[发明专利]基于钢结构模型的激光断面特征识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维激光断面结构特征识别，尤其涉及油气钢结构模块设计模型的三维激光断面结构特征识别。

背景技术

对于大型油气钢结构模块，有几何尺寸和质量庞大，接口数量多等特点，一般采用分体制造，再总装拼接的工艺流程。大型钢结构往往具有严格的外形与准确度的要求，其最终质量在很大程度上依赖于装配对准的质量，所以准确高效地识别断面特征显得尤为重要。目前常采用的三维断面特征识别技术，往往通过对三维激光扫描出的点云数据进行处理并直接提取特征，该方法需要处理大量的点云数据，所以很难保证提取特征的精度而且速度慢效率低，不适于大型油气钢结构的装配对准。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种计算速度更快、识别精度更高的基于油气钢结构模块设计模型的三维激光断面结构特征识别方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明的基于钢结构模型的激光断面特征识别方法，它包括以下步骤：

(1)在CAD三维软件中建立理想钢结构模块的三维模型，并对理想三维模型断面部分的轮廓特征线信息进行提取；

(2)使用三维激光扫描系统对模块断面部分进行扫描，得到实际模块断面部分点云数据，然后对点云数据进行优化处理，得到优化的实际模块断面部分点云数据；

(3)将提取的理想三维模型断面部分的轮廓特征线信息进行坐标变换，统一到点云数据的坐标系下；

(4)以经过坐标变换的理想三维模型断面部分的轮廓特征线为轴线，对每一个轮廓特征线周围设定区域的邻域点云数据进行搜索；

(5)将搜索到的邻域点云数据进行特征提取，获得实际模块断面部分轮廓特征线；

(6)在CAD三维软件中建立实际模块断面部分的三维模型；

(7)重复所述的步骤(1)至步骤(6)建立另一模块实际断面部分的三维模型；

(8)在同一坐标系下，对两端面的特征进行对比分析，判断出两个模块是否能够对接装配。

本发明的优点在于：利用三维模型辅助点云数据特征识别，缩小了点云的搜索范围，从而提高了特征识别的速度，并排除了断面范围外其他点云数据的影响，提高了特征提取的精度。

附图说明

图1是本发明的基于油气钢结构模块设计模型的三维激光断面结构特征识别方法采用的坐标计算三维示意图；

图2是发明的基于油气钢结构模块设计模型的三维激光断面结构特征识别方法采用的特征信息周围区域点云搜索示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。

如附图所示的本发明的基于油气钢结构模块设计模型的三维激光断面结构特征识别方法，它包括以下步骤：

(1)在CAD三维软件中建立理想钢结构模块的三维模型，并对理想三维模型断面部分的轮廓特征线信息进行提取；

(2)使用三维激光扫描系统对模块断面部分进行扫描，得到实际模块断面部分点云数据，然后对点云数据进行优化处理，得到优化的实际模块断面部分点云数据；三维激光扫描系统可以在市场购得，三维激光扫描系统的工作原理为：

三维激光扫描系统是采用脉冲激光测距的方法，通过激光脉冲二极管发射激光脉冲，射向被测物体，激光碰到被测物体的表面后反射回来，由系统内的探测装置接收并记录。根据激光束发射和接收的时间差T，计算扫描点到仪器的斜距S，同时获取此激光束的水平方向角度α和垂直方向角度θ，计算出扫描点用空间坐标系中X方向、Y方向、Z方向3个矢量数据表示。见图1。

计算扫描点空间坐标时，坐标原点为系统内部测距激光发射的几何中心，Z轴为仪器的竖轴，Y轴为扫描默认起始方位，X轴与Y、Z轴垂直构成空间坐标系。通过计算可得扫描点P的坐标(X_p，Y_p，Z_p)，即