[發明專利]基于核外電子概率密度分布的復雜曲面零件匹配檢測方法

有效

• 申請號: 201610763863.3
• 申請日: 2016-08-30
• 公開（公告）號: CN106354935B
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發明（設計）人: 高亮;李太峰;李新宇;肖蜜
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 梁鵬

技術領域

本發明屬于精密加工誤差檢測技術領域，更具體地，涉及一種基于核外電子概率密度分布的復雜曲面零件匹配檢測方法，其適于以非接觸式獲得更高精度的檢測結果，同時具備算法效率高、魯棒性好和不易陷入局部最優等優點。

背景技術

三坐標測量機在精密零件加工及檢測領域有著廣泛的應用，由于采用接觸式探頭采點測量，對于一些復雜的曲面零件，三坐標測量機存在取點困難、測量效率低等問題。隨著機器視覺、模式識別技術的發展，非接觸式測量技術在精密加工及檢測領域得到了廣泛的應用。所謂非接觸式檢測，是通過掃描被測零件獲得測量點云，并與離散化的設計模型進行匹配，從而在非匹配區域對加工誤差進行定性的顯示和定量的計算，在此情況下，三維點云匹配技術在非接觸式檢測中起著關鍵的作用。但由于一般的模型都有幾萬個甚至上百萬個點，并且零件的幾何結構及兩片點云初始位置比較復雜，因而在執行點云匹配過程中，準確找出兩片點云的對應關系是非接觸式測量過程中比較困難且復雜的問題。

現有技術中通常采用最近點迭代算法(Iterative Closest Point，ICP)來處理點云匹配，例如一些商用軟件Geomagic Qualify和Imageware都采用了此算法；但該方法需要利用點到點間的最短歐式距離來確定點云的對應關系，相應存在一定的操作缺陷，且該方法要求兩片點云要有良好的初始位置，若模型結構比較復雜且相距較遠，則該方法很容易陷入局部最優，從而得到錯誤的檢測結果，此外，該方法對點云中存在的異常點比較敏感。

此外，進一步的檢索發現，CN104180789A公開了一種基于圖形匹配算法的葉片檢測方法，該方法利用接觸式三坐標測量機獲得葉片的測量數據檢測效率低，并利用最短歐氏距離作為對應點，算法屬于經典ICP算法，在實際操作中仍然存在一些缺陷；CN103279765A公開了一種基于圖像匹配的鋼絲繩表面損傷檢測方法，該方法通過提取拍攝的鋼絲繩視頻關鍵幀或圖像灰度差來對損傷進行定位，屬于二維圖像處理技術與本發明有本質的不同；CN105005993A公開了一種基于異構投影的三維地形快速精確匹配方法，該方法首先采用直線特征和點特征結合的方法對投影圖進行匹配，再將變換參數用于三維地形之間的匹配，但該方法在地形圖到投影圖的轉換過程中會造成部分地形圖信息的丟失；CN104406538A公開了一種用于點云拼接的標志點三維匹配及掃描方法，該方法要求兩片點云中要有比較多的重疊點，本質上屬于粗匹配方法，該方法并不適用于精密零件的尺寸匹配檢測。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于核外電子概率密度分布的復雜曲面零件匹配檢測方法，其中通過將兩片待匹配點云各自定義為帶電子原子核的集合體，并設計出通過計算各匹配點的核外電子概率密度分布來確定點云匹配關系的技術構思，相應能夠有效解決現有技術中對待測零件幾何結構及初始位置敏感、以及易陷入局部最優等技術難題，同時具備處理效率和檢測精度高、魯棒性好等優點，因而尤其適用于譬如航空發動機葉片之類復雜曲面零件的非接觸式尺寸匹配檢測應用場合。

為實現上述目的，按照本發明，提供了一種基于核外電子概率密度分布的復雜曲面零件匹配檢測方法，其特征在于，該方法包括下列步驟：

(a)對待檢測的復雜曲面零件執行非接觸式掃描，獲得多個三維測量點并生成對應的掃描點云P，然后將其與設計模型對應的設計點云Q共同組成匹配比較對象：其中P＝{p_i|i＝1,2,…,n_p},Q＝{q_j|j＝1,2,…,n_q}，p_i用于表示掃描點云P中的各個點，q_j用于表示設計點云Q中的各個點，n_p、n_q分別表示掃描點云P和設計點云Q中的點的總數量且為正整數；