[發(fā)明專利]基于光柵投影多步相移法的3D打印制品三維缺陷檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810916556.3
• 申請(qǐng)日: 2018-08-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109242828B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙昕玥;連巧龍;何再興;張樹(shù)有;譚建榮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/00
• 分類號(hào): G06T7/00;G06T7/33;G06T5/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林超

1.一種基于光柵投影多步相移法的3D打印制品三維缺陷檢測(cè)方法，其特征在于：

步驟1)，獲取待測(cè)物體表面點(diǎn)云及點(diǎn)云預(yù)處理階段：根據(jù)待測(cè)物體的標(biāo)準(zhǔn)CAD模型3D打印出待測(cè)物體，將待測(cè)物體放置在桌面上，投射多幅不同初始相位的標(biāo)準(zhǔn)正弦數(shù)字光柵到待測(cè)物體表面，通過(guò)CCD相機(jī)連續(xù)拍攝物體表面被投射標(biāo)準(zhǔn)正弦數(shù)字光柵后的條紋圖像，利用反正切函數(shù)對(duì)條紋圖像進(jìn)行求解得到相位值，將所求的相位值進(jìn)行解包裹反求得到待測(cè)物體的表面點(diǎn)云，然后進(jìn)行預(yù)處理獲得拍攝點(diǎn)云；

步驟2)，獲取標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)云階段：提取待測(cè)物體的標(biāo)準(zhǔn)CAD模型的三角形面片的頂點(diǎn)坐標(biāo)和法向量，在三角形面片上采樣生成所需密度的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)云；

步驟3)，粗配準(zhǔn)階段：計(jì)算拍攝點(diǎn)云的快速點(diǎn)特征直方圖，在標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)云中找到與快速點(diǎn)特征直方圖相似的點(diǎn)，進(jìn)行隨機(jī)采樣一致變換獲得粗配準(zhǔn)點(diǎn)云；

步驟4)，精配準(zhǔn)階段：采用迭代最近點(diǎn)方式(ICP)對(duì)粗配準(zhǔn)點(diǎn)云進(jìn)行處理獲得精配準(zhǔn)點(diǎn)云；

步驟5)，提取缺陷階段：設(shè)置缺陷閾值遍歷提取異常點(diǎn)，用異常點(diǎn)進(jìn)行歐式聚類，計(jì)算每個(gè)類中所有點(diǎn)的重心坐標(biāo)作為缺陷的位置，獲取待測(cè)物體表面的各個(gè)缺陷位置和缺陷個(gè)數(shù)；采用點(diǎn)云生長(zhǎng)方法從缺陷的位置生長(zhǎng)出缺陷區(qū)域點(diǎn)云，對(duì)缺陷區(qū)域點(diǎn)云進(jìn)行三維重建；

所述的步驟1)中，進(jìn)行預(yù)處理獲得拍攝點(diǎn)云，具體是：

1.2)針對(duì)待測(cè)物體的表面點(diǎn)云，以桌面背景作為基元，預(yù)設(shè)桌面背景的基元平面形狀，采用隨機(jī)采樣方法擬合桌面背景的基元平面形狀并進(jìn)行多次處理獲得不同的平面模型，計(jì)算平面模型中的點(diǎn)數(shù)量，選取點(diǎn)數(shù)量最多的平面模型作為最優(yōu)平面，將最優(yōu)平面中的點(diǎn)作為無(wú)效背景點(diǎn)從待測(cè)物體的表面點(diǎn)云中去除；

1.3)對(duì)去除無(wú)效背景點(diǎn)后的點(diǎn)云進(jìn)行體素下采樣處理，以體素下采樣中每個(gè)體素單元的所有點(diǎn)的重心代替覆蓋體素單元內(nèi)所有點(diǎn)；

1.4)對(duì)體素下采樣后的點(diǎn)云進(jìn)行統(tǒng)計(jì)濾波，設(shè)置搜尋近鄰點(diǎn)數(shù)和離群閾值，遍歷點(diǎn)云中的所有點(diǎn)，采用以下方式針對(duì)每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行處理：建立以點(diǎn)為球心、以離群閾值為球半徑的球體，球體內(nèi)的點(diǎn)數(shù)量和搜尋近鄰點(diǎn)數(shù)進(jìn)行比較：若點(diǎn)數(shù)小于搜尋近鄰點(diǎn)數(shù)，則將該點(diǎn)視為離群噪點(diǎn)，進(jìn)行去除；若點(diǎn)數(shù)大于等于搜尋近鄰點(diǎn)數(shù)，則將該點(diǎn)不視為離群噪點(diǎn)，進(jìn)行保留；最終保留得到的為拍攝點(diǎn)云；

所述的步驟5)具體是：

5.1)設(shè)置缺陷閾值遍歷提取異常點(diǎn)：針對(duì)精配準(zhǔn)點(diǎn)云中的每個(gè)點(diǎn)，從標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)云找到距離最近的點(diǎn)，求取兩個(gè)點(diǎn)之間的距離并作判斷：若距離小于缺陷閾值，則精配準(zhǔn)點(diǎn)云中的該點(diǎn)為正常點(diǎn)；若距離大于等于缺陷閾值，則精配準(zhǔn)點(diǎn)云中的該點(diǎn)為異常點(diǎn)；

5.2)對(duì)異常點(diǎn)進(jìn)行歐式聚類，獲得聚類結(jié)果，每個(gè)類代表一個(gè)缺陷，計(jì)算每個(gè)類中所有點(diǎn)的重心坐標(biāo)作為缺陷的位置，從而獲取待測(cè)物體表面的各個(gè)缺陷位置和缺陷個(gè)數(shù)；

5.3)采用點(diǎn)云生長(zhǎng)方法從缺陷的位置生長(zhǎng)出缺陷區(qū)域點(diǎn)云，對(duì)缺陷區(qū)域點(diǎn)云進(jìn)行三維重建，完成缺陷檢測(cè)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光柵投影多步相移法的3D打印制品三維缺陷檢測(cè)方法，其特征在于：所述步驟2)中，提取待測(cè)物體的標(biāo)準(zhǔn)CAD模型的三角形面片的頂點(diǎn)坐標(biāo)和法向量轉(zhuǎn)化為點(diǎn)云數(shù)據(jù)，再調(diào)用點(diǎn)云庫(kù)PCL中的點(diǎn)云網(wǎng)格采樣庫(kù)pcl_mesh_sampling，使用可視化工具庫(kù)VTK(Visulization Toolkit)讀取并在待測(cè)物體的標(biāo)準(zhǔn)CAD模型均勻采樣然后生成點(diǎn)云。