[发明专利]一种基于局部优化的三维点云平面度计算方法

说明书

本发明属于光学测量领域，并具体公开了一种基于局部优化的三维点云平面度计算方法。该方法包括：选取测量平面，获得该测量平面的点云并进行网格划分；对单个网格内的点云进行平面度拟合获得拟合平面，然后计算网格内每个点到拟合平面的距离，并将距离的绝对值进行降序排列，最后将排在前面的点作为噪点剔除；重复计算直至遍历所有网格，对余下的点云进行平面度拟合获得测量平面的平面度。本发明针对光学测量中容易产生噪点并且原始数据量大的特点，通过对测量平面的点云进行网格划分，去除每个网格中与拟合平面距离相对较大的点，然后对剩余的点进行拟合获得测量平面的平面度，从而避免了因噪点造成点云局部分布不均的问题，使得计算更为准确。

技术领域

本发明属于光学测量领域，更具体地，涉及一种基于局部优化的三维点云平面度计算方法。

背景技术

在航空、航天以及核电领域中，大型环形零件是一种较为常见的零件，这些零件通常直径尺寸较大，如核电的主泵法兰密封面的直径可达1.6m。这类大型环形零件在长期服役之后，表面会出现划痕、脱落等缺陷。

传统的检修方式是通过人工使用游标卡尺、千分尺直接在零件表面进行检测，这种检测方式不仅操作不便，而且在核电环境下会对人体造成伤害。同时这种检测的随意性较大，并且只能检测局部尺寸，不能反应零件的整体误差。

将光学测量应用到大型环形零件的检修中是目前的重要发展趋势，该测量方法主要利用双目相机拍摄投影仪投出的带相移的光栅生成三维点云数据，通过点云数据与设计模型的匹配，将点云坐标系与设计模型坐标系统一，进而计算零件2D尺寸误差并生成误差色谱图，根据色谱图的分布可以选取误差较大的部分识别零件表面缺陷，并计算平面度等形位误差。但是光学测量容易产生噪点，会导致局部点云不均，此外与传统的三坐标测量机相比，光学测量的原始点数据量多、计算误差较大，不适合使用全局点云数据进行平面度计算。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于局部优化的三维点云平面度计算方法，其中通过进行网格划分剔除噪点的方法，相应能够减小误差，提高计算准确度，相应的可有效解决光学测量容易产生噪点的问题，因而尤其适用于利用光学测量数据计算平面度的应用场合。

为实现上述目的，本发明提出了一种基于局部优化的三维点云平面度计算方法，该方法包括如下步骤：

S1选取测量平面，获得该测量平面的点云并进行网格划分；

S2对单个网格内的点云进行平面度拟合并获得拟合平面，然后计算该网格内每个点到该拟合平面的距离，并将距离的绝对值进行降序排列，最后将排在前面的点作为噪点剔除；

S3重复步骤S2直至遍历所有网格，对余下的点云进行平面度拟合获得所述测量平面的平面度。

作为进一步优选地，所述步骤S1中采用光学测量系统获得测量平面的点云。

作为进一步优选地，所述步骤S1中的光学测量系统优选采用光栅式面阵扫描仪进行测量。

作为进一步优选地，所述步骤S1中进行网格划分时网格的间距优选为原始点云间距的3倍～5倍。

作为进一步优选地，所述步骤S1中优选采用正方体网格进行划分。

作为进一步优选地，所述步骤S2包括如下子步骤：

S21第k个网格内的点云为对点云P_k进行平面度拟合，确定满足公式(1)的a_k,b_k,c_k的估计值