[发明专利]一种座椅类家具多角度点云测量工装及其拼接方法

权利要求书

1.一种座椅类家具多角度点云测量工装，其特征在于：包括竖向基座(1)、线激光传感器(2)、传感器安装架(3)、同步带模组(4)、地轨(7)、凸轮分割器(8)、驱动电机(9)、安装调节板(10)、标定圆柱(11)以及四个椅腿定位件(6)，所述竖向基座(1)表面固定安装同步带模组(4)，所述传感器安装架(3)固定在同步带模组(4)上，所述线激光传感器(2)固定在传感器安装架(3)中间位置，通过所述同步带模组(4)带动线激光传感器(2)进行竖直平面的直线扫描运动，所述地轨(7)横向设置在竖向基座(1)前方，所述凸轮分割器(8)的外壳两侧对称固定有左承重板(14)和右承重板(13)，所述左承重板(14)和所述右承重板(13)分别设有限位块并滑动搭设在地轨(7)上，所述驱动电机(9)的电机壳与凸轮分割器(8)的外壳连接固定，驱动电机(9)的电机轴通过联轴器与凸轮分割器(8)的横向输入轴连接固定，所述安装调节板(10)下表面中心线位置通过法兰与凸轮分割器(8)的竖向输出轴连接固定，安装调节板(10)、驱动电机(9)和凸轮分割器(8)组成四工位转台，所述标定圆柱(11)竖直固定在安装调节板(10)上表面中心位置，所述四个椅腿定位件(6)设置在安装调节板(10)上标定圆柱(11)四周位置。

2.根据权利要求1所述的一种座椅类家具多角度点云测量工装，其特征在于：所述安装调节板(10)上以标定圆柱(11)为中心其四周呈十字星排布开设有四条滑槽，所述四个椅腿定位件(6)分别与所述四条滑槽滑动连接，椅腿定位件(6)上旋接有锁紧螺栓能够与安装调节板(10)锁紧定位。

3.根据权利要求1或2所述的一种座椅类家具多角度点云测量工装，其特征在于：所述安装调节板(10)侧面定位加装有伸缩气缸，所述伸缩气缸端部安装辅助支撑板，当凸轮分割器(8)相位变换结束时伸缩气缸伸出，辅助支撑板与安装调节板(10)侧面接触起到限位作用。

4.根据权利要求1所述的一种座椅类家具多角度点云测量工装，其特征在于：所述同步带模组(4)包括水平间隔固定在竖向基座(1)两侧的两条竖向滑轨，所述两条竖向滑轨上设有通过同步电机控制能够在竖向上进行移动的两个滑块，所述传感器安装架(3)固定在所述两个滑块之间。

5.根据权利要求1所述的一种座椅类家具多角度点云测量工装，其特征在于：所述四工位转台与线激光传感器(2)的距离由传感器扫描激光线(12)的覆盖区域确定。

6.一种根据权利要求1所述的座椅类家具多角度点云测量工装的拼接方法，其特征在于：所述拼接方法包括以下步骤：

步骤一：将待测量的座椅家具工件(5)安装在安装调节板(10)的四个椅腿定位件(6)上，通过滑动椅腿定位件(6)进行位置调节与座椅家具工件(5)适应，之后拧紧锁紧螺栓对椅腿定位件(6)进行锁紧定位；

步骤二：接通外部电源，同步带模组(4)开始复位直线运动，带动线激光传感器(2)到达初始测量位置，驱动电机(9)启动使凸轮分割器(8)开始工作，安装调节板(10)带动座椅家具工件(5)转动至第一个测量角度时，线激光传感器(2)开启，同步带模组(4)带动线激光传感器(2)作竖直平面内的直线扫描运动，线激光传感器(2)到达测量终点时，凸轮分割器(8)带动安装调节板(10)转过90度，从而变换座椅家具工件(5)的测量角度，同步带模组(4)继续带动线激光传感器(2)从上次的测量终点直线扫描运动到上次的测量起点；

步骤三：重复步骤二直至座椅家具工件(5)的四个测量角度都被测量完毕，线激光传感器(2)关闭；

步骤四：在上述线激光传感器(2)进行四个角度扫描测量时，每次测量点云都包含座椅家具工件(5)和标定圆柱(11)，通过随机采样一致性算法提取圆柱模型参数中的圆柱轴线向量(l_i,m_i,n_i)^T，具体包括：

a、将四个测量角度的每一帧含座椅家具工件(5)和标定圆柱(11)的点云进行数量精简；

b、设定随机采样一致性算法识别标定圆柱(11)的最小迭代次数和内点判定的距离阈值，内点判定是指随机采样一致性算法在迭代计算过程中，对于一组圆柱模型参数，会计算原始点云集合中所有点到该参数拟合圆柱表面的最短距离Dist，设定一个距离阈值作为允许误差，将Dist与距离阈值比较，如果Dist小于距离阈值则该点称为内点，即满足圆柱模型参数的点，点云中认定内点就是标定圆柱(11)的圆柱面上的点；

c、在原始点云集合中随机选取三个不共线点，计算拟合圆柱模型及其参数，统计该参数下的内点数量并进行一致性准则检验，达到设定的最小迭代次数时，输出内点数量最多的圆柱模型参数，完成标定圆柱(11)点云的分割提取与模型参数计算；

d、将每个测量角度识别到的标定圆柱(11)的轴线作为基准轴，对座椅家具工件(5)的点云坐标进行旋转平移变换，使几幅图像的基准轴重合，然后围绕基准轴对相邻图像的点云坐标进行90度的旋转变换，完成多角度的座椅家具工件(5)点云拼接，

对于提取到的轴线向量通过公式(1)和公式(2)计算得到变换矩阵T，

使每个测量角度的图像和新的图像坐标系轴线对齐,其中R_i为点云的旋转矩阵，P_i为轴线顶点坐标，然后按照公式(3)进行90度的旋转变换得到拼接后的点云，

(p_x,p_y,p_z)为角度变换前点云中点的坐标，(p_x',p_y',p_z')为角度变换后点云中点的坐标。