Лазерный сканер для измерения объема вещества в резервуаре

Овиденко, Николай Алексеевич Отделение автоматизации и робототехники (ОАР)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Работа посвящена созданию недорогостоящего лазерного 3д-сканера, способного измерять объем сыпучих веществ в резервуарах с жидкостью. В процессе исследования обозревается перечень существующих видов приборов для 3д-сканирования, проводится анализ аналогов, разрабатывается 3д-модель, управляющая плата и программное обеспечение,проводятся тестовые испытания для определения работоспособности.

Введение …………………………………………………………………………………………………….. 16
1. Изучение технологии 3д-сканирования ………………………………………………….. 17
1.1. Описание 3д-сканера ……………………………………………………………………….. 17
1.2. Функциональные возможности ………………………………………………………… 17
1.3. Технология ………………………………………………………………………………………. 18
1.4. Контактные 3д-сканеры……………………………………………………………………. 18
1.5. Бесконтактные 3д-сканеры ………………………………………………………………. 20
1.5.1. Пассивные 3д-сканеры ……………………………………………………………….. 21
1.5.2. Активные 3д-сканеры…………………………………………………………………. 22
1.5.2.1. Времяпролётные сканеры ……………………………………………………… 22
1.5.2.2. Триангуляционные сканеры ………………………………………………….. 23
1.5.2.3. 3д-сканеры на основе коноскопической голографии ……………… 24
1.5.2.4. Ручные лазерные сканеры …………………………………………………….. 25
1.6. Применение 3д-сканеров………………………………………………………………….. 26
1.6.1. Применение 3д-сканеров в производстве ……………………………………. 26
1.6.2. Индустрия развлечений………………………………………………………………. 28
1.6.3. Обратная разработка (реверс-инжиниринг) …………………………………. 29
1.6.4. Применение в медицине CAD/CAM ……………………………………………. 29
1.6.5. Культурное наследие ………………………………………………………………….. 29
1.7. Итоги изучения технологии ……………………………………………………………….. 30
2. Научно-исследовательская работа по созданию лазерного 3д-сканера ……. 31
2.1. Обзор аналогов ………………………………………………………………………………….. 31
2.2. Выбор электронных компонентов ………………………………………………………. 40
2.2.1. Отладочная плата …………………………………………………………………………. 40
2.2.2. Микроконтроллер STM32F103C8T6 ……………………………………………… 41
2.2.3. Шаговый двигатель NEMA 17 17HS4401 ………………………………………. 42
2.2.4. L293DNE, Драйвер четырехканальный 1А с ограничительными
диодами ………………………………………………………………………………………………… 43
2.2.5. Лазерный модуль s-3 …………………………………………………………………….. 44
2.2.6. Веб-камера Genius i-Slim 2000AF ………………………………………………….. 44
2.2.7. Серводвигатель mg90s ………………………………………………………………….. 45
2.2.8. Итоги выбора компонентов …………………………………………………………… 46
3. Опытно-конструкторская работа по созданию лазерного 3д-сканера………. 47
3.1. Проектирование ………………………………………………………………………………. 47
3.2. Прототипирование …………………………………………………………………………… 50
3.3. Управление электронной частью сканера …………………………………………. 54
3.3.1. Программирование управляющей части ……………………………………… 54
3.3.2. Функции …………………………………………………………………………………….. 56
3.3.3. Основная программа …………………………………………………………………….. 58
3.4. Проектирование платы …………………………………………………………………….. 60
3.5. Система технического зрения в 3д-сканере …………………………………………. 63
3.5.1. Геометрические расчеты. ……………………………………………………………. 65
3.5.2. Настройка положения лазера………………………………………………………. 67
3.5.3. Основной алгоритм…………………………………………………………………….. 68
3.5.4. Калибровка ………………………………………………………………………………… 69
3.5.5. Написание программной части. ………………………………………………….. 73
3.5.5.1. Нахождение лазерной линии …………………………………………………. 74
3.5.5.2. Калибровка координаты Y ……………………………………………………. 75
3.5.5.3. Общий алгоритм …………………………………………………………………… 75
4. Социальная ответственность ………………………………………………………………….. 78
4.1. Производственная безопасность ………………………………………………………. 79
4.1.1. Микроклимат……………………………………………………………………………… 79
4.1.2. Естественная освещенность………………………………………………………… 80
4.1.3. Уровень шума…………………………………………………………………………….. 82
4.1.4. Уровень электромагнитных излучений ……………………………………….. 82
4.1.5. Выделение вредных веществ ………………………………………………………. 84
4.1.6. Электробезопасность ………………………………………………………………….. 85
4.2. Охрана окружающей среды ……………………………………………………………… 86
4.3. Защита в чрезвычайных ситуациях …………………………………………………… 88
4.4. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности …… 90
4.4.1. Эргономические требования к рабочему месту …………………………… 90
4.4.2. Особенности законодательного регулирования проектных решений
5. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение … 93
5.1. Организация и планирование работ ………………………………………………….. 93
5.2. Продолжительность этапов работ …………………………………………………….. 95
5.3. Расчет сметы затрат на выполнение проекта …………………………………….. 99
5.3.1. Расчет затрат на материалы и покупные изделия…………………………. 99
5.3.2. Расчет заработной платы ………………………………………………………….. 101
5.3.3. Расчет затрат на электроэнергию ………………………………………………. 102
5.3.4. Расчет затрат на социальный налог …………………………………………… 103
5.3.5. Расчет амортизационных расходов ……………………………………………. 103
5.3.6. Расчет прочих (накладных) расходов ………………………………………… 105
5.3.7. Расчет общей себестоимости разработки …………………………………… 105
5.3.8. Расчет прибыли, НДС и цены разработки НИР………………………….. 106
5.4. Оценка экономической эффективности проекта ……………………………… 106
Заключение ……………………………………………………………………………………………….. 109
Список использованной литературы ………………………………………………………….. 110
Приложение А …………………………………………………………………………………………… 114
Приложение Б …………………………………………………………………………………………… 126
Приложение В …………………………………………………………………………………………… 127

