,实际区域大小为555.22µm×213µm。

(a)多刻线样板干涉条纹;(b)多刻线样板包裹相位图;(c)多刻线样板三维形貌图(a)Interferogram of a multi-indents structure;(b)Wrapped phase maps of a multi-indents structure;(c)3D profile of a multi-indent structure

求该区域轮廓上各点高度值的平均值,得到多刻线样板的平均横截面轮廓曲线如图3所示,求得该轮廓曲线算术平均偏差Ra为74.508 nm。在相同实验条件下对标准多刻线样板同一区域再进行4次重复测量,并求得相应的Ra值,测量结果如表1所示。示值误差按下式计算:

式中:ε为系统示值误差;为读数平均值(nm);Ra0为样板的标准值(nm)。因此系统最大示值误差不到±1%。

3.2 系统的示值变动性和Ra重复测量精度

采用跟3.1节同样的测试和分析方法对Ra标准值为74 nm的标准多刻线样板一固定区域重复测量10次,测量结果见表2。示值变动性δ为最大测量值与最小测量值之差对测量平均值的百分比:

可见,示值变动性不到0.5%。计算表2中10次重复测量所得Ra值的标准偏差为0.057 1 nm,可见系统的Ra重复测量精度优于0.06 nm。

3.3 系统垂向分辨力

nm

测试系统的垂向分辨力是指测试系统能够检测到的被测器件高度变化的最小值,垂向分辨力跟测试系统光源的波长密切相关,具体可用下式求得[10]

本系统所采用LD光源的波长为λ=660 nm,CCD摄像机的量化等级N=8,此时系统的垂向分辨力约为0.64 nm。

4 实验应用

被测微结构为一硅微麦克风膜,通过测试系统采集硅微麦克风膜5幅带有π/2相移增量的干涉条纹图,利用五步相移算法对5幅干涉条纹图进行处理可得到包裹相位图,如图4(a)所示,再通过分割线相位去包裹算法解包裹得到真实相位分布,根据真实相位分布和表面高度关系式计算得到硅微麦克风膜表面三维形貌,如图4(b)所示,可见硅微麦克风膜存在较大的变形,最大变形量为19.815 8µm。硅微陀螺仪折叠梁的视觉图如图5(a)中虚线框中图像所示(图中黑色部分为实物,白色部分为背景色),采用同样的方法对该硅微陀螺仪折叠梁进行测量,得到折叠梁的表面三维形貌如图5(b)所示,可见,硅微陀螺仪折叠梁也存在一定程度的变形,最大变形量为1.863 1µm。

(a)硅微麦克风膜包裹相位图;(b)硅微麦克风膜三维形貌图(a)Wrapped phase maps of a Si-microphone membrane;(b)3D profile of a Si-microphone membrane.

(a)硅微陀螺仪折叠梁视觉图;(b)硅微陀螺仪折叠梁三维形貌图(a)Vision image of a Si-micro-gyroscope folded-beam;(b)3D profile of a Si-micro-gyroscope folded-beam

5 结论

本文基于显微干涉技术和偏振技术设计研制了微/纳结构三维形貌高精度测试系统。在系统光路中的偏振分光镜前放置了偏振片和1/2波片,偏振片用来产生强度可调的线偏振光,使干涉条纹图亮度适中;1/2波片改变偏振光在分光镜中的分光比,补偿参考镜与试件的反射性能差异,使干涉条纹图具有较高的对比度。系统通五步相移干涉技术、Hariharan五步相移算法和分割线相位去包裹算法得到微/纳结构的三维形貌特征信息。采用标定板对系统进行了标定,当采用10倍物镜时,测量结果图像上一个像素代表的实际区域大小约为0.71µm×0.71µm。通过对标准多刻线样板的实验研究得到系统的Ra重复测量精度可达0.06nm,最大示值误差不到±1%,示值变动性不到0.5%。由理论计算得出系统的垂向分辨力约为0.64 nm,考虑到系统的像差和噪声等因素的影响,实际值要高于这个值,在后续的工作中需购买标准台阶等标准器件,对系统垂向分辨力进行仔细标定。利用系统对硅微麦克风膜和硅微陀螺仪折叠梁的三维形貌进行了有效测量,其中硅微麦克风膜最大变形量为19.815 8µm,硅微陀螺仪折叠梁的最大变形量为1.863 1µm,这对相应的微/纳结构以及MEMS器件的结构设计和优化具有重要指导意义。

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虚拟商品三维展示系统的设计论文 篇5

[摘 要]针对目前电子商务中网络商品展示方面的不足，对虚拟三维模型进行了研究。设计了一个适合网络商品三维展示的模型，研究了三维商品模型及网络化展示的关键技术。

[关键词]虚拟现实 VRML 三维展示

一、引 言

目前，电子商务网站商品的展示是通过文字和二维图像方式进行，客户不能像在实体店里一样对商品进行多角度的观察和了解，这在很大程度上阻碍了网上交易的实现。

虚拟现实利用电脑模拟产生一个三度空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身临其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的对象。通过VRML可实现在电子商务网站中对商品的三维展示，给消费者提供了自由的观察空间和互操作性，激发客户的购买欲望，提高成交率。

二、商品三维模型建模

1.VRML

VRML(Virtual Reality Modeling Language，虚拟现实建模语言)是一种用于建立真实世界的场景模型或虚拟三维世界的场景建模语言。作为第二代Web语言的VRML，突破了网页的平面结构，改变了WWW上单调、交互性差的弱点，将人的行为作为浏览的主题，所有的表现都随操作者行为的改变而改变。

2.三维建模

通过VRML建模语言创建出虚拟商品模型。根据商品的特征，用基本几何节点、PointSet节点、IndexedLineSet节点、IndexedFaceSet节点，并结合挤出Extrusion节点，可实现商品的三维几何模型。对于相对复杂的商品，还可使用原型机制实现各部分模型的创建和拼接。

