[發明專利]一種基于點云數據的彎管模型重建方法

有效

• 申請號: 201710053284.4
• 申請日: 2017-01-22
• 公開（公告）號: CN106874580B
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發明（設計）人: 李維詩;趙巖巖;于連棟;夏豪杰
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06T17/30;G06F113/14
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

本發明公開了一種基于點云數據的彎管檢測方法。根據采樣點切矢信息，識別彎管的圓柱段和圓環段，分別擬合各段計算出彎管模型的參數。該方法的特征在于：根據采樣點切矢在單位球上的映射，分類點云數據；以累加弦長為位置參數，重新排序采樣點；最終計算彎管參數，重建彎管模型。該方法為彎管零件的檢測提供一種快速、精準的數據分析方法，操作簡便，計算結果可靠。

技術領域

本發明涉及復雜曲面檢測技術領域，具體是一種基于點云數據的彎管模型重建方法。

背景技術

彎管零件是工業中應用廣泛的零件之一，加工過程中的回彈現象使成形質量受到極大的影響，但由于其空間的復雜性，傳統的彎管檢測方法不僅費時費力，而且檢測結果無法量化，對檢測結果的分析評價主要依賴檢測人員的經驗。因而在生產過程中對彎管快速、精準的檢測就顯得非常重要。

在彎管檢測重建方面，巴黎礦業學院機器人研究中心的FrangoisGoulette提出一種基于深度圖像的工業彎管自動CAD建模方法，主要是利用微分幾何方法求出主曲率的局部估計值來把點云分割成圓柱部分和圓環部分，然而這種方法存在嚴重的不足，首先微分估計對于噪點比較敏感，而且它還需要其他可靠的方法來避免過分割；此外，僅僅使用局部的估計值，往往很難識別非常短的圓柱或者圓環段。哥廷根大學的Ulrich Bauer和柏林自由大學的Konrad Polthier提出一種脊線重建方法，然后提出一種基于由圓弧和直線組成且滿足G1連續性的多角曲線的算法，但是這種算法復雜度高，不適用于過于復雜和數據量過大的彎管。

上海大學的孫亮、趙翠蓮等人研究了一種基于迭代的切片方向優化算法及根據管線方向變化自動尋找新種子點及對應切片的算法，以此獲取截面輪廓線及中心線點列，利用CAD軟件重構出管路模型。但是這兩種方法都沒有考慮管道在彎曲部分的參數測量，只是在計算機上重建模型，沒有足夠的測量參數，不能應用到實際的設計和加工中。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于點云數據的彎管模型重建方法，以實現準確、自動化識別彎管各段，并且使時間性能得到提升。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為：

一種基于點云數據的彎管模型重建方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)、通過三維掃描設備獲取彎管的點云數據并輸入計算機中；

(2)、在計算機中局部擬合曲面并利用曲面的第一、第二基本形式估計點云主曲率、主方向和法矢的屬性信息；

(3)、將點云主方向映射到單位球上，采用聚類技術和累加弦長參數化方法識別彎管的圓柱段和圓環段；

(4)、采用最小二乘法擬合圓柱和圓環面，計算出彎管特征參數；

(5)、基于彎管特征參數，實現彎管的三維模型重建。

所述的一種基于點云數據的彎管模型重建方法，其特征在于：所述步驟(1)過程如下：

首先設置三維掃描設備的掃描范圍、幅度、單位參數，然后利用該三維掃描設備掃描彎管獲取點云數據M，并將點云數據M輸入計算機中，點云數據包括采樣點的坐標信息和索引。

所述的一種基于點云數據的彎管模型重建方法，其特征在于：所述步驟(2)過程如下：

(2a)、首先基于協方差矩陣Σ＝Q^TQ的特征向量計算出各個采樣點P_i處法矢量的初始值，其中：

將矩陣Σ最小特征值對應的特征向量設為P_i處法矢量的初始值；