В различных областях деятельности человека завоевывает место не только
технологии 3д-печати, но и такие приборы как 3д – сканеры. С помощью такого
устройства можно выполнять сканирование различных физических предметов,
получая их трехмерные цифровые модели, характеризующиеся высокой
точностью.
Появление технологии 3д-сканирвоания датируется на последнюю
половину 20 века. Первый 3д-сканер был создан в 1960 году, но стоит сказать,
что он имел весьма ограниченные возможности. Спустя почти 60 лет 3д-сканеры
могут сканировать быстро и качественно любой объект.
В последнее время актуальность темы создания трехмерных моделей
сложной формы постоянно возрастает так, как полученные 3д-модели могут
быть задействованы в строительной и архитектурной сфере, в сфере дизайна,
медицине, в приборостроении на стадиях прототипирования и реверс-
инжиниринга, в сфере авиастроения. 3д-сканер позволяет существенно
сократить время создания трехмерных моделей объектов.
Использование 3д-сканирования на производстве обусловлено
следующими преимуществами: низкая стоимость сканирования, использование
при различной освещенности, сканирование происходит бесконтактным
способом и не требует наносить сетку на объект.
Сейчас можно встретить сканеры различной формы, с разными видами
камер и микроконтроллерами и используемой, управляющей программой.
Стоимость сканеров варьируется в зависимости от ранее озвученных
параметров. Поэтому создание сканера, состоящего из недорогих
комплектующих и имеющий большой диапазон возможностей, является
актуальной проблемой на сегодняшний день.
1. Изучение технологии 3д-сканирования