对于电子商务网站中，复杂而多变的商品模型，较有效的处理方法还是使用专业的三维设计软件，如Rhino、3DMAX、Pro/ENGINEER、AUTOCAD等。首先，使用三维设计软件将商品的三维模型设计出来;然后，将三维模型导出为VRML的文件。例如，在3DMAX 中设计完三维模型后，执行文件菜单下的“导出”菜单项命令，在导出的文件选择为VRML(.wr1)即可。

三、三维展示系统的设计及实现

1.展示系统的生成流

首先，通过三维设计软件制作出商品的.三维模型;然后，将三维模型导出为VRML文件，并调整商品的外观效果;最后，完成VRML脚本在网页中的嵌入，完成虚拟商务的发布。

当用户在客户端浏览含有三维商品的网页时，系统会自动下载一个VRML播放器，如Cosmo Player，并在客户端安装运行。此后，用户即可看到三维虚拟商品，并可通过VRML浏览器提供的操作按钮与三维商品进行交互。

2.展示系统的构成

(1)客户端子系统

包括Web浏览器和VRML浏览器插件两部分。Web浏览器完成对网页的解释和执行，将结果现实给用户;VRML插件完成对VRML文件的语法分析、解释和执行，完成三维场景的生成和显示。使得用户能够在二维网页中实现三维商品查看和操作。

(2)服务器端子系统

包括模型的VRML文件、商品的查询、管理和发布，以及VRML浏览器插件的下载。其中，VRML文件由三维设计软件生成的商品模型导出得到，并根据实际显示效果进行调整，包括灯光、材质、路由等处理。数据库系统完成商品相关数据的存储。商品的查询、管理和发布功能，则由动态网页模块完成。

四、结束语

针对用户对网络上商品的展示缺乏真实感这一问题，展开对虚拟三维商品模型在网络中的展示技术的研究。通过三维软件对商品进行建模，并利用虚拟现实中的VRML技术实现三维商品模型在网络上的发布。既克服了二维展示的缺陷，又发挥了三维交互展示的效果。该方法具有良好的展示效果，对第二代WEB下的电子商务应用有很好的应用价值。

参考文献:

[1]段新昱:虚拟现实基础与VRML编程[M].北京:高等教育出版社，

三维平动并联机床控制系统设计 篇6

关键词：并联机床;运动控制;软件平台

前言：并联机床是一种将并联机构作为进给传动机构的数控机床，具有高刚度、高精度、高速度、高动态性能、高承载能力等优点[1]，三维平动并联机床在我国经济活跃的地区用于非金属切割、雕刻、打孔等方面，得到快速发展，但目前的加工设备价格昂贵，控制系统复杂，难以保证加工精度。本文设计了一种基于PC机和GTS运动控制器的三维加工用并联机床的控制系统，利用Delphi 7.0编程工具所开发的控制系统能够对该三维平动并联机床进行实时监测和控制。

一、三维平动并联机床结构简介

三维平动并联机床的动平台通过3根连杆和安装在丝杠上的三个滑块与静平台相连。通过控制交流伺服电动机的运动控制三滑块协调运动，从而精确控制动平台的位置，即控制加工点的位置。

三根连杆两端均采用胡克铰与丝杆螺母和动平台相连。

二、控制系统硬件构成

系统硬件组成如图1所示，其中包括三套伺服电机作为电气执行元件;GTS运动控制器作为运动控制核心部件[9]，完成各个电机之间的实时运动插补、运动控制功能;PC机作为上位机，完成路径规划、文件处理、仿真显示、手动控制等功能。

其中，GTS运动控制器是固高科技的运动控制产品之一，基于计算机PCI总线，可同时控制4轴运动。

图1  并联机床控制系统硬件图

三、控制系统软件总体框架设计

为了实现对三维平动并联机床的实时监测，同时考虑到人机交互的便捷性，利用Delphi 7.0编写上位机程序，上位机调用运动控制器的指令，运动控制器按照主机发送的指令工作，驱动电机运动，改变滑块位置，即移动动平台。

该控制系统主要由5个模块组成：手动模块、自动模块、测试模块、编程模块、参数设置模块。

手动模块主要用于动平台的小位移的运动控制和手轮操作控制。

自动模块主要用于程序的自动运行，运动轨迹的实时显示。

测试模块主要用于对于所编写好的程序进行运动轨迹的模拟仿真，可选择进行单步或单次等不同的调试方式。

编程模块主要用于新建任务，进行运动程序的编写等，在编写程序的过程中要能对一些明显的编程错误进行报错提醒。

参数设置模块主要用于设定机床零点和默认进给速度等。

手动模块和自动模块的界面都以显示灯的形式实时显示外部输入信息：如主轴开关、冷却液开关、极限限位等信息，并实时显示坐标数据。

四、主要功能模块

本三维平动并联机床的控制系统以Delphi 7.0作为编程工具进行控制系统的开发。Delphi 7.0是Borland公司推出的Delphi编程软件的新且成熟的一个版本，它采用面向对象的程序设计、组件化的编程方式，其开发功能强大，且易于学习使用[1]。本控制系统采用GTS系列运动控制卡，只需将运动控制卡的动态链接库和函数声明文件复制到工程文件夹中，并将函数声明文件添加到工程中，并添加对函数声明文件的引用，用户就可以在Delphi中调用函数库中的任何函数，编写应用程序，进行控制系统的开发[2]。

图2  作业编辑处理过程

（一）编程模块。该模块主要用于进行作业管理：新建作业、编辑作业、删除作业。当初次建立编程任务时，设置编程环境，创建临时作业区，读取临时作业区内容并显示，默认将程序起始语句“START”和结束语句“END”置于程序首末，并设置第一个语句的序号“001”。若仅是编辑作业，则复制当前作业到临时作业区，然后显示。进行正常语句编写，包括机床作业点的三维坐标以及运动速度。每个语句结束处，键入回车键即可进入下一行程序编辑状态，同时自动输入行号。除了运动位置输入外，还可依据运动中的要求（如打开冷却液、主轴开启等）选择或设置指令。程序编辑中也可以进行删除行、插入行、更改内容等工作。编辑完毕，即可保存该运动程序，也可直接执行该文件。编程过程如图2所示，运行界面如图3所示。

