[發(fā)明專(zhuān)利]一種3D點(diǎn)云測(cè)量中的待測(cè)部位的定位及分割方法、掃描儀

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811320330.3
• 申請(qǐng)日: 2018-11-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109559346B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張菊香;張睿;馬伯淵;郭晨雨;張?jiān)?/a>
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06T7/73
• 分類(lèi)號(hào): G06T7/73;G06T7/33
• 代理公司: 西安長(zhǎng)和專(zhuān)利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

本發(fā)明屬于3D點(diǎn)云測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種3D點(diǎn)云測(cè)量中的待測(cè)部位的定位及分割方法、掃描儀；首先用3D掃描儀對(duì)待測(cè)工件整體進(jìn)行掃描，然后手動(dòng)選取待測(cè)部位，測(cè)量該部位的參數(shù)；將其作為整體模板，選取的各個(gè)待測(cè)部位作為待測(cè)部位模板；將待測(cè)工件與整體模板進(jìn)行匹配進(jìn)行總體定位；最后通過(guò)待測(cè)部位模板將待測(cè)部位分割出來(lái)。本發(fā)明整個(gè)流程不到一分鐘，大大減少了測(cè)量時(shí)間，且選取待測(cè)模板之后，無(wú)需人工操作，對(duì)工件的批量自動(dòng)化檢測(cè)具有很大的意義。本發(fā)明使用配準(zhǔn)技術(shù)定位，使得工件不需要精確固定，使用更加靈活；采用鄰近分割的方法使待測(cè)點(diǎn)云不局限于平面模型，而且不受工件的復(fù)雜度的影響，使得使用場(chǎng)景更廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于3D點(diǎn)云測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種3D點(diǎn)云測(cè)量中的待測(cè)部位的定位及分割方法、掃描儀。

背景技術(shù)

目前，業(yè)內(nèi)常用的現(xiàn)有技術(shù)是這樣的：在3D點(diǎn)云測(cè)量中，先使用3D掃描儀掃描工件，得到工件的點(diǎn)云，然后再對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行測(cè)量。與三坐標(biāo)儀只取待測(cè)點(diǎn)不同，3D掃描儀是將整個(gè)工件的點(diǎn)都取出，不能直接進(jìn)行對(duì)單個(gè)平面或者圓環(huán)進(jìn)行測(cè)量。針對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)一在檢測(cè)工件平面的時(shí)候使用夾具精確固定工件，保證每次工件都在相同的位置，然后將3D掃描儀的視野限制在工件的平面部位或者使用直通濾波將一個(gè)空間長(zhǎng)方體內(nèi)的點(diǎn)云分割出來(lái)，得到平面點(diǎn)云。但對(duì)于稍微復(fù)雜的工件，平面是圓環(huán)面、球面等其他形狀或者平面中間有突起的部位，該方案就會(huì)拍到或者分割到工件的其他部位，而不能得到一個(gè)單純的平面點(diǎn)云。同時(shí)，該方案只能提取待測(cè)的平面點(diǎn)云，測(cè)量平面度和平面法向，不能完成有圓心、半徑等其他測(cè)量需求的任務(wù)。若能突破分割形狀的限制，則3D點(diǎn)云測(cè)量能得到更加廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)有技術(shù)二通過(guò)使用Geomagic 等專(zhuān)業(yè)的點(diǎn)云處理軟件對(duì)拍攝好的點(diǎn)云手動(dòng)圈選待測(cè)部位。手動(dòng)選取失去了自動(dòng)化的意義，而且需要不斷選取待測(cè)區(qū)域的點(diǎn)，刪掉多選的點(diǎn)，花費(fèi)了大量時(shí)間，同時(shí)人工選點(diǎn)有隨機(jī)性，使得每次選取的待測(cè)部位都有細(xì)微的不同，導(dǎo)致后續(xù)測(cè)量的誤差增加。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題是：

(1)現(xiàn)有技術(shù)在檢測(cè)平面的時(shí)候?qū)?D掃描儀視野限制于平面內(nèi)或者使用直通分割長(zhǎng)方體內(nèi)的點(diǎn)云，對(duì)于復(fù)雜工件，單純的平面難以獲取或分割；只能拍平面，不能有效的拍好圓周等其他幾何形狀。

(2)現(xiàn)有技術(shù)采取在拍攝好的點(diǎn)云上手動(dòng)取待測(cè)點(diǎn)，失去了自動(dòng)化測(cè)量的意義，而且花費(fèi)的時(shí)間跟多，同時(shí)人工選點(diǎn)有主觀性和隨機(jī)性，給測(cè)量增大了誤差。

解決上述技術(shù)問(wèn)題的難度和意義：

對(duì)于如何將待測(cè)點(diǎn)云從整體點(diǎn)云中分割出來(lái)，其難點(diǎn)在于，既要保證其適用性，能對(duì)復(fù)雜的工件進(jìn)行分割、能分割任意形狀，同時(shí)也要實(shí)現(xiàn)高速自動(dòng)化分割。目前要想高速自動(dòng)化分割，只能分割簡(jiǎn)單的形狀。要想分割復(fù)雜的形狀就只能手動(dòng)。對(duì)復(fù)雜工件進(jìn)行分割、分割任意形狀使得3D點(diǎn)云測(cè)量可以應(yīng)用于更廣泛的場(chǎng)景，滿(mǎn)足更多的測(cè)量需求；高速自動(dòng)化可以使3D點(diǎn)云測(cè)量可以應(yīng)用于工業(yè)流水線(xiàn)上。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種3D點(diǎn)云測(cè)量中的待測(cè)部位的定位及分割方法、掃描儀。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種3D點(diǎn)云測(cè)量中的待測(cè)部位的定位及分割方法，所述3D點(diǎn)云測(cè)量中的待測(cè)部位的定位及分割方法包括：

步驟一，獲取整個(gè)工件的點(diǎn)云模型保存為整體點(diǎn)云模板，根據(jù)測(cè)量需確定待測(cè)部位的數(shù)量以及每個(gè)待測(cè)部位的形狀，手動(dòng)選取各個(gè)待測(cè)部位的點(diǎn)云，將其標(biāo)號(hào)保存為待測(cè)部位點(diǎn)云模板，每一個(gè)待測(cè)點(diǎn)云模板相當(dāng)于是工件待測(cè)部位的標(biāo)記；

步驟二，獲取新工件的點(diǎn)云模型，將整體點(diǎn)云模板作為基準(zhǔn)，新獲取的工件點(diǎn)云作為待配準(zhǔn)的點(diǎn)云，使用采樣一致性初始配準(zhǔn)算法(Sample Consensus Initial Aligment,SAC-IA)對(duì)其進(jìn)行粗配準(zhǔn)，將得到轉(zhuǎn)換矩陣作為精配準(zhǔn)的初始轉(zhuǎn)換矩陣，再使用迭代最近點(diǎn)算法(Iterative Cloest Point,ICP)進(jìn)行精配準(zhǔn)得到新的轉(zhuǎn)換矩陣，使用新的轉(zhuǎn)換矩陣將獲取的工件點(diǎn)云轉(zhuǎn)換到整體點(diǎn)云模板的位置，使新工件點(diǎn)云和整體模板點(diǎn)云重合，實(shí)現(xiàn)新工件點(diǎn)云的定位；