[发明专利]基于十四点球面小波变换的不规则零件形状差异检测方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机图形测量技术领域，涉及不规则零件的形状差异检测，具体的说是一种基于十四点球面小波变换的不规则零件形状差异检测方法，可以用于两组具有不同特性零件样本的组间外形缺陷筛查或甄别等场合。

背景技术

随着科技的不断发展和社会需求的提高，实际生产生活中对机械加工等行业的物体零件的精度要求越来越高，同时除了对简单的几何尺寸的高精度要求外，对形状的准确性要求也日益迫切。这就要求在生产过程中，除了检测零件的常规几何尺寸，还需要对零件的形状进行差异检测，从而对加工质量或者加工工艺的水平做出衡量和判断。但是当物体形状比较复杂或者不规则时，无法简单地用几何参量，比如长、宽、高来描述，复杂物体的形状差异也无法用简单的几何测量来表征和描述。

现有的三维零件形状检测方法，主要包括两大类：(1)光学测量法，比如云纹法，投影栅线法，全息干涉法等，其中效果比较好的是张政等提出的基于光的干涉和衍射理论的形状检测方法(力学学报，第27卷第3期，344-350页)。这类方法的主要问题是，需要精密的光学设备，造价高昂，并且只能检测简单形状，比如平面。(2)网格形状特征检测法，比如韦虎等提出的曲面角点检测方法：计算机辅助设计与图形学学报，2009年第11期，1545-1550页，肖晓明等提出的网格直线检测法：计算机测量与控制，2007年10期，1292-1294页等。此类方法只能针对明显几何特征，比如角点、直线、孤立点等进行检测，局限性大，无法检测更复杂形状以及形状差异。

此外，在采用包括上述方法进行三维零件检测的过程中，往往无法预先知晓形状差异的大小或尺度，因而常常无法选择恰当尺度的检测方法。目前通常依据主观经验或者依测量工具的精度来确定尺度，无法全面准确地刻画形状差异，不具备多尺度特性，可能存在遗漏某个尺度上的差异。

综上所述，已有的方法无法检测复杂的不规则三维零件的形状差异，大多尺度单一，无法定量、定位和定尺度地描述出复杂的不规则形状差异。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于十四点球面小波变换的不规则零件形状差异检测方法，以克服常见网格形状差异检测方法的仅能检测特定简单特征的局限性和检测局限于单一尺度的缺点，实现对两组不规则或复杂外形的零件样本形状差异进行定量、定位和定尺度地精确检测。

为实现上述目的，本发明主要包括以下步骤：

(1)将具有不同属性的零件样本分成两组，分别称为对照组C和研究组S，两组样本的数目相等或接近；

(2)设定三维空间直角坐标系，并按照几何特征将所有的零件在同一坐标系内配准；

(3)用三维摄像机扫描配准后的每一个零件样本，得到零件的三维图像；

(4)采用三角形网格逐级剖分法，建立每个零件的三角形网格，步骤如下：

(4a)选择初始级三角形网格，并定义为第0级三角形网格，记为G₀；

(4b)对初始三角网格进行L级剖分，设定剖分总级数L，L≥1，对第j-1级网格进行剖分，1≤j≤L，并将该剖分称为第j级剖分，定义该级剖分中新增加的网格顶点为P_j；

(4c)将新增顶点P_j与已有顶点合并，得到第j级三角形网格G_j，则有：

G_j＝G_j-1∪P_j，1≤j≤L

其中G_L为最精细网格，G₀为最粗糙网格，级别越高的网格越精细，j称为网格G_j的尺度；

(5)获取每个零件样本的每个网格顶点的三维坐标(x，y，z)和每个顶点的测度值λ；

(6)设定球面小波变换的总级数H，1≤H≤L，针对每个顶点的测度值，从最精细尺度L开始，在每个尺度k上，k＝L，...，L-H+1，将对照组C和研究组S的三角网格进行H级十四点球面小波变换，得到每个顶点在k尺度上的测度值球面小波系数；

(7)对各顶点上的球面小波系数进行双样本T-检验，初步筛选出差异网格顶点集合J₀：