图3  程序编辑界面

（二）手动模块。手动模块完成的功能主要有：归零（回机床零点），设定进给量、进给速度，手动驱动，手轮驱动等，运行控制界面如图4所示。

无论手轮驱动还是手动驱动动平台运动，均可以实现三电机联动，这样做的目的是为了避免一个电机的过度运动，使并联机构发生干涉。如图4所示，在手动运行的界面可以实时刷新显示加工点位置。

图4  手动运行控制界面

回零操作，是借助于极限开关和GTS运动控制的限位功能进行编程实现的，具体的操作将在下一节进行描述。

图5  测试运行控制界面

（三）测试模块。测试模块主要用来对已有作业任务进行测试，检验编程的正确与否，有三种测试模式：单步、单次、循环。

根据用户所选定的测试模式，可以确定程序测试时是按何种方式进行运行，需要注意的是在测试模式下，作业中的辅助功能指令不起作用。控制界面如图5所示。

（四）自动模块。对于已经通过测试，确认正确的作业，可以在自动模式下进行运行。自动模块的控制运行界面如图6所示。

图6  自动运行控制界面

该界面右上角为当前坐标的显示，中上部为仿真界面，左边的指示灯同步显示个外部输入信号，中下部显示正在运行的任务。

五、零位、限位报警设置

本三维平动并联机床的零位及左右极限位置的确定使用的是限位开关和硬件捕获的功能确定的，限位开关按图7所示的方式进行布置（以其中一条丝杠的限位开关布置进行说明）。

图7  各限位开关的布置

根据整个并联机床的工作空间，由逆解可求得滑块所要求的运动区域，根据该区域的长度可安装左右限位开关A、B，零位开关选择安装在滑块工作区域外的左侧，这样安排的好处是，在每次找零时都可直接使对应的电机驱动滑块左移，进行找零。找到零位开关后，进行相应的偏置，设定零点。与将零位开关安装在工作区域中间相比，简化了找零过程，因为断电后重新上电再次找零，并不能记录滑块位置，即不知道滑块在零位的左侧还是右侧。将零位开关安装在工作区域中进行找零时需要配合左右极限开关进行找零。

结束语：系统通过上位机控制该三维平动并联机床的使用，能够控制三电机联动，对并联机床的运动进行实时监测和控制，具有较好的人机交互性，并且操作使用也比较简单方便。

参考文献：

[1] 黄真，孔令富，方跃法.并联机器人机构学理论及控制[M].北京：机械工业出版社，1997.

[2] 张霏霏，吴洪涛，严伟. 三维平动并联机床的运动分析， 机械制造，2013，12：17-20

三维数字化指挥系统 篇7

2月11日,沈阳军区某师冬训场上攻防演练正酣,伴随演练推进,各指挥所大屏幕上,一幅幅比例不同、版式各异的三维立体图像及时刷新,为在茫茫雪野中展开演练的部队实时指明方向。师长刘凤奇告诉记者,师里最新研制的这种数字化测勤信息系统,让“战场”变得可视透明。据悉,该系统由地图测绘、环境仿真和卫星定位等多个移动方舱组成,是对部队原指挥系统、通信地域网等系统进行技术改造而成的,不仅能立体显示三维地理信息,而且能实时追踪显示部队人员及主战装备的动态位置。

数字化测勤信息系统为“战场”装上“千里眼”。记者在指挥中心看到,大屏幕上电子作战态势瞬间转换为三维立体影像,分频显示所属部队摩托化行军、战术演练的实时图像。本是茫茫雪野,可随着画面切换,白雪消失,地形地物地貌一目了然。刘师长说:“大雪虽然给战场侦察、目标指示增加了难度,但我们对照以往的三维地理信息数据,让积雪覆盖下的地形地貌现出原形。不仅使部队每一步行动都能准确无误,指挥所对部队还能实现动态、高效的精确指挥。”

浅析我国三维工业检验系统 篇8

1 化工设备的管理

1.1 化工企业生产特点

1.1.1化工设备种类繁杂。化工生产的生产条件是恶劣的, 高温高压的环境是很正常的, 在这样的生产条件下, 对设备的要求就更具特殊性。 (2) 化工设备的介质繁杂。化工企业的生产涉及的介质, 都是易燃易爆品, 甚至是有毒有害和高腐蚀物质, 对化工设备的安全性的要求更高。

1.1.2在众多行业而中, 化工行业比较注重科学技术。化工行业需要化学、物理、生物等多种人才, 需要相互之间的合作才能完成一系列的工作任务, 如对材料进行催化处理、高温处理以及压强控制等都需要各专业技术人员的配合才能完成。

1.1.3 作为化工企业, 需要引进各种先进设备、购入各种原材料以及招揽各项人才等, 所以其花费比较高。

1.2 化工行业中三维检验系统的地位

众所周知, 化工生产过程中的不稳定因素很多, 这要求应用的仪器设备不能存在任何的质量问题。在化工企业中, 多用三维检验系统对仪器设备进行检测, 其可以检测仪器设备的运行是否符合相关标准, 及时淘汰有问题的仪器设备, 以保证生产的可持续性和安全性。在以往的报道中, 一些化工企业由于疏忽仪器设备的检测, 而导致化工生产运行中断, 更为严重的是造成工作人员的伤亡, 给企业和社会都带来了巨大的损失。因此, 从化工企业的发展来说, 企业使用三维检验系统检测化工仪器设备, 一些不达标的仪器设备就不会被用于化工生产, 从而使得化工企业生产能持续运营, 对整个化工企业来说具有十分重要的意义。

