[发明专利]一种快速查找形状目标点的方法

摘要

本发明涉及快速查找形状目标点的方法，可有效解决快速、准确查找形状目标点的问题，方法是，首先获取被测物体表面的多个三维点坐标，构成被测物体的数学模型，确定最少初始点，依据初始点三维坐标和被测物的数学模型，计算被测物体的初始参数，得到拟合计算的均方根误差值，然后根据该组距离，统计得到一个均方根值；以三倍的均方根误差值为阈值，计算所有点到初始参数所描述的被测物的距离，同时计算初始点到初始值所描述的被测物距离的均方根值，然后重复这个过程，即将所有满足阈值范围的点找到，计算得到最终的被测物的参数，本发明方法简单，易操作，自动化程度高，速度快，耗时短，定位准确，出错率低，具有很强的实用性。

主权项

一种快速查找形状目标点的方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：通过工业测量设备获取被测物体表面的多个三维点的坐标X、Y、Z，所述的被测物体为直线体、平面体或圆柱体不同构造的形体；第二步：从多个三维点坐标中选取若干初始点，通过初始点三维坐标，计算被测物体初始参数，所述的初始参数包括被测物体三维点坐标(Xs、Ys、Zs)，被测物体坐标的方向矢量(i、j、k)，在获取被测物体三维点坐标后，选择初始点的最少数量：直线体至少2个，平面体至少3个，圆柱体至少5个；然后根据这些选择的点，利用约束特征法在形体拟合计算中获取形体初始参数，方法是：对形体拟合初值的选取相当于选取一个模型，并将该模型放在一个方位上，使得测量点云均布在该模型的两侧，首先，将该模型放在空间的一个方位上：对于球面，即是确定球心的位置；对于圆柱面，即是确定型面轴线的方位；对于圆锥面，即是确定型面轴线和锥顶点的方位；方位确定后，再确定模型的大小：对于球面和圆柱面，即是确定相应的半径；对于圆锥面，即是确定锥角；约束特征法是指利用待拟合特征的周围特征逐步地约束待拟合特征在空间的自由度，直到空间自由度为零，定位完毕；定位后，通过以下公式，计算初始参数的误差vi；当被测物体是直线体时，计算初始参数的误差方程公式为：其中：vi组成矩阵形式V；根据最小二乘拟合原理，VTPV最小，可以得到被测物体最佳初始参数；T表示矩阵的转置，P表示单位矩阵；Xs、Ys、Zs是被测物体位置的三维坐标，i、j、k分别是被测物体坐标Xs、Ys、Zs的方向矢量；Xi、Yi、Zi是被测物体表面的多个三维点的坐标；公式中下标i表示从0到实际三维点个数的序号；当被测物体是平面体时，计算初始参数的误差方程公式为：vi＝‑aXi‑bYi‑cZi‑d根据最小二乘拟合原理，VTPV最小，可以得到被测物体最佳初始参数a,b,c,d，T表示矩阵的转置，P表示单位矩阵；a,b,c,d是平面体方程的一般式中的参数：aXi+bYi+cZi+d＝0由此式转换为平面体的点法式：i×(Xi‑Xs)+j×(Yi‑Ys)+k×(Zi‑Zs)＝0当被测物体是圆柱体时，计算初始参数的误差方程公式为：Li表示矩阵(XiYiZi)T，L表示矩阵(Xs、Ys、Zs)T；R表示矩阵Ri×Rj×RkRi表示Rj表示Rk表示 矩阵中的i、j、k为被测物体坐标Xs、Ys、Zs方向的标量； 在得到初始参数的同时，根据下面公式可以同时计算得到拟合形体的均方根误差： RMS表示均方根误差，vi表示拟合计算的残差；第三步：根据初始参数，用计算机形状目标寻点系统软件，查找满足条件的三维点，并且根据最小二乘拟合算法再次计算初始参数；根据形体拟合计算中得到的均方根误差为基准，当以此均方根误差的三倍值为阈值时，99％以上的三维点被找到；同时计算所有三维点到被测物体距离，将所有满足距离值小于阈值的三维点都加入到重新拟合形体的计算中，重新计算初始参数和均方根误差，并重复此步骤，直至没有三维点加入到重新拟合形体计算中；所找到的三维点即是目标点。