[发明专利]一种基于三维测量点云数据的工件余量快速求取方法

说明书

本发明提供一种基于三维测量点云数据的工件余量快速求取方法，包括以下：使用扫描仪对工件扫描，得到点云数据；对点云数据进行滤波去噪，采用kd‑tree方法求取点云法线；导入工件理论模型，采用NDT与ICP相结合的方法完成所述滤波去噪后的三维点云数据与理论模型的配准；使用八叉树数据结构对点云数据进行空间划分，构建哈希表，对划分后空间快进行三角面片编码，完成点云数据预处理；对预处理后的点云数据降维，筛选去掉与待选点余量求取无关的三角面片；对剩余三角面片应用向量积和叉积快速求取余量并判断有效性；本发明提供的有益效果是：对大规模点云通过八叉树的空间划分以及哈希表进行编码，有效的提高了搜索效率，实现了对工件余量的快速求取。

技术领域

本发明涉及三维重建领域，尤其涉及一种基于三维测量点云数据的工件余量快速求取方法。

背景技术

随着人们个性化需求的日益增长及数字化设计与制造技术的发展，零件的加工制造及其装配技术的精度要求对其误差检测技术提出了前所未有的挑战。传统二维检测方法检测形位尺寸，费时费力，而且有些复杂曲面形体难以实现高精度检测，其检测精度及效率己经很难满足现代工业制造技术对各种零部件的检测标准及要求。现代的基于三维ＣＡＤ模型的数字化检测技术在逐步的代替传统检测技术，并且得到越来越广泛的应用，并成为各种高精度复杂零部件检测的核心技术。

基于三维CAD模型的数字化检测及其精度评价技术已成为主要趋势。通常，将产品的三维数字化CAD模型与其成品工件的三维型面测量数据进行配准比较和误差分析，给出产品的制造精度，从而更好的指导零件的设计，生产，制造装配等环节。

余量的快速求取在误差分析中是典型的直线与三角片快速求交问题。在此类问题中通用算法都是要对所有的三角面片进行筛选，当要求取的余量较多时容易出现计算效率低，时间长等问题，经过分析可以发现通用算法中没有对数据进行预处理，导致筛选过程过慢。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于三维测量点云数据的工件余量快速求取方法，包括以下：

S101：使用三维扫描仪对加工后的工件进行扫描，得到加工后的工件表面的三维点云数据；

S102：对所述三维点云数据进行体素滤波去噪，得到滤波去噪后的三维点云数据；对所述滤波去噪后的三维点云数据采用kd-tree方法求取点云法线；

S103：导入加工工件的理论三维CAD模型，采用NDT与ICP相结合的方法完成所述滤波去噪后的三维点云数据与理论模型的配准，使得三维测量坐标系与加工工件的理论三维CAD模型的设计坐标系重合；

S104：在同一坐标系下，使用八叉树数据结构对所述滤波去噪后的三维点云数据进行空间划分，得到多个子空间块；

S105：构建哈希表，根据多个子空间块，对所述滤波去噪后的三维点云数据、加工工件的理论三维CAD模型的三角面片进行编码，完成所述滤波去噪后的三维点云数据预处理，得到预处理后的三维点云数据；

S106：根据投影原理对预处理后的三维点云数据多次降维，快速筛选去掉与待选点余量求取无关的三角面片；

S107：对剩余三角面片应用向量点积快速求取余量，并应用叉积判断余量的有效性。

进一步地，步骤S101中，利用三维扫描仪扫描得到的加工后工件表面的三维点云数据，包括x、y、z三维特征和需要求取的余量区域。

进一步地，步骤S102中，采用kd-tree方法求取点云法线，具体为：通过设定待取余量点的领域半径参数r提取出待取余量点半径r范围内的所有点云，并利用这些点云求取点云法线。