2 三维检验系统的运用

2.1 对仪器设备规定的部位进行检测

其分为日常和定期点检两个部分。检查人员应用感官, 对仪器设备进行客观分析, 并应用相关的项目和符号记录点检部位是否合乎要求, 这就是日常点检。

2.2 检测仪器设备运行状态

随着科学技术的不断发展, 检测仪器设备运行状态从以前单一的工厂技工检查, 逐渐发展为人与相关电子设备共同完成。例如电脑与检测仪相连接, 在电脑上, 可以看到输出设备的的温度、压强、振幅等重要参数。

2.3 在线监测仪器设备的运行

随着科技的快速发展, 在线检测软件和科技含量高的检测项目不断更新。对于仪器设备的检测, 以培养专业技术人才为基础, 以开发新软件为辅, 更好地适应化工企业发展的要求。

2.4 监测仪器设备所应用的技术多种多样

其中信号处理、识别、预测等技术是必不可少的。监测设备起到的作用, 一部分是识别缺陷仪器, 另一部分是科学分析所测定的相关数据。这要求, 在监测中要与设备的使用年限结合起来。要把诊断技术用于设备的整个使用寿命中, 并把过去收集的数据储存起来, 对于仪器设备的监测要持续进行, 监测过的数据要储存在数据库中, 达到对设备状况清楚掌握的效果。

3 化工企业维修策略研究

利用率是化工企业非常关注的。在化工设备的维修中, 要充分考虑设备的利用率, 从实现设备的最大价值出发, 也体现了节能的发展观。

3.1 对设备进行周期维修

周期维修是每隔一段固定的时间就要进行维修的方式。周期维修可以按照指定的计划进行, 这样工人的生产安排能良好地进行。化工企业仪器设备出现的一些问题是有规律可循的, 所以周期维修能有效地检测仪器设备的状态。然而繁杂、无规律可循的设备应用这种方法检测就不合理了。 (2) 状态维修。在化工企业中, 状态维修即是依照检测出的故障状态进行维修方法的制定。

3.2 事后维修

这是一种没有规律的的维修。在设备出现故障后, 准备好充足的人员和维修工具进行维修, 这种维修方式虽然花费少, 但是这是作为化工企业最后考虑的维修方式。

3.3 引进国内外先进的维修技术, 保障化工企业的发展

从中国2001年加入世贸组织以来, 国内外技术的交流越来越多。当前, 等离子焊、热喷涂、镶嵌等技术已经在炼油企业应用;像液压吊装、高压清洗, 机械抽芯等在各种化工企业都得到了大幅度地推广。这一切都大大地提高了化工企业设备维修的现代化水平。

总之, 三维工业检验系统在我国化工行业上的运用, 提高了化工设备的安全性和可靠性, 为化工企业的安全生产增加了砝码, 重视三维检验系统作用, 提高化工设备的管理水平和档次, 对化工企业来说, 具有非同寻常的战略意义。

参考文献

[1]赵军, 段成红.化工设备机械基础.第二版, 2010.7.

[2]李连成.化工设备维护与企业现场管理[J].化工管理, 2011, (09) .

[3]付维新.新形势下加强石油企业设备管理工作的几点思考[J].才智, 2012; (11) .

煤矿三维地理信息系统 篇9

地理信息系统 (GIS) 是一种以采集、储存、管理、分析和描述地球表面与地理分布有关数据的空间信息系统。与一般信息系统的差别是, 它采集的信息是按地理空间分布特征来反映地理实体结构及其动态变化规律的。从学科的角度, GIS是在地理学、地图学、测量学和计算机科学等学科基础上发展起来的一门学科, 具有独立的学科体系;从功能上, GIS具有空间数据的获取、存储、显示、编辑、处理、分析、输出和应用等功能。

煤矿三维地理信息系统 (煤矿三维GIS) 是用于描述煤矿地质信息、井下环境和设备的应用软件。煤矿三维地理信息系统能够有效地建立矿山空间数据库, 实现矿山的全景显示、动态显示, 真实、直观、准确、清晰地表现地层、断裂、矿体及围岩形态, 表达钻孔、矿井 (竖井、斜井) 、巷道、探槽、采空区、采矿区、采矿工作面形态, 表达各种机械设备的配备与运转状况, 表达矿井风流状况、瓦斯浓度、地应力场等三维现象。煤矿三维地理信息系统可以有效地利用现有资料对未采区和采掘工作面前方、深部及外围的地质构造、矿体变化、矿床分带及其它开采条件进行预报预测。

2 国内现状

中国煤矿GIS应用起步较晚, 与国际水平相比有较大差距, 煤矿行业迫切需要一个适应于中国国情的专业化的矿山三维地理信息系统。但由于到目前为止, 现有的GIS系统都还只能实现空间数据的二维或者2.5维的表达和处理, 还没有真正的三维GIS系统, 因此在具有三维特性的矿山领域中的应用受到了很大的限制, 国内还未见投入工业化运行的矿山GIS系统。煤矿三维GIS是煤矿发展的迫切需要和发展方向, 三维GIS将成为煤矿生产规划和信息化管理不可缺少的工具。

3 应用范围

3.1 矿山基础数据的图形化存储和展示

根据矿山数据的多源性、复杂性、时空性、关联性、动态性等特点, 建立矿山空间数据库, 可以形象地显示地层、断裂、矿体及围岩形态, 表达钻孔、矿井 (竖井、斜井) 、巷道、探槽、采空区、采矿区、采矿工作面形态, 表达各种机械设备的配备与运转状况, 表达矿井风流状况、瓦斯浓度、地应力场等三维现象。

3.2 矿山生产环境的风险评价

煤矿三维GIS可动态地进行生产环境的风险分析。采矿设备周围的风险区域是动态的, 例如:随着工作面的不断推进, 上覆岩层的破坏、断裂、垮落是一个动态发展的过程, 同时矿山压力的重新分配将会引发矿井水、瓦斯分布的变化等等。系统依据当前时刻虚拟环境中所处的状态对回采工作的多个工序如割煤、支架前移等进行风险评价。

