[發(fā)明專利]一種基于逆向工程的球壓試驗(yàn)壓痕尺寸測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710141031.2
• 申請(qǐng)日: 2017-03-10
• 公開（公告）號(hào): CN106932271B
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張陳濤;張建寰;李?yuàn)櫸?/a>;林坤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/06
• 分類號(hào): G01N3/06;G01B11/24;G01B11/08;G06T17/30
• 代理公司: 廈門市首創(chuàng)君合專利事務(wù)所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭

1.一種基于逆向工程的球壓試驗(yàn)壓痕尺寸測(cè)量方法，其特點(diǎn)在于，包括：

步驟1，使用三維激光掃描設(shè)備掃描壓痕樣品表面，獲取壓痕樣品表面的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

步驟2，對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括：建立點(diǎn)云數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系；降低點(diǎn)云噪聲；精簡(jiǎn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

步驟3，用基于三角網(wǎng)格參數(shù)化的B樣條曲面擬合方法重建壓痕曲面，包括：

3.1)三角網(wǎng)格化離散點(diǎn)云數(shù)據(jù)，形成一張三角網(wǎng)格曲面；

3.2)對(duì)三角網(wǎng)格進(jìn)行光順處理，勻化三角片，避免狹長(zhǎng)的三角片影響曲面重建；

3.3)采用三角網(wǎng)格參數(shù)化方法得到三角控制網(wǎng)格；

3.4)將三角控制網(wǎng)格重新參數(shù)化得到四邊形控制網(wǎng)格；

3.5)對(duì)四邊形控制網(wǎng)格進(jìn)行B樣條曲面擬合，重建壓痕曲面；

步驟4，剖切壓痕曲面，獲取壓痕特征曲線，包括：

4.1)使用與非壓痕區(qū)域所在平面平行的平面橫向切割壓樣品，得到壓痕橫向剖面；

4.2)獲取壓痕橫向剖面的邊緣點(diǎn)坐標(biāo)，通過(guò)Hough圓變換，確定壓痕橫向剖面的圓心坐標(biāo)，過(guò)壓痕橫向剖面圓心作與橫向剖面垂直的直線，得到壓痕中心線；

4.3)過(guò)壓痕中心線作切割平面縱向剖切壓痕樣品，得到壓痕的縱向剖面，獲取壓痕特征曲線L₁；

4.4)以壓痕中心線為軸將縱向切割平面分別順時(shí)針旋轉(zhuǎn)120°及240°縱向剖切壓痕樣品，獲取縱向切割平面旋轉(zhuǎn)120°及240°對(duì)應(yīng)的特征曲線L₂、L₃；

步驟5，測(cè)量壓痕直徑，包括：

5.1)確定壓痕特征曲線L₁的中心，該中心為特征曲線L1與壓痕中心線的交點(diǎn)，并通過(guò)Hough圓變換計(jì)算壓球中心位置；

5.2)計(jì)算壓痕特征曲線上各點(diǎn)至壓球中心的距離，根據(jù)距離的變化情況準(zhǔn)確識(shí)別真實(shí)壓痕區(qū)與過(guò)渡壓痕區(qū)的分界點(diǎn)；

5.3)計(jì)算真實(shí)壓痕曲線與過(guò)渡壓痕曲線分界點(diǎn)之間的直線距離，得到壓痕直徑的一個(gè)測(cè)量值d₁；

5.4)根據(jù)步驟4.4)獲取的特征曲線L₂、L₃，分別得到縱向切割平面旋轉(zhuǎn)120°對(duì)應(yīng)的壓痕直徑的測(cè)量值d2及旋轉(zhuǎn)240°對(duì)應(yīng)的壓痕直徑的測(cè)量值d3，最后取壓痕直徑測(cè)量值的平均值d＝(d₁+d₂+d₃)/3作為測(cè)量結(jié)果。

2.如權(quán)利要求1所述的基于逆向工程的球壓試驗(yàn)壓痕尺寸測(cè)量方法，其特征在于，步驟2中所述建立點(diǎn)云數(shù)據(jù)拓?fù)潢P(guān)系的方法為：采用基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)空間劃分的K鄰域搜索方法。

3.如權(quán)利要求1所述的基于逆向工程的球壓試驗(yàn)壓痕尺寸測(cè)量方法，其特征在于，步驟2中所述降低點(diǎn)云噪聲的方法為：根據(jù)所建立的K鄰域拓?fù)潢P(guān)系，使用中值濾波算法對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行降噪處理。

4.如權(quán)利要求1所述的基于逆向工程的球壓試驗(yàn)壓痕尺寸測(cè)量方法，其特征在于，步驟2中所述精簡(jiǎn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)采用基于曲率的精簡(jiǎn)算法精簡(jiǎn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，包括：

a)擬合每個(gè)點(diǎn)的K鄰域的最小二乘切平面計(jì)算各點(diǎn)的法向量；

b)調(diào)整全局法向量，使所有的法向量均指向待重建曲面的同一側(cè)；

c)以法向量方向?yàn)榫植孔鴺?biāo)系z(mì)方向，通過(guò)最小二乘法，將每個(gè)點(diǎn)Xi的K鄰域擬合一張拋物面，并用拋物面在該點(diǎn)處的曲率作為該點(diǎn)曲率的估算結(jié)果；

d)根據(jù)每個(gè)點(diǎn)的曲率及點(diǎn)云數(shù)據(jù)的平均曲率精簡(jiǎn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

5.如權(quán)利要求1所述的基于逆向工程的球壓試驗(yàn)壓痕尺寸測(cè)量方法，其特征在于，步驟3.2)中對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的三角網(wǎng)格進(jìn)行光順處理采用基于拉普拉斯變換的光順?biāo)惴ā?/p>

6.如權(quán)利要求1所述的基于逆向工程的球壓試驗(yàn)壓痕尺寸測(cè)量方法，其特征在于，步驟3.3)中所述采用三角網(wǎng)格參數(shù)化方法得到三角控制網(wǎng)格，包括：

采用基于變形能量?jī)?yōu)化的三角網(wǎng)格參數(shù)化方法，將三角網(wǎng)格中的每條邊均當(dāng)作一個(gè)彈簧，先將三角網(wǎng)格的邊界映射到預(yù)先定義好的多邊形上，然后通過(guò)最小化三角網(wǎng)格的彈性勢(shì)能來(lái)參數(shù)化內(nèi)部空間點(diǎn)，得到三角控制網(wǎng)格。