[发明专利]一种基于列文伯格-马夸特法的椭圆锥面与椭球面参数提取方法

说明书

本发明公开一种基于列文伯格‑马夸特法的椭圆锥面与椭球面参数提取方法，首先，利用三维扫描仪获取被测模型的点云数据；然后利用平移变换，使被测模型点云的顶点与坐标原点重合；再利用基于阈值的聚类方法对步骤二中得到的点云进行分割，得到基底点云与组成曲面点云；进而根据旋转变换矩阵将表征被测模型底面半轴与一个坐标轴之间的夹角的变量引入消除偏移量的椭圆锥面方程或椭球面方程，得到曲面模型方程；最后利用列文伯格‑马夸特法以曲面模型方程为拟合目标，对曲面点云中的点进行拟合，得到曲面模型方程中的参数，即被测模型底面半轴与一个坐标轴之间的夹角以及相关参数，实现对椭圆锥面与椭球面参数的提取，为更精确的提取提供条件。

【技术领域】

本发明涉及逆向工程领域，尤其涉及关于一种基于列文伯格-马夸特法的椭圆锥面与椭球面参数提取方法。

【背景技术】

随着经济的不断发展，市场规模不断扩大，曲面几何特征的提取在逆向工程领域和智能加工领域中越来越重要。据统计，大部分的工业零件表面都是由二次曲面构成的，由此可见，二次曲面是反求工程和智能制造中不可缺少的组成部分。在对这类物体进行生产加工时，需要将这类物体表面的二次曲面以几何参数的形式进行精确表示。因此，在智能加工业中，设计人员会利用测量技术对物体进行三维测量，得到其点云数据，然后对得到的点云数据进行处理，得到被测模型表面的几何参数。一些规则的二次曲面，如圆锥面，球面，圆柱面有着较简单的几何外形，表面为这类曲面的物体底面既关于轴对称又关于中心对称，由于这种对称性，这类曲面的位置与形态不会对几何参数的提取造成重要影响，因此，这类曲面的几何参数较易提取。而对于椭圆锥面，椭球面这种类型的曲面，当其不在一个典型的位置时(底面半轴不与坐标轴平行或重合)，利用信号处理方法提取几何参数是比较困难的。如果被测模型的底面半轴与X或Y坐标轴平行或重合，几何参数的提取会更方便。因此，需要找出被测模型底面半轴与一个坐标轴之间的夹角，再利用这个夹角对原点云进行旋转，使被测模型底面半轴与X轴或者Y轴重合。

目前，在实际应用中，二次曲面的参数提取方法主要有传统的利用测量工具进行物理测量的提取方法，借助于曲面拟合的提取方法以及基于信号处理技术的提取方法。人工测量方法主要受限于操作人员的视力与经验水平，方法的鲁棒性较差，得到的几何参数精度较差，使用时间也较长。借助于曲面拟合的提取方法也是一种传统的提取方法，利用拟合算法对所获取点云进行拟合得到结果，但是单纯的拟合算法得到的结果精度不高。基于信号处理技术的提取方法则要求被测曲面的位置与形态要利于信号处理技术的应用。如何采用现代化技术，结合各方法的优点，快速、准确地对被测模型表面的参数进行提取是目前逆向工程与智能加工领域内急需解决的一个重要问题。

在本发明所述方法中，首先，利用三维扫描仪获取被测模型的点云数据；然后，利用平移变换方法对由三维扫描仪获取到的点云中的每一个点进行平移，使被测模型点云的顶点与坐标系原点相重合以消除偏移量，利用基于阈值的聚类方法对经过平移变换得到的点云进行聚类处理，得到基底点云(由组成基底的点云构成)与曲面点云(由组成被测模型表面的点云构成)，然后利用旋转变换矩阵将代表被测模型底面半轴与一个坐标轴之间的夹角的变量引入被测模型表面的方程，得到曲面模型方程，最后，使用列文伯格-马夸特法利用曲面点云中的点以曲面模型方程为拟合目标进行拟合，得到曲面模型方程中各参数的值，达到对被测模型底面半轴与一个坐标轴之间的夹角以及相关几何参数进行提取的目的。

【发明内容】

本发明的目的在于：对椭圆锥面或者椭球面的相关参数进行提取以克服现有技术在实际运用过程中，表面为椭圆锥面或椭球面的被测模型不在典型位置时，信号处理方法不能有效运用的问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供一种基于列文伯格-马夸特法的椭圆锥面与椭球面参数提取方法，其特征在于，包括以下步骤，

步骤一、利用三维扫描仪获取被测模型的点云数据；

步骤二、对步骤一中得到的点云进行平移变换，使点云顶点与坐标原点重合；