3.3 事故模拟与调查分析

煤矿三维GIS可以快速有效地在再现事故发生的过程。因而事故调查者可以从各种角度去观测、分析事故发生过程, 从而找出事故发生的原因并采取预防措施, 防止类似事故的再次发生。

3.4 生产过程的动态模拟与技术培训

煤矿三维GIS可以动态地显示出矿井作业环境, 而且可以对生产作业过程进行模拟。系统所建立的三维环境是最忙碌且事故频发的工作面, 其危害主要来自岩体冒落、突水。

4 系统的主要功能

4.1 图形功能

矿图自动生成:能自动生成地形地质图、钻孔综合柱状图、勘探线剖面图、中段地质平面图、巷道轴测投影图等矿山生产图形。包括柱状类:钻孔柱状图、综合柱状图、煤层小柱状、煤岩层对比图;剖面类:地质剖面图、采区剖面图、巷道素描图;平面类:煤层底板等高线与储量计算图, 各类等值线图, 三下压煤图, 水平切面图, 采掘工程平面图, 井上下对照图、通风系统图、排水系统图、井下避灾线路图、采区布置图、采掘衔接计划图、工作面循环图表等。

根据原国家煤炭工业部颁布的《煤矿地质测量图例》、《煤矿测量规程》、《煤田地质标准图例》等规范, 主要包括井巷工程、边界、地层、岩石、地质勘探、地质构造、水文地质、储量圈定等煤矿专业符号, 能够绘制绘制如下图纸:地形地质图;综合地质图;矿床地质横、纵剖面图;矿体投影图;开采阶段地质平面图;开采平盘地质平面图;品位分布图;矿体顶 (底) 板等高线图;矿石品位等值线图;矿体等厚图;矿床立体图等;通过对井下巷道测量、回采面测量等数据绘制煤矿井上下对照图;绘制巷道布置图、采掘工程平面图;绘制用于煤矿安全生产的各种图件, 如:通风系统图、井下运输系统图、井下通信系统图及各种管路系统图。

4.2 图形处理功能

回采工作面图形直接从煤层三维图上截取, 生成的回采工作面立体图在层位和倾斜度上符合煤层的变化情况, 在三维煤层体视图中不仅可以直接观察到回采工作面的采空区, 而且随回采工作面的推进, 系统能自动根据煤层的厚度和倾角的变化进行工作面储量与回收率的计算。根据导线方位、长度和坡度, 自动生成三维工程导线图, 并输出各点三维坐标;使用鼠标即可完成导线闭合;系统与CAD图形格式相兼容, 可以直接导入CAD平面图形, 通过添加工程导线变坡点的标高和工程断面参数生成三维立体图和任意方位视图, 也可以转换成二维双线图, 因而可以充分发挥企业现有资源。

可以在三维立体图上进行任意剖切和制作有厚度的剖切体;可沿工程导线漫游, 查看工程内部的三维结构和设备布置状况;在有井下实地录像资料时, 点击三维图形工程, 可以自动播发被选工程的实况录像, 便于了解井下实际情况和进行技术方案讨论。根据矿井生产系统的现状, 可以快速生成通风系统、安全避灾线路、运输系统、排水系统、供电系统的三维线路图, 标有线路运行方向, 实现三维动画显示。

4.3 三维建模功能

系统具有色彩处理、光线处理、纹理映射、动画、雾化效果、透明处理、虚拟现实 (VR) 等功能, 能够对任意块体进行剖分与建模。

系统能够实现涉及矿山生产各类三维目标的创建、更新、编辑、检查等功能, 完成建模基础数据更新后的岩层、煤层、断层等各类地质目标和巷道工程、辅助管线等矿山生产目标的建模;对任意块体进行剖分与建模;能够实现包括地形、地面建筑、地面水体、道路、钻孔、地下巷道、地下硐室、采场、岩体、断层、矿体等对象的三维建模, 并可进行叠加合成处理, 形成井上下三维空间模型;能够检索查询三维体的属性;任意切割三维体生成不同用途的剖面图。

具有强大的三维可视化功能, 完成对三维空间模型的渲染、旋转、移动和缩放, 方便用户直观操作三维体, 进行空间设计与分析。

4.4 应用模块

系统从应用上可分为采掘与工程设计、通风安全、计划与报告、设备管理、灾害救援、生产系统模拟等应用模块。三维信息管理软件涵盖了矿产资源勘探、开发和生产管理的各个阶段, 包括:

三维地质建模;采矿工艺流程设计;采矿生产管理;各种地质图、专题图制作;地质储量评估;钻孔数据管理;生产进度管理等。

5 结论

煤矿三维GIS是将煤矿中的固有信息 (即与空间位置直接有关的相固定的信息, 如地面地形、井下地质、开采方案、已完成的井下工程等) 数字化的有力工具, 用这个工具可以按三维坐标组织起来一个数字矿山, 全面、详尽地展示矿山及矿体, 并在此基础上再嵌入所有相关信息 (即空间位置间接有关的相对变动的信息, 如储量、安全、机电、人事、生产、技术、营销等) 。通过数字化和三维建模, 实现矿山地上地下所有对象的可视化透明管理;可通过采掘过程的仿真模拟, 实现各种灾害的超前预警, 避免灾害的发生, 实现煤矿安全生产的目的;在煤矿三维GIS开发的应用软件可以实现企业资源的最佳利用, 降低生产经营成本, 达到高产高效;最终实现采矿过程的可视化、自动化、智能化。因此, 煤矿三维GIS的应用在灾害预警、节能减耗、资源优化利用、煤矿环境的保护方面具有重大意义。

摘要：三维GIS在矿山的应用尚处于起步阶段。本文探讨了矿山三维GIS与地理信息系统表现形式和应用领域的区别, 并概要地介绍了煤矿三维地理信息系统的基本功能和应用范围。

关键词：三维,GIS,煤矿,安全

参考文献

[1]郭达志等.地理信息系统基础与应用[M].北京:煤炭工业出版社, 1997.