В ходе проделанной работы был создан недорогостоящий лазерный 3д-
сканер, способный измерять объем сыпучих веществ в резервуарах с жидкостью
и выводить результаты сканирования в виде облака точек по средствам
MATLAB. Для достижения цели в работе были решены следующие задачи:
1. Проведен обзор существующих видов приборов для 3д-сканирования и
их применения.
2. Проведен анализ аналогов.
3. Был выбран перечень компонентов и их аналогов для разработки с
учетом технического задания.
4. Разработана 3д-модель
5. Разработана управляющая плата
6. Разработано программное обеспечение.
7. Выполнена сборка устройства.
8. Проведены тестовые испытания для определения работоспособности.
Проведенные лабораторные испытания устройства показали полную
работоспособность технического решения. В ходе испытаний с помощью
разработанной программы устройство выполнила весь алгоритм.
Лазерное сканирование – перспективный метод контроля качества объекта
в условиях промышленного производства. Полученные результаты показывают,
что устройство может использоваться на любом предприятии, на котором
возможно смешивание сыпучих веществ и жидкостей, при этом увеличится
контроль качества за сравнительно невысокие деньги.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Катерина В. преподаватель, кандидат наук
    4.6 (30 отзывов)
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации... Читать все
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации. Опыт работы 7 лет. Всегда на связи и готова прийти на помощь. Вместе удовлетворим самого требовательного научного руководителя. Возможно полное сопровождение: от статуса студента до получения научной степени.
    #Кандидатские #Магистерские
    47 Выполненных работ
    Дмитрий М. БГАТУ 2001, электрификации, выпускник
    4.8 (17 отзывов)
    Помогаю с выполнением курсовых проектов и контрольных работ по электроснабжению, электроосвещению, электрическим машинам, электротехнике. Занимался наукой, писал стать... Читать все
    Помогаю с выполнением курсовых проектов и контрольных работ по электроснабжению, электроосвещению, электрическим машинам, электротехнике. Занимался наукой, писал статьи, патенты, кандидатскую диссертацию, преподавал. Занимаюсь этим с 2003.
    #Кандидатские #Магистерские
    19 Выполненных работ
    Сергей Е. МГУ 2012, физический, выпускник, кандидат наук
    4.9 (5 отзывов)
    Имеется большой опыт написания творческих работ на различных порталах от эссе до кандидатских диссертаций, решения задач и выполнения лабораторных работ по любым напра... Читать все
    Имеется большой опыт написания творческих работ на различных порталах от эссе до кандидатских диссертаций, решения задач и выполнения лабораторных работ по любым направлениям физики, математики, химии и других естественных наук.
    #Кандидатские #Магистерские
    5 Выполненных работ
    Кирилл Ч. ИНЖЭКОН 2010, экономика и управление на предприятии транс...
    4.9 (343 отзыва)
    Работы пишу, начиная с 2000 года. Огромный опыт и знания в области экономики. Закончил школу с золотой медалью. Два высших образования (техническое и экономическое). С... Читать все
    Работы пишу, начиная с 2000 года. Огромный опыт и знания в области экономики. Закончил школу с золотой медалью. Два высших образования (техническое и экономическое). Сейчас пишу диссертацию на соискание степени кандидата экономических наук.
    #Кандидатские #Магистерские
    692 Выполненных работы
    Шиленок В. КГМУ 2017, Лечебный , выпускник
    5 (20 отзывов)
    Здравствуйте) Имею сертификат специалиста (врач-лечебник). На данный момент являюсь ординатором(терапия, кардио), одновременно работаю диагностом. Занимаюсь диссертац... Читать все
    Здравствуйте) Имею сертификат специалиста (врач-лечебник). На данный момент являюсь ординатором(терапия, кардио), одновременно работаю диагностом. Занимаюсь диссертационной работ. Помогу в медицинских науках и прикладных (хим,био,эколог)
    #Кандидатские #Магистерские
    13 Выполненных работ
    Екатерина С. кандидат наук, доцент
    4.6 (522 отзыва)
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    #Кандидатские #Магистерские
    1077 Выполненных работ
    Анастасия Б.
    5 (145 отзывов)
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическо... Читать все
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическому и гуманитарному направлениях свыше 8 лет на различных площадках.
    #Кандидатские #Магистерские
    224 Выполненных работы
    Татьяна П.
    4.2 (6 отзывов)
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки ... Читать все
    Помогаю студентам с решением задач по ТОЭ и физике на протяжении 9 лет. Пишу диссертацию на соискание степени кандидата технических наук, имею опыт годовой стажировки в одном из крупнейших университетов Германии.
    #Кандидатские #Магистерские
    9 Выполненных работ
    Елена Л. РЭУ им. Г. В. Плеханова 2009, Управления и коммерции, пре...
    4.8 (211 отзывов)
    Работа пишется на основе учебников и научных статей, диссертаций, данных официальной статистики. Все источники актуальные за последние 3-5 лет.Активно и уместно исполь... Читать все
    Работа пишется на основе учебников и научных статей, диссертаций, данных официальной статистики. Все источники актуальные за последние 3-5 лет.Активно и уместно использую в работе графический материал (графики рисунки, диаграммы) и таблицы.
    #Кандидатские #Магистерские
    362 Выполненных работы

    Другие учебные работы по предмету

    Робот для картографирования местности на базе стереокамеры
    📅 2018год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Универсальный мехатронный модуль для мобильного робота
    📅 2020год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Искусственные мускулы на основе капиллярной нити
    📅 2018год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Разработка автоматизированной системы обезвешивания на гибком подвесе
    📅 2021год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Система навигации автономного мобильного робота для работы на Крайнем Севере
    📅 2020год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Система виденья для людей с нарушением зрения
    📅 2021год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)