[发明专利]用于将三维模型配准到表现零件姿态的点数据的系统、程序产品、和相关方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维扫描，而且特别是涉及了执行三维模型配准的系统、程序产品、和方法。

背景技术

近年来，不同的结构例如，高级复合材料结构的使用在航空、汽车、以及许多其他工商业中经历的大规模的增长。虽然复合材料提供了在性能上的明显改进，但在制造过程中需要严格的质量控制程序。特别地，非破坏性评估(“NDE”)方法需要估定不同结构的结构完整性，例如，检测内含物、分层和空隙率。然而在传统上，常规的NDE方法是劳动密集型并且成本高昂的。作为结果，测试程序不利地增加了与复合结构相关的制造成本。

已提出了不同的系统和技术来估定复合结构的结构完整性。例如，超声波测试已成为了提供非侵入性的，一般是非破坏性的技术的、非常有用的方法，其被用来测量包括了层厚度、裂纹、分层、孔洞、脱胶、外来夹杂物、纤维形态、纤维取向和孔隙率的不同材料特性。在给定应用中，这些特性影响了给定的材料质量和性能。每个结构的应用在材料结构质量上提出了独特的要求，其包括对不同强度、弹性、热性能、成本、或紫外线辐射电阻的需求。随着不断改变的要求，更加非侵入性的、非破坏性的材料检测使用比如超声波测试的技术来执行。超声波测试包括换能器感生的、激光的、电磁感生的和等离子引起的超声波。换能器感生的超声波技术使用压电换能器以便在对象中感生超声波信号。

超声波技术被应用到科研以及工业环境中。在科研领域中，超声波技术被用来关于所需特性测试新材料。所述技术也被用来寻找有经受应力或环境耐久力测试的材料中的缺陷。在工业领域中，在预定服务期间使用所述技术以便针对这些缺陷检查零件。航空、机车、和其他工商业已显示出对这些技术不断增强的兴趣。

广域成像设备还为NDE应用提供了许多速度和适应性方面的优势。这种成像设备能够被迅速地配置以适应各种零件的几何形状和尺寸，并且能够被部署而不需精确地紧固传感器和零件。当被检查的零件很大或者复杂(有许多弯曲)时，应用使用若干传感器，或者将单个传感器移动至多个观察位置以完成检查。随后，操作者必须复查若干关于单个零件的图像，确定跨不同图像的指示的空间关系，并且假设所收集的图像完全覆盖所述零件。

不同的非破坏性评估系统能够使用激光超声波作为广域成像设备。例如，这些系统还能够使用三维扫描仪，比如结构光深度摄像机以便在工作单元内定位零件。三维扫描仪例如能够产生在零件上的几何样本的点云(“点数据”)。这种点数据能够表现在给定环境中零件的姿态(“传感器数据”)。然而，点数据通常不能直接被利用。摄像机标定、照相测量法、三角测量法、以及配准技术被用来限定坐标系，其允许系统将来自激光超声波成像设备的三维数据关联到所述零件的计算机辅助设计(“CAD”)模型。随后所述系统能够将来自不同观察位置的超声波数据映射到CAD模型上，为操作者产生自然的三维坐标系以便关联指示和评估扫描覆盖范围。

然而，经过发明人确定，通过组合两个传感器数据的基础特征将三维模型配准到表现了零件姿态的点数据很复杂。首先是存在离群点，其被获得作为传感器数据的一部分，但不代表模型上的点。这些点能够由传感器中的噪声产生，或者由在比如封闭表面、壁、台面、等等场景中的其他对象产生。其次是缺乏关于模型一些部分的数据，其可能在零件被封闭的位置或者在传感器范围以外的位置产生。之前的实现通过预先过滤数据以移除离群点，和/或通过菜单选择要使用的模型和传感器数据区域来规避这种问题。然而，即便能够配准的话，这些技术降低了效率，并且增加了执行配准所需的时间量。