[2]李德仁, 李清泉.地球空间信息科学的兴起与跨学科发展[M].北京:中国科学技术出版社, 1998.

三维测试系统 篇10

河南建筑职业技术学院新校区位于郑州市马寨工业开发区工业路。总占地626.2亩, 校舍建筑面积共28.8万平方米。为了提供空间地理信息, 满足师生学习、生活等多方面的需要, 学院于2012年建设了三维仿真模型技术的WEBGIS系统 (图1三维仿真模型WEBGIS所示) 。

1 三维仿真Web GIS关键技术

系统采用多层B/S体系架构, 基于Silverlight+ASP.NET MVC+ASP.NET WEBSERVICE+LINQ TO SQL类的框架模型, Microsoft Visual Studio 2010开发环境, 使用SVN 1.6做为源代码管理工具, 使用Squid做为前端缓存服务器, 使用Web Farm进行服务器集群, 在数据缓存方面综合使用了.net数据缓存技术。

2 三维仿真Web GIS体系架构

三维仿真Web GIS系统架构主要划分为数据服务层, 服务器层, 客户端层 (如图2系统软件体系架构) 。系统采用三层架构主要目的是解决系统繁杂的UI表现和业务逻辑之间的耦合, 并能为其他业务系统提供数据交互。

1.数据服务层实现对数据库的访问, 负责提供整个系统的数据, 为数据交互及存储提供保障。

2.服务器层是系统的核心, 负责对用户发送的请求参数进行业务处理和逻辑判断, 并调用数据层的服务, 传入经过处理的参数, 并将数据服务层发回的数据等信息传送回客户层。

3.客户层使用浏览器对系统进行操作, 为用户提供精美的高可用性UI, 快速响应用户的各种操作。

3 三维仿真Web GIS测试

对三维仿真Web GIS单元测试分为三个部分:第一部分是对数据访问层Web Service中的方法进行测试;第二部分是对服务器应用层MVC控制器的方法进行测试;第三部分是对客户端层的MAP组件中的一些逻辑方法进行测试。

3.1 单元测试

因为MAP组件依赖Silverlight 4.0版本, Silverlight4.0采用了全新设计的runtime运行时环境, 所以原先的Nunit版本无法在此运行时环境下运行, 需要下载支持Silverlight的版本。测试过程如图3 Silverlight单元测试过程图。

单元测试是代码开发人员执行其所编写的代码, 检查其所设想的代码运行方式是否达到其所设想的代码预期结果。因此在开发中常需要编写相应的软件测试文档或报告, 来记录和验证这些结果。在单元测试完毕后, 得到测试报告如下表。

3.2 功能测试

使用Coded UI Test进行界面功能的自动化测试, 克服手工测试的种种缺点。Coded UI Test是面向功能测试工程师的工具, 给他们提供自动化测试支持功能。测试报告如表4-2三维仿真WEBGIS测试报告-功能测试。

3.3 测试结果分析及结论

通过单元测试和功能ui测试, 对代码错误进行了修正, 对功能进行了完善, 并且解决了系统webservice服务的集成问题, 系统在运行上达到了预期的要求, 可以实现用户对空间数据和业务数据的需求。

4 总结

本文介绍了基于.net的校园三维仿真Web GIS系统, 通过使用Visual Studio 2010的测试环境, 利用Nunit测试类库对系统进行代码单元测试, 利用Coded ui对系统进行了功能测试, 提高了测试效率, 保证了系统运行时与预期的结果完全一致, 对类似软件系统进行测试有一定的借鉴意义。

摘要：建设数字校园的过程中, 使用三维仿真模型技术的WEBGIS, 可以为师生提供方便、快捷的地理空间信息, 来满足学习、生活等多方面的需要。本文提供了一种针对基于.net三维仿真模型技术的WEBGIS系统的测试方案, 重点介绍了基于.net三维仿真模型技术的WEBGIS的单元测试和功能测试方法。

三维电动平台车自动控制系统 篇11

【摘 要】本文基于一种三维电动平台车系统，对该系统的自动化控制的实现，进行设计、软硬件配置及系统功能方面的详细阐述。

【关键词】PLC；自动定位；分段控制；CANOpen

0.前言

在火法冶金工艺中，铝热还原法是最常用的一种自蔓延反应，其反应的特点是速度快，热量高，且不需要外部施加额外的能源，但同时也对如何提高安全性提出了新的课题。目前国际上比较常用的方法是通过破开熔融金属液上表面渣层的方式，将热量适度释放，以降低反应风险。

为了提高产能，并最大限度的保障人身与设备安全，在实际的工业生产过程中，需要将承载刚反应完的熔融金属液的坩埚及时运输到破渣室进行破渣，并马上准备下一个空坩埚进行下一个反应。基于产能与安全的考虑，我们针对铝热还原法在实际工业生产中的工艺要求，设计并制作了具备自动定位功能的轨道式三维电动平台车。该平台车由0.4KV供配电系统、顶升平台系统、东西向大车运行系统以及南北向小车运行系统组成，同时配有人机界面，分权限等级对系统参数进行设置。

轨道式电动车具有运行速度快且稳定、可靠性高、成本低等特点，在现代自动化物流系统领域中得到了越来越广泛的应用，该系统既可作为立体仓库的周边设备，也可作为独立系统[1]。

该系统运行机构定位误差小于5mm，完全满足现场工艺定位的要求。

1.设备构成

1.1系统概要

该电动平台车系统由38个工位组成，包括5个热反应室，3个破渣室，20个冷却工位和10个坩埚暂存工位，轨道上的平台车根据预设自动运行，并将需要的坩埚进行运输，如图1.1所示。

