[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方法

有效

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• 申請日: 2018-08-13
• 公開（公告）號: CN109242828B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙昕玥;連巧龍;何再興;張樹有;譚建榮
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: 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

本發(fā)明公開了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方法。根據(jù)待測物體的標(biāo)準(zhǔn)CAD模型3D打印待測物體，投射標(biāo)準(zhǔn)正弦數(shù)字光柵到待測物體表面，拍攝條紋圖像預(yù)處理獲得拍攝點云；根據(jù)待測物體的標(biāo)準(zhǔn)CAD模型生成標(biāo)準(zhǔn)點云；計算拍攝點云的快速點特征直方圖，進(jìn)行隨機(jī)采樣一致變換獲得粗配準(zhǔn)點云；采用迭代最近點方式對粗配準(zhǔn)點云進(jìn)行處理獲得精配準(zhǔn)點云；提取異常點并歐式聚類，獲取缺陷的位置和缺陷個數(shù)；采用點云生長方法從缺陷的位置生長出缺陷區(qū)域點云，對缺陷區(qū)域點云進(jìn)行三維重建。本發(fā)明缺陷檢測精度高，光柵投影覆蓋范圍廣，檢測全面效率高，對環(huán)境要求低，可滿足實際工業(yè)應(yīng)用需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計算機(jī)視覺及工業(yè)自動化檢測技術(shù)，具體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方法。

背景技術(shù)

3D打印技術(shù)又稱增材制造是工業(yè)4.0時代最具發(fā)展前景的制造技術(shù)之一。3D打印材料經(jīng)歷了固-液-固兩次相變，常會出現(xiàn)以下缺陷：打印材料強(qiáng)度不足引起的空洞和裂縫，填充、擠出速度不匹配引起的疙瘩、凸起等，3D打印制品多為結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸精度要求較高的零件，因此研究一種高效的3D打印塑料制品質(zhì)量檢測系統(tǒng)就顯得尤為重要。

現(xiàn)有的3D打印制品質(zhì)量檢測多沿用傳統(tǒng)的無損檢測方法，主要有以下四類：超聲波檢測、射線檢測、磁粉檢測、滲透檢測。超聲波檢測利用材料及缺陷的聲學(xué)性能差異對超聲波傳播波形反射情況和穿透時間的能量變化來檢驗材料內(nèi)部是否存在缺陷，常用于檢測厚度較大的零件檢驗，該方法對于檢測技術(shù)難度大，對待測物體表面要求平滑，對體積性缺陷由于其缺陷反射面較小檢出率不高。射線檢測利用X射線或γ射線在穿透被測物各部分時強(qiáng)度衰減的不同，檢測被測物體中的缺陷，常用于檢測內(nèi)部缺陷，該方法檢測速度較慢，只宜探測氣孔、夾渣、縮孔等體積性缺陷。磁粉檢測通過對被測物體施加磁場使其磁化，在表面缺陷處會有磁力線逸處形成漏磁場，該方法對鐵磁性材料表面檢測靈敏度高，對被測件表面光滑度要求高，對檢測人員的技術(shù)要求高，檢測范圍小速度慢。滲透檢測在被測物體表面涂含有熒光染料的滲透劑，在毛細(xì)作用下滲入缺陷，利用顯像劑顯示缺陷形貌。該方法不適用于多孔材料，對檢測人員的經(jīng)驗要求高，檢測效率較低。

針對3D打印件形狀復(fù)雜，打印材料類型多等特點，傳統(tǒng)的無損檢測方式無法有效精確地對其進(jìn)行檢測。光柵投影法具有非接觸性、量程廣、測量速度快、測量精度及自動化程度高、測量環(huán)境要求低等優(yōu)點，已經(jīng)成為工業(yè)檢測領(lǐng)域最有發(fā)展?jié)摿Φ姆椒ㄖ弧９鈻磐队胺▽⒈痪幋a的光柵投影到被測物體表面，光柵受到物體表面高度調(diào)制，可根據(jù)相位變化獲取三維信息，更適用于具有CAD標(biāo)準(zhǔn)模型的3D打印制品的三維缺陷檢測。

本發(fā)明利用光柵投影四步相移法獲取待測3D打印件表面點云數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，本發(fā)明對獲取數(shù)據(jù)首先進(jìn)行預(yù)處理，去除無效背景點、離群噪點、模型內(nèi)稠密點；對處理過的重構(gòu)點云配準(zhǔn)到標(biāo)準(zhǔn)CAD模型坐標(biāo)系下，設(shè)置缺陷異常點閾值，基于歐式聚類的方式去除飛點提取密集異常點并求取類內(nèi)重心，基于點云生長獲取缺陷點云并對其進(jìn)行三維重建標(biāo)注在相應(yīng)的缺陷位置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決復(fù)雜3D打印制品缺陷檢測的不足，提出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方法，能用復(fù)雜3D打印制品的三維缺陷檢測。

如圖2所示，本發(fā)明的技術(shù)方案包括以下步驟：

步驟1)，獲取待測物體表面點云及點云預(yù)處理階段：

根據(jù)待測物體的標(biāo)準(zhǔn)CAD模型3D打印出待測物體，將待測物體放置在桌面上，投射多幅不同初始相位的標(biāo)準(zhǔn)正弦數(shù)字光柵到待測物體表面，通過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物體的表面點云，然后進(jìn)行預(yù)處理獲得拍攝點云；

步驟2)，獲取標(biāo)準(zhǔn)點云階段：提取待測物體的標(biāo)準(zhǔn)CAD模型的三角形面片的頂點坐標(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)點云；