[發明專利]一種基于點云數據的鑄件加工余量估計方法

有效

• 申請號: 201210210510.2
• 申請日: 2012-06-20
• 公開（公告）號: CN102798362A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 趙慧潔;李旭東;李偉;姜宏志
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01B21/00
• 分類號: G01B21/00;G06T7/00
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1.一種基于點云數據的鑄件加工余量估計方法，其特征在于：它包括以下步驟：

步驟一：獲得實測點云以及CAD模型點云；通過點云處理方法將CAD模型文件中相關的點云坐標以及向量信息讀取，轉化為同點云數據相同的格式，從而方便二者的比對處理；

步驟二：對實測點云以及CAD模型文件進行初始對準；分別運用主成分分析獲得兩組點云的三個主方向，并通過坐標系轉換將實測點云以及CAD模型點云映射到主方向構成的坐標系中，實現兩組點云的初始匹配；

步驟三：點云數據平面特征提??；根據平面點云的特性設計平面特征提取方法，運用平面特征提取方法對實測點云以及CAD模型點云數據中的平面特征進行提取，獲得原始點云中屬于平面的點云；

步驟四：將實測點云同CAD模型點云精確對準；以獲得的平面特征為基礎，根據平面的特性實現對應平面的匹配，在對應平面匹配的基礎上根據平面的法向、距離相關信息進行相對位姿調整，實現兩組點云的精確對準；

步驟五：完成余量估計；根據點云精確對準的結果，以CAD模型表面點云為基準，沿著自身法向進行最近點搜索，通過計算最近點距離實現余量估計。

2.根據權利要求1所述的一種基于點云數據的鑄件加工余量估計方法，其特征在于：步驟一所述的獲得實測點云以及CAD模型點云，其具體實現過程如下：測量設備進行測量后直接得到實測點云，CAD模型是以STL文件形式存儲的，STL文件有二進制形式以及ASCII形式，存儲了三維模型各個位置的三維點坐標以及法向量，對該信息直接讀取得到CAD模型點云。

3.根據權利要求1所述的一種基于點云數據的鑄件加工余量估計方法，其特征在于：步驟二所述的對實測點云以及CAD模型文件進行初始對準，其具體實現過程如下：主成分分析法對點云數據進行處理，主成分分析通過對三維點云數據坐標矩陣的協方差矩陣進行特征值分解，由特征向量組成初始旋轉矩陣，分別將兩組點云根據初始對準矩陣轉化到標準坐標系。

4.根據權利要求1所述的一種基于點云數據的鑄件加工余量估計方法，其特征在于：步驟三所述的點云數據平面特征提取，其具體實現過程如下：通過將點云進行網格劃分，將整體的平面分割到不同的網格中，在各個網格中對網格中的點云進行平面擬合并根據點云到擬合平面的距離判斷網格中點云能否被認為是平面點云，這樣就獲得了各個網格的平面點云，接著對各個網格分析，若相鄰兩個網格的平面距離及法相差別不大，則合并為一個，通過逐步的合并，則能夠得到由小平面融合而成的平面。

5.根據權利要求1所述的一種基于點云數據的鑄件加工余量估計方法，其特征在于：步驟四所述的將實測點云同CAD模型點云精確對準，其具體實現過程如下：根據提取平面的特征進行分析平面的面積、平面的不同方向長度之比、兩組點云的相互位置關系，實現對應平面特征的匹配；根據提取所得的平面特征，首先根據對應平面法向實現姿態的對準，接著調整二者的位置關系使不同對應平面之間的距離均衡且滿足基本的加工要求，實現最終的精確配準。

6.根據權利要求1所述的一種基于點云數據的鑄件加工余量估計方法，其特征在于：步驟五所述的完成余量估計，其具體實現過程如下：計算CAD模型表面垂直方向到鑄件模型的距離，依次搜索每個CAD點云鄰近點集得到余量估計候選點的集合，從獲取的候選點中找出能夠正確表示CAD表面到鑄件模型表面距離的點云，實現余量估計計算。