三维电动平台车的一次工作周期由从坩埚暂存区取空坩埚开始，经过运送坩埚加料反应、运送反应后的坩埚进行破渣、运送破渣后的坩埚进行冷却，最后将冷却后的坩埚运送回坩埚暂存区等待渣块分离，每一步骤完成后均需要进行三方向的位置定位与确认，以确保工序的准确和生产的安全。

该电动平台车主要由整车供电系统、整车电气控制系统、大车运行系统、小车运行系统、小车升降系统以及小车拖缆系统组成。

1.2系统描述

1.2.1整车供电系统

为了防止地面沉降和供电线缆直接被高温炙烤，整车供电系统采用恒力矩卷筒电机收放卷筒专用扁电缆的方式进行供电，电缆为3P+N+PE的五芯扁电缆，内置两根钢丝以吸收张力。将扁电缆的一端固定后连接于轨道末端放置的EPS电源柜中，另一端固定在電动平台车卷筒的取电器上。

1.2.2整车电气控制系统

（1）PLC系统。

PLC控制系统采用Schneider公司的M258系列PLC，其具备一个以太网接口，一个CANopen接口和一个串行接口。CANopen接口与5个从站进行数据交换，从站包括大车、小车以及小车电缆卷筒驱动变频器（ABB ACS800系列），大车多圈绝对值编码器（德国Hengstler）和小车拉绳式绝对值编码器（德国Hengstler）；串行接口通过Modbus协议与电动平台车控制柜体上的触摸屏进行通讯；以太网口预留，以便与上级MES进行数据交换 [2][3]。

编程软件为Schneider SoMachine V3.0，触摸屏为Schneider HMISTU855，上位机组态软件采用Schneider Vijeo Designer。

SoMachine是Schneider发布的组态软件，可以实现对Schneider系列PLC的组态并读写PLC的存储区。同时，SoMachine也集成了Vijeo Designer，用以开发触摸屏人机界面，可实现实时监控，人机对话，数据报表，配方发布等功能。本系统的触摸屏的主要功能是参数设定与显示，以及异常状态报警[4]。

（2）控制系统。

控制方式有本地、远程手动与自动三种方式，由安装在车体上的控制柜上的旋钮进行选择。本地控制方式主要用于平台车系统的维修和应急，因此由硬连线的保护装置控制，并且独立于PLC以及所有给PLC发信号的装置。在“远程-手动”模式下，通过遥控器可以对电动平台车的大车、小车以及升降系统分别进行控制，但必须满足系统安全连锁条件。在“远程-自动”方式下，电动平台车的启动、停止、对位等工作均按照操作员的预设方式进行。

“远程-自动”模式是平台车的正常工作状态。操作员需要做的，仅仅是在遥控器端设定目标工位，并使能自动模式，其余所有的工作均由平台车自动完成。为了保障安全，目前阶段，平台车运行的各节点需要操作人二次确认。

（3）驱动系统。

1）大车驱动系统。

大车由一台带电磁抱闸的电机通过减速箱与两个主动轮组成的刚性连接驱动，在长约100m的轨道上行驶，核心驱动单元为一台ABB ACS800变频器。该变频器与PLC以及安装在随动轮上的实时检测大车位置的多圈式绝对值编码器进行CANopen通讯，实时监测大车的位置，通过与目标位置进行比较，可以对大车电机进行无级或者多段位调速，以达到平稳准确对位的目的。

大车的对位精度可以在触摸屏中进行调整，目前的对位精度为5mm，但系统出现波动或者由于惯性过冲时，平台车会自动重新对位，直到在误差范围以内。

2）小车驱动系统

小车的驱动方式与大车类似，运行轨道为南向5.4m，北向3.6m，且必须在大车对位稳定后，方可向对齐的工位运行。其核心驱动单元为一台ABB ACS800变频器，位置检测单元为一台拉绳式编码器，小车供电采用卷盘式取电器配合高强度可拉伸电缆，卷盘电机由一台ABB ACS800变频器控制，以上的两台变频器和一台编码器也都连接在与大车相同的CANopen网络上。当小车运行时，拉绳式编码器实时检测小车的位置，对卷盘电机进行无极调速，保证小车供电电缆的张紧力适度，既不会过于松弛，垂到地面，又不会过于张紧，影响电缆寿命。

小车的对位精度以及电缆张紧力均可以在触摸屏中进行调整，小车到位信号由拉绳式编码器给出，由车载接近开关作为验证。目前的对位精度为10mm，完全满足目前工艺要求。

3）升降系统。

升降系统由一台丝杠电机带动顶部托盘进行上下运动。该电机由正反向接触器控制，配合热继电器进行保护，同时通过接近开关进行上下限位的保护。

2.结束语

大连融德特种材料有限公司的三维电动平台车投产一年多以来，电气供配电系统及自动化控制系统运行稳定可靠，系统抗干扰能力强，故障率低，有效地提高了企业生产和管理的自动化水平，提高了劳动生产率，减轻了工作人员的劳动强度，降低了危险性，取得了十分显著的经济效益，在本行业及其它相关行业具有很高的推广价值。 [科]

【参考文献】

[1]张应强，魏镜弢，王庭有.RGV控制系统设计研究[J].河南科学，2012.

[2]RCAN-01用户使用手册[M].ABB Drives，2008.

[3]SoMachine教程培训手册[M].Schneider-Electric Pty Ltd，2011，2.

