[发明专利]基于光栅投影多步相移法的3D打印制品三维缺陷检测方法

权利要求书

1.一种基于光栅投影多步相移法的3D打印制品三维缺陷检测方法，其特征在于：

步骤1)，获取待测物体表面点云及点云预处理阶段：根据待测物体的标准CAD模型3D打印出待测物体，将待测物体放置在桌面上，投射多幅不同初始相位的标准正弦数字光栅到待测物体表面，通过CCD相机连续拍摄物体表面被投射标准正弦数字光栅后的条纹图像，利用反正切函数对条纹图像进行求解得到相位值，将所求的相位值进行解包裹反求得到待测物体的表面点云，然后进行预处理获得拍摄点云；

步骤2)，获取标准点云阶段：提取待测物体的标准CAD模型的三角形面片的顶点坐标和法向量，在三角形面片上采样生成所需密度的标准点云；

步骤3)，粗配准阶段：计算拍摄点云的快速点特征直方图，在标准点云中找到与快速点特征直方图相似的点，进行随机采样一致变换获得粗配准点云；

步骤4)，精配准阶段：采用迭代最近点方式(ICP)对粗配准点云进行处理获得精配准点云；

步骤5)，提取缺陷阶段：设置缺陷阈值遍历提取异常点，用异常点进行欧式聚类，计算每个类中所有点的重心坐标作为缺陷的位置，获取待测物体表面的各个缺陷位置和缺陷个数；采用点云生长方法从缺陷的位置生长出缺陷区域点云，对缺陷区域点云进行三维重建；

所述的步骤1)中，进行预处理获得拍摄点云，具体是：

1.2)针对待测物体的表面点云，以桌面背景作为基元，预设桌面背景的基元平面形状，采用随机采样方法拟合桌面背景的基元平面形状并进行多次处理获得不同的平面模型，计算平面模型中的点数量，选取点数量最多的平面模型作为最优平面，将最优平面中的点作为无效背景点从待测物体的表面点云中去除；

1.3)对去除无效背景点后的点云进行体素下采样处理，以体素下采样中每个体素单元的所有点的重心代替覆盖体素单元内所有点；

1.4)对体素下采样后的点云进行统计滤波，设置搜寻近邻点数和离群阈值，遍历点云中的所有点，采用以下方式针对每个点进行处理：建立以点为球心、以离群阈值为球半径的球体，球体内的点数量和搜寻近邻点数进行比较：若点数小于搜寻近邻点数，则将该点视为离群噪点，进行去除；若点数大于等于搜寻近邻点数，则将该点不视为离群噪点，进行保留；最终保留得到的为拍摄点云；

所述的步骤5)具体是：

5.1)设置缺陷阈值遍历提取异常点：针对精配准点云中的每个点，从标准点云找到距离最近的点，求取两个点之间的距离并作判断：若距离小于缺陷阈值，则精配准点云中的该点为正常点；若距离大于等于缺陷阈值，则精配准点云中的该点为异常点；

5.2)对异常点进行欧式聚类，获得聚类结果，每个类代表一个缺陷，计算每个类中所有点的重心坐标作为缺陷的位置，从而获取待测物体表面的各个缺陷位置和缺陷个数；

5.3)采用点云生长方法从缺陷的位置生长出缺陷区域点云，对缺陷区域点云进行三维重建，完成缺陷检测。

2.根据权利要求1所述的一种基于光栅投影多步相移法的3D打印制品三维缺陷检测方法，其特征在于：所述步骤2)中，提取待测物体的标准CAD模型的三角形面片的顶点坐标和法向量转化为点云数据，再调用点云库PCL中的点云网格采样库pcl_mesh_sampling，使用可视化工具库VTK(Visulization Toolkit)读取并在待测物体的标准CAD模型均匀采样然后生成点云。