[發明專利]用于將三維模型配準到表現零件姿態的點數據的系統、程序產品、和相關方法

有效

• 申請號: 200980116096.5
• 申請日: 2009-03-26
• 公開（公告）號: CN102016565A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發明（設計）人: 詹姆斯·米勒;韋斯利·特納;威廉·洛倫森
• 申請（專利權）人: 洛伊馬汀公司
• 主分類號: G01N29/24
• 分類號: G01N29/24
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 孟銳

技術領域

本發明涉及三維掃描，而且特別是涉及了執行三維模型配準的系統、程序產品、和方法。

背景技術

近年來，不同的結構例如，高級復合材料結構的使用在航空、汽車、以及許多其他工商業中經歷的大規模的增長。雖然復合材料提供了在性能上的明顯改進，但在制造過程中需要嚴格的質量控制程序。特別地，非破壞性評估(“NDE”)方法需要估定不同結構的結構完整性，例如，檢測內含物、分層和空隙率。然而在傳統上，常規的NDE方法是勞動密集型并且成本高昂的。作為結果，測試程序不利地增加了與復合結構相關的制造成本。

已提出了不同的系統和技術來估定復合結構的結構完整性。例如，超聲波測試已成為了提供非侵入性的，一般是非破壞性的技術的、非常有用的方法，其被用來測量包括了層厚度、裂紋、分層、孔洞、脫膠、外來夾雜物、纖維形態、纖維取向和孔隙率的不同材料特性。在給定應用中，這些特性影響了給定的材料質量和性能。每個結構的應用在材料結構質量上提出了獨特的要求，其包括對不同強度、彈性、熱性能、成本、或紫外線輻射電阻的需求。隨著不斷改變的要求，更加非侵入性的、非破壞性的材料檢測使用比如超聲波測試的技術來執行。超聲波測試包括換能器感生的、激光的、電磁感生的和等離子引起的超聲波。換能器感生的超聲波技術使用壓電換能器以便在對象中感生超聲波信號。

超聲波技術被應用到科研以及工業環境中。在科研領域中，超聲波技術被用來關于所需特性測試新材料。所述技術也被用來尋找有經受應力或環境耐久力測試的材料中的缺陷。在工業領域中，在預定服務期間使用所述技術以便針對這些缺陷檢查零件。航空、機車、和其他工商業已顯示出對這些技術不斷增強的興趣。

廣域成像設備還為NDE應用提供了許多速度和適應性方面的優勢。這種成像設備能夠被迅速地配置以適應各種零件的幾何形狀和尺寸，并且能夠被部署而不需精確地緊固傳感器和零件。當被檢查的零件很大或者復雜(有許多彎曲)時，應用使用若干傳感器，或者將單個傳感器移動至多個觀察位置以完成檢查。隨后，操作者必須復查若干關于單個零件的圖像，確定跨不同圖像的指示的空間關系，并且假設所收集的圖像完全覆蓋所述零件。

不同的非破壞性評估系統能夠使用激光超聲波作為廣域成像設備。例如，這些系統還能夠使用三維掃描儀，比如結構光深度攝像機以便在工作單元內定位零件。三維掃描儀例如能夠產生在零件上的幾何樣本的點云(“點數據”)。這種點數據能夠表現在給定環境中零件的姿態(“傳感器數據”)。然而，點數據通常不能直接被利用。攝像機標定、照相測量法、三角測量法、以及配準技術被用來限定坐標系，其允許系統將來自激光超聲波成像設備的三維數據關聯到所述零件的計算機輔助設計(“CAD”)模型。隨后所述系統能夠將來自不同觀察位置的超聲波數據映射到CAD模型上，為操作者產生自然的三維坐標系以便關聯指示和評估掃描覆蓋范圍。

然而，經過發明人確定，通過組合兩個傳感器數據的基礎特征將三維模型配準到表現了零件姿態的點數據很復雜。首先是存在離群點，其被獲得作為傳感器數據的一部分，但不代表模型上的點。這些點能夠由傳感器中的噪聲產生，或者由在比如封閉表面、壁、臺面、等等場景中的其他對象產生。其次是缺乏關于模型一些部分的數據，其可能在零件被封閉的位置或者在傳感器范圍以外的位置產生。之前的實現通過預先過濾數據以移除離群點，和/或通過菜單選擇要使用的模型和傳感器數據區域來規避這種問題。然而，即便能夠配準的話，這些技術降低了效率，并且增加了執行配準所需的時間量。