[发明专利]一种基于点云特征对比的注塑叶轮翘曲缺陷检测方法

权利要求书

1.一种基于点云特征对比的注塑叶轮翘曲缺陷检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：通过三维扫描仪采集获取注塑叶轮的实测点云；

步骤2：对注塑叶轮已构建的数字化物理模型进行离散化，得到注塑叶轮的模板点云；

步骤3：将注塑叶轮的实测点云和模板点云进行配准，统一到同一个坐标系下；

步骤4：通过对比实测点云与模板点云的空间位置进行危险区域检测，获取可能出现翘曲缺陷的危险区域，并提取危险区域的实测点云及对应的模板点云；

步骤5：采用欧几里得聚类分割的方法对危险区域的实测点云和模板点云均进行分割处理，将点云中相邻距离小于距离阈值ε的点归为一类，组成同一个点云簇，获得各个点云簇后将包含点云数量小于100的点云簇剔除；

对危险区域的实测点云和模板点云进行分割处理后获得各个实测点云簇及对应的模板点云簇，根据得到的点云簇数量是否大于0判断危险区域是否发生翘曲；

步骤6：对步骤5获得的实测点云簇及对应的模板点云簇分别进行叶轮叶片吸力面点云提取，即将叶轮叶片吸力面与压力面的点云分离，获取吸力面上的点云；

步骤7：计算实测点云簇与每个模板点云簇之间的距离，采用距离最小匹配方法将每处翘曲的实测点云簇和其对应的模板点云簇进行匹配；

步骤8：计算翘曲的实测点云簇中每个点到其对应模板点云簇对应切平面的垂直距离，选择其中最大的20个值，20个值中剔除离群点后求平均，作为该处翘曲的翘曲度。

2.根据权利要求1所述的一种基于点云特征对比的注塑叶轮翘曲缺陷检测方法，其特征在于：所述步骤4具体包括以下步骤：

步骤4.1：分别将实测点云和模板点云构造为两个八叉树；

步骤4.2：逐个遍历提取检测对象的一个八叉树的其中一个点作为搜索点，在另一个八叉树中进行体素查找，即以搜索点对应的相同位置为中心、边长为a的正方体内进行查找是否存在有点云中的点，其中a为点云中两点最小间距的4-8倍：若未存在有点云中的点，则该搜索点为实测点云和模板点云之间的差异区域；若存在有点云中的点，则该搜索点不为实测点云和模板点云之间的差异区域；

步骤4.3：将实测点云作为检测对象，按照步骤4.2处理得到差异区域，作为可能出现翘曲缺陷的危险区域的实测点云；再将模板点云作为检测对象，按照步骤4.2处理得到差异区域，作为危险区域的实测点云所对应的模板点云。

3.根据权利要求1所述的一种基于点云特征对比的注塑叶轮翘曲缺陷检测方法，其特征在于：

所述步骤6中，对实测点云簇和模板点云簇均采用以下方式处理：

步骤6.1：计算点云簇P＝{p₁,p₂,...,p_m}中各点的法向量N＝{n₁,n₂,...,n_m}，并计算平均法向量均值其中，p_i表示点云中第i个点，n_i表示点云中第i个点的法向量，i表示点云中的点序数，m表示点云中的点总数，然后将点云簇沿平均法向量方向移动固定距离t，其中t为叶片的最大厚度，获得移动后点云簇SP：

其中，SP.x表示点云簇SP中点的x坐标，P.x表示点云簇P中点的x坐标，AveN.x表示平均法向量AveN的x坐标，xyz分别表示点的三个坐标值；

步骤6.2：遍历移动后点云簇中的每一点sp_i，以点位置为中心、搜索半径为0.9t在原来移动前的点云簇P中进行范围搜索：若范围中存在点云的至少一点，则说明点sp_i对应的原来移动前点云簇P中的点p_i位于叶轮叶片吸力面；若范围中不存在点云的点，则说明点sp_i对应的原来移动前点云簇P中的点p_i不位于叶轮叶片吸力面。

4.根据权利要求1所述的一种基于点云特征对比的注塑叶轮翘曲缺陷检测方法，其特征在于：

所述步骤7中，点云簇之间的距离计算方法为：

在实测点云簇中随机选择N个点，分别以每个点作为中心点，在模板点云簇中进行近邻搜索找到离中心点最近的K个点，计算K个点分别到中心点距离的均值，再将所有N个点获得的距离的均值相加求平均，作为两个点云之间的距离。

5.根据权利要求1所述的一种基于点云特征对比的注塑叶轮翘曲缺陷检测方法，其特征在于：

所述步骤8具体包括以下步骤：

步骤8.1：提取翘曲的实测点云簇上的某个点p_i，在对应模板点云簇中找到最近的三个点

步骤8.2：通过搜索到的三个点计算得到平面，作为点p_i对应的切平面；

步骤8.3：计算点p_i到该平面的距离d_i，作为点p_i的翘曲值：

步骤8.4：计算翘曲的实测点云簇中所有点的翘曲值，从中选择最大的20个，计算均值μ和标准差σ：

最后将偏离均值一倍标准差的点作为离群点进行剔除，即将满足d_iμ-σ或d_iμ+σ对应的点p_i剔除，然后将剩余的所有点p_i的翘曲值求平均作为该实测点云簇的翘曲缺陷的翘曲度。