[發明專利]一種基于點云特征對比的注塑葉輪翹曲缺陷檢測方法

有效

• 申請號: 202010553989.4
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111709934B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 伊國棟;陳楊波;張樹有
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/136
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

1.一種基于點云特征對比的注塑葉輪翹曲缺陷檢測方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：通過三維掃描儀采集獲取注塑葉輪的實測點云；

步驟2：對注塑葉輪已構建的數字化物理模型進行離散化，得到注塑葉輪的模板點云；

步驟3：將注塑葉輪的實測點云和模板點云進行配準，統一到同一個坐標系下；

步驟4：通過對比實測點云與模板點云的空間位置進行危險區域檢測，獲取可能出現翹曲缺陷的危險區域，并提取危險區域的實測點云及對應的模板點云；

步驟5：采用歐幾里得聚類分割的方法對危險區域的實測點云和模板點云均進行分割處理，將點云中相鄰距離小于距離閾值ε的點歸為一類，組成同一個點云簇，獲得各個點云簇后將包含點云數量小于100的點云簇剔除；

對危險區域的實測點云和模板點云進行分割處理后獲得各個實測點云簇及對應的模板點云簇，根據得到的點云簇數量是否大于0判斷危險區域是否發生翹曲；

步驟6：對步驟5獲得的實測點云簇及對應的模板點云簇分別進行葉輪葉片吸力面點云提取，即將葉輪葉片吸力面與壓力面的點云分離，獲取吸力面上的點云；

步驟7：計算實測點云簇與每個模板點云簇之間的距離，采用距離最小匹配方法將每處翹曲的實測點云簇和其對應的模板點云簇進行匹配；

步驟8：計算翹曲的實測點云簇中每個點到其對應模板點云簇對應切平面的垂直距離，選擇其中最大的20個值，20個值中剔除離群點后求平均，作為該處翹曲的翹曲度。

2.根據權利要求1所述的一種基于點云特征對比的注塑葉輪翹曲缺陷檢測方法，其特征在于：所述步驟4具體包括以下步驟：

步驟4.1：分別將實測點云和模板點云構造為兩個八叉樹；

步驟4.2：逐個遍歷提取檢測對象的一個八叉樹的其中一個點作為搜索點，在另一個八叉樹中進行體素查找，即以搜索點對應的相同位置為中心、邊長為a的正方體內進行查找是否存在有點云中的點，其中a為點云中兩點最小間距的4-8倍：若未存在有點云中的點，則該搜索點為實測點云和模板點云之間的差異區域；若存在有點云中的點，則該搜索點不為實測點云和模板點云之間的差異區域；

步驟4.3：將實測點云作為檢測對象，按照步驟4.2處理得到差異區域，作為可能出現翹曲缺陷的危險區域的實測點云；再將模板點云作為檢測對象，按照步驟4.2處理得到差異區域，作為危險區域的實測點云所對應的模板點云。

3.根據權利要求1所述的一種基于點云特征對比的注塑葉輪翹曲缺陷檢測方法，其特征在于：

所述步驟6中，對實測點云簇和模板點云簇均采用以下方式處理：

步驟6.1：計算點云簇P＝{p₁,p₂,...,p_m}中各點的法向量N＝{n₁,n₂,...,n_m}，并計算平均法向量均值其中，p_i表示點云中第i個點，n_i表示點云中第i個點的法向量，i表示點云中的點序數，m表示點云中的點總數，然后將點云簇沿平均法向量方向移動固定距離t，其中t為葉片的最大厚度，獲得移動后點云簇SP：

其中，SP.x表示點云簇SP中點的x坐標，P.x表示點云簇P中點的x坐標，AveN.x表示平均法向量AveN的x坐標，xyz分別表示點的三個坐標值；

步驟6.2：遍歷移動后點云簇中的每一點sp_i，以點位置為中心、搜索半徑為0.9t在原來移動前的點云簇P中進行范圍搜索：若范圍中存在點云的至少一點，則說明點sp_i對應的原來移動前點云簇P中的點p_i位于葉輪葉片吸力面；若范圍中不存在點云的點，則說明點sp_i對應的原來移動前點云簇P中的點p_i不位于葉輪葉片吸力面。

4.根據權利要求1所述的一種基于點云特征對比的注塑葉輪翹曲缺陷檢測方法，其特征在于：

所述步驟7中，點云簇之間的距離計算方法為：

在實測點云簇中隨機選擇N個點，分別以每個點作為中心點，在模板點云簇中進行近鄰搜索找到離中心點最近的K個點，計算K個點分別到中心點距離的均值，再將所有N個點獲得的距離的均值相加求平均，作為兩個點云之間的距離。

5.根據權利要求1所述的一種基于點云特征對比的注塑葉輪翹曲缺陷檢測方法，其特征在于：

所述步驟8具體包括以下步驟：

步驟8.1：提取翹曲的實測點云簇上的某個點p_i，在對應模板點云簇中找到最近的三個點

步驟8.2：通過搜索到的三個點計算得到平面，作為點p_i對應的切平面；

步驟8.3：計算點p_i到該平面的距離d_i，作為點p_i的翹曲值：

步驟8.4：計算翹曲的實測點云簇中所有點的翹曲值，從中選擇最大的20個，計算均值μ和標準差σ：

最后將偏離均值一倍標準差的點作為離群點進行剔除，即將滿足d_iμ-σ或d_iμ+σ對應的點p_i剔除，然后將剩余的所有點p_i的翹曲值求平均作為該實測點云簇的翹曲缺陷的翹曲度。