三维气动物流系统常见故障分析 篇12

近年来,气动物流传输作为一种新兴的方式,越来越多的被国内外的医院所采用,该方式相对于传统的人力物流配送方式,能够有效减少人力资源的浪费,减少人为运送误差,缩短物品传输时间,避免交叉感染[1,2]。

三维气动物流传输系统集合了先进的现代通讯技术、光电一体化技术以及空气动力技术,由漩涡风机、三向阀、换向器、PVC传输管路、工作站、中心组成控制器以及计算机组成了一个完整的传输管路[3]。系统以传输瓶为载体,空气压缩机为动力,在密封的PVC管道中,快速传输医院内常见的小型医疗物品。漩涡风机可以产生9 m³/min的压缩空气,通过三向阀的自动切换,在传输管道中产生吹或吸的气流,通过换向器切换传输通路方向。强劲的气流足以将重达5.5 kg斤的传输瓶送到2500 m以外的地方[4,5]。

2 故障实例

2.1 故障一

2.1.1 故障现象

12站点往29站点发送传输瓶,发出30 min后,29站点仍未接收到该传输瓶。

2.1.2 故障分析

根据故障现象分析该故障为卡瓶现象,出现该故障的原因可能为:(1)传输瓶本身有损坏,在传送时与管路摩擦接触,传输瓶两侧的粘扣带很容易磨损,出现脱胶现象,当该现象发生时,传输瓶与管路的摩擦力增加,风力不足以推动传输瓶前进,就会发生卡瓶;(2)当传输的物品重量超过3 kg时,在楼层高的位置有可能风力小于传输瓶重力,无法正常将传输瓶送到指定位置;(3)管路出现破裂现象,导致了卡瓶现象的发生。

2.1.3 故障排除

与科室传送人员沟通后得知,传输前检查传输瓶完好,传送的物品为文件资料,重量远未达到3 Kg,因此前两个分析均不成立。通过主控室计算机进入手动控制模式,查询各站点及换向器的运行状态,均显示正常。在维修模式下查阅了系统运行的详细记录程序,发现最后一次光电传感器检测到传输瓶信号的位置是D5换向器处,传输瓶处于D5与D2换向器中间位置,在手动控制模式下控制风机按照原路径进行吹风和吸风,传输瓶位置没有发生移动,检查D5至D2换向器之间的管路,发现在D5换向器终点位置的管路处的接口已错开,导致管路的密闭性大大减弱,导致传输瓶无法正常传输。用PVC胶带重新将接口缠好,手动控制模式下进行原路径传输,发现可以正常传输,故障排除。

2.2 故障二

2.2.1 故障现象

系统多个站点出现接收传输瓶时间过长,系统的排队等侯数量达到上限,传输效率极低。

2.2.2 故障分析

根据故障现象分析可能的原因为:(1)主控室内风机的过滤网堵塞严重,导致风机产生的风力不足,无法正常将传输瓶及时送到目标站点;(2)光电传感器失灵。

2.2.3 故障排除

将风机过滤网拆下发现,过滤网清洁程度良好,管路中风力正常。观察系统运行界面发现接收时间过长的站点均无光电传感器检测信号,判断是光电传感器失灵。拆下故障站点的光电传感器检查后发现,多个光电传感器表面覆盖了一层灰尘,测试光电传感器无检测信号,将光电传感器表面进行清洁,测试有信号,光电传感器运行正常。进一步分析本次故障是由于附近工地施工,使管路中灰尘量增加,导致光电传感器失灵,对管路进行清洁消毒,恢复运行后传输正常,故障排除。

2.3 故障三

2.3.1 故障现象

每当有传输瓶经过11号站点时,有明显的碰撞声音及啸叫声。

2.3.2 故障分析

在现场实际观察传输情况,发现碰撞声出现在站点接收传输瓶的位置,根据该现象判断应该是11号站点的三方向换向器的工位出现了偏差,导致站点的换向管路和系统传输管路之间有偏离,传输瓶经过站点时与管路发生了碰撞。啸声主要发生在站点底部管路中,经分析,可能是因为该站点管路中存在缝隙或孔,传输瓶经过该站点时,携带的高压空气从缝隙或孔中漏出,形成了啸叫[6]。

2.3.3 故障排除

在11号站点操作屏上进入手动维修界面,依此检查0、1、2、3号工位,发现1、2号工位均有0.8 mm的偏差,重新对1、2号工位进行定位校准,退出手动维修界面后进行传输实验,碰撞声消除。检查11号站点底部管路后发现,管路与底部面板连接处的密封圈老化,更换新的密封圈后,进行传输实验,发现啸声消除,故障排除。

3 日常维护及保养

在日常维护保养中,要切实做到“定期巡视、定期清洁、及时报修、及时解决”:(1)每天对气动物流传输系统进行巡视,查看报警信息,检查回收站有无传输瓶;(2)每个月对传输桶内的防碰撞物品进行消毒,用消毒瓶对传输管路进行清洁消毒,每周对过滤网进行清洁,选择2个相连站点,测量传输时间,通过与前期数据对比确定风速是否稳定;(3)站点科室对传输信息及时登记,及时反馈,发现故障及时报修;(4)维护人员接到故障报修后快速反应,及时解决。气动物流传输系统是我院自动化管理水平的体现之一,作为维护人员,要切实保障气动物流传输系统的高效与稳定,使其发挥最大作用,提高医院工作效率,为患者和医院带来便利[7]。

参考文献

[1]宋天一,吴建军,薄夫军,等.气动物流传输系统对血性标本的影响综述[J].中国医疗设备,2013,28(4):66-68.

[2]姜政,刘士龙,李晓梅.气动管道物流传输系统在我院新区的应用及维护[J].中国医疗设备,2012,27(7):150-152.

[3]吴积云,邹浩.具备云服务功能的气动物流传输系统[J].中国医院建筑与装备,2014,(4):69-70.

[4]吴新社,解欣,李晓东.气动物流传输设备常见故障与改进措施[J].医疗卫生装备,2011,32(9):91-92.

[5]王楠,孙良刚,李文龙,等.医用气动物流的设备管理与质量控制研究[J].中国医学装备,2014,11(6):31-33.

[6]季宏.医院气动物流传输系统的日常保养和故障排除[J].医疗装备,2008,5(12):55-57.