[發明專利]基于非等間隔采樣的大型高速回轉裝備三維形態學濾波方法

有效

• 申請號: 201911213671.5
• 申請日: 2019-12-02
• 公開（公告）號: CN110992461B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 譚久彬;王曉明;劉永猛;孫傳智;王宏業
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06T15/00
• 分類號: G06T15/00;G06T19/00
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

本發明提出了基于非等間隔采樣的大型高速回轉裝備三維形態學濾波方法，屬于三維信號處理及精密測量技術領域。基于非等間隔采樣的大型高速回轉裝備三維形態學濾波方法，該方法基于實際采樣角度分布函數構造回轉類零件的真實三維表面點集，用alpha球去遍歷有限三維點集上所有點以提取alpha?shape邊界及alpha包絡，完成一次形態學開閉操作，再重復上述步驟對一次alpha包絡進行二次操作，進行交替對稱濾波，以實現三維輪廓表面形態學濾波，提高濾波精度。本發明消除了邊界效應，接觸點提取準確性更高，可對任意自由曲面實現高精度濾波；可實現對被測試件三維表面紋理的集合屬性進行準確數據提取，提高了濾波精度。

技術領域

本發明涉及基于非等間隔采樣的大型高速回轉裝備三維形態學濾波方法，屬于三維信號處理及精密測量技術領域。

背景技術

表面測量技術、表面評定理論與方法已經成為精密測量領域中一個重要的技術分支，圓柱度是評價回轉類零件性能的重要指標，濾波技術是圓柱度測量中的重要環節，不同的濾波方法會對圓柱度評定結果產生很大影響，因此濾波精度直接影響回轉類零件表面輪廓的評定質量和結果。表面形貌濾波技術主要分為兩類：一為中線濾波技術，主要從數學方面進行分析，如高斯濾波方法，樣條濾波方法等，目前國內外測量儀器均采用中線濾波方法；二為包絡濾波技術，主要從功能方面進行濾波，形態學濾波方法對被測試件表面紋理的幾何屬性進行數據提取，可有效模擬被測試件的表面接觸情況。

Numada提出了高階樣條濾波器，極大程度上保證了傳輸特性的光滑度，對二維輪廓的形狀具有良好的跟隨性；丁曉輝考慮到實際采樣角度的不均勻性，提出一種非等間隔采樣的樣條濾波器，可有效提取包含被測試件偏心和傳感器側頭偏移的圓輪廓數據，其適用于較大偏心誤差的圓輪廓；Jiang基于alpha?shape理論與形態學包絡曲線間的關系，開發了一種快速計算方法，該方法通過形態學濾波操作實現圓輪廓信號的提取，解決了形態學濾波技術存在的邊界效應、接觸點提取準確性差等問題；孫傳智基于四偏置誤差圓輪廓測量模型提出了一種適于圓輪廓的二維形態學濾波器，該濾波器建立在真實采樣角度分布的基礎上，具有較高的濾波精度。

綜合分析現有濾波技術存在的共性問題是表面濾波技術按研究主要集中于二維輪廓的信號提取上，中線濾波技術研究較為成熟，但是無法準確表述被測試件間的表面配合情況，包絡濾波技術普遍應用于表面形貌功能性信息提取方面，但是目前對三維表面濾波技術的研究大多建立在采樣角度為等間隔分布的前提下，無法準確模擬三維表面采樣點集的真實分布情況，導致三維表面形態學濾波技術存在濾波原理性誤差，影響三維表面數據的濾波精度。

發明內容

本發明提出基于非等間隔采樣的大型高速回轉裝備三維形態學濾波方法，其目的是為了解決現有濾波技術對三維表面濾波技術的研究大多建立在采樣角度為等間隔分布的前提下，無法準確模擬三維表面采樣點集的真實分布情況，導致三維表面形態學濾波技術存在濾波原理性誤差，影響三維表面數據的濾波精度的問題。

基于非等間隔采樣的大型高速回轉裝備三維形態學濾波方法，所述濾波方法包括以下步驟：

步驟一：基于回轉類零件三維表面測量系統，建立真實采樣角度分布函數，并依據真實采樣角度仿真重構出零件的三維輪廓數據點集S?R³；

步驟二：在有限三維點集S中任意取一點P₁，以點P₁開始在與之距離小于2α的點構成子集S₁；