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专利号: 202110601118X
申请人: 山东捷瑞数字科技股份有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.计量工件不规则体尺寸的测量方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:将待测工件固定于工装的特定位置,由多关节三维激光扫描仪扫描所述待测工件,获取工件的点云数据;

步骤2:对扫描获得的工件的点云数据进行处理;

步骤3:基于经处理后的点云数据构建空间模型;

步骤4:计算所述空间模型的体积;

其中,步骤2包括:

对所述点云数据进行点云配准,通过点云配准使点云数据之间的空间位置差别最小化,具体为:通过选择靶球目标并采用不少于3个同名点进行点云配准,配准后同名点内的符合精度应不低于规范要求的特征点间距中误差的1/2;

对经配准后的所述点云数据进行坐标系转换,通过坐标系转换使多个扫描仪坐标系转换到统一坐标系中,具体为,采用不少于 3 个分布均匀的同名点,通过七参数模型进行坐标系转换,转换时宜固定比例因子,转换残差应小于规范允许的点位相对于临近控制点中误差的1/2;

对转换后的所述点云数据进行点云分类,便于后期所述点云数据的分离与表面模型构建,具体为:根据不同目标物的电磁波反射强度信息特征将点云数据分为不同类别,对所述点云数据根据不同类别进行分类标注;

对分类后的所述点云数据进行分割抽稀,以利于对庞大的点云数据进行三维曲面重构,具体包括:充分考虑点云数据模型的细节特征,对点云数据模型采用非均匀网格法,保持所述细节特征不被删除,所述点云数据抽稀后的最大点间距应满足计算体积最小间距要求。

2.如权利要求1所述的计量工件不规则体尺寸的测量方法,其特征在于,步骤1,所述多关节三维激光扫描仪采用光学测量探头或非接触式测量探头来扫描工件指定型面或区域。

3.如权利要求2所述的计量工件不规则体尺寸的测量方法,其特征在于,步骤1,在扫描作业前,确定可控制点布设位置并合理布置扫描测站路线,所述可控制点应能控制整个测量区域,且分布均匀,所述多关节三维激光扫描仪按照扫描测站路线进行扫描,保证相邻测站间具有一定比例的重叠度。

4.如权利要求1所述的计量工件不规则体尺寸的测量方法,特征在于,步骤3,包括:

点处理阶段:去除体外孤点、非连接点、噪音点;对经去除后的点云数据进行采样,从而保持空间模型的精确度;

有限元处理阶段:将点云数据封装成多边形模型,并对所述多边形模型进行编辑;将编辑后的多边形模型分割为形状、大小相等的有限个虚拟的小立方元。

5.如权利要求4所述的计量工件不规则体尺寸的测量方法,特征在于,步骤4中,点云数据模型计算是利用积分原理,先拟合出所述小立方元外部曲面,根据所述曲面上已知点云数据计算该曲面法线向量,再利用柱面积分原理计算空间模型体积;

具体计算步骤包括:

根据点云空间数据模型计算空间直角坐标系X轴方向的最大值Xmax和最小值Xmin,Y轴方向的最大值Ymax和最小值Ymin;

根据单个小立方元建立空间直角坐标系O‑XYZ , X’轴、Y’轴、Z’轴分别与X轴、Y轴、Z轴平行;

以单个小立方元内点个数为基准,判定其相适应的拟合方法并逐个拟合曲面,设某一点的法向量为 ,计算所述法向量 与所述X轴、Y轴、Z轴及各自反方向的夹角δ的最小值,此时与对应的坐标轴垂直的平面作为积分的起算面,对应的所述法向量方向作为积分方向;

对所述小立方元内曲面下的区域进行双重积分求得所测量工件的体积。

6.基于权利要求1‑5任一项所述测量方法的工件不规则体尺寸的测量设备,其特征在于,包括:

扫描装置,为三个或多个多关节三维激光扫描仪;

一个或多个处理器;

存储装置,用于存储一个或多个程序;

当三个或多个所述多关节三维激光扫描仪获取工件的点云数据后,所述一个或多个程序被一个或多个处理器执行,使得一个或多个处理器实施如权利要求1‑5任一权项所述的测量方法。