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专利号: 201811358632X
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于点云模型的工件表面缺陷精确检测方法,其特征在于,包括如下步骤:S10、将待检测工件的标准CAD模型,离散为点云格式,提取正常特征并作为标准点云数据,将标准CAD模型,进行表面缺陷处理,离散为点云格式,提取错误特征并作为缺陷点云数据;

S20、利用3D扫描仪获取待检测工件的实际点云数据;

S30、构建支持向量机分类器,将步骤S10标准点云数据和缺陷点云数据作为训练数据集对分类器做训练;

S40、用步骤S30的训练后的分类器,对步骤S20获取的实际点云数据进行分类,确定其中的缺陷点云数据,根据缺陷点云数据识别缺陷的位置和形状;

S50、利用协方差矩阵3D测量法对步骤S40的缺陷进行三维尺寸精确计算。

2.根据权利要求1所述的一种基于点云模型的工件表面缺陷精确检测方法,其特征在于,所述步骤S10中的表面缺陷处理步骤如下:将待检测工件的CAD模型以可允许制造偏差为步长向两侧偏移,偏离距离为可允许制造偏差的m倍,m>1,且为整数;随后并离散为点云格式,使用Meshlab对数据精简处理,将偏移距离超过可允许制造偏差的离散数据,作为错误特征数据记为缺陷点云数据,并输出为文本格式,该文本格式为n行3列数据,每行代表数据的三维坐标,应用Matlab在文本格式中的每行末尾增添“-1”标签,以备训练使用;将剩余离散数据作为正常特征数据,记为标准点云数据,输出为文本格式,该文本格式为n行3列数据,每行代表数据的三维坐标,应用Matlab在文本格式中的每行末尾增添“+1”标签,以备训练使用。

3.根据权利要求2所述的一种基于点云模型的工件表面缺陷精确检测方法,其特征在于,所述可允许制造偏差为0.1mm。

4.根据权利要求1所述的一种基于点云模型的工件表面缺陷精确检测方法,其特征在于,步骤S20所述的实际点云数据的获取步骤如下:S21、利用3D扫描仪获取待检测工件表面的点云数据;

S22、利用扫描仪内置的数据处理模块对点云数据进行拼接和去噪;

S23、利用Meshlab软件对S22步骤中处理后的点云数据进一步精简,作为实际点云数据,并输出为n行3列的文本格式,以备检测。

5.根据权利要求1或4所述的一种基于点云模型的工件表面缺陷精确检测方法,其特征在于,所述的3D扫描仪,为武汉惟景三维科技有限公司的PowerScan-Pro 5M,测量精度

0.01mm,摄像头分辨率为2592×1944,扫面点间距0.077~0.154mm。

6.根据权利要求1所述的一种基于点云模型的工件表面缺陷精确检测方法,其特征在于,步骤S30所构建的支持向量机分类器为经典支持向量机分类器,其为二分类器。

7.根据权利要求6所述的一种基于点云模型的工件表面缺陷精确检测方法,其特征在于,在步骤S30中,利用python语言搭建二分类支持向量机分类器,选用径向基核函数,惩罚因子选用10,软化系数选用0.1。

8.根据权利要求1所述的一种基于点云模型的工件表面缺陷精确检测方法,其特征在于,步骤S50中的协方差矩阵3D测量法具体包括以下步骤:S51、将步骤S40识别出来的缺陷点云数据,利用其三维坐标,构建矩阵A;

S52、按照公式(1)计算矩阵A的协方差矩阵的特征值和特征向量,其中特征值和特征向量相互对应,按照特征值的大小对特征向量进行排列,最大的特征值对应的特征向量即为第一主特征向量;

式中,Σ为矩阵A的协方差矩阵,为特征向量,λ为特征值;

S53、以矩阵A的中心为原点,以特征向量为轴线,构建新的坐标系,其中,x轴对应第一主特征向量,y轴对应第二主特征向量,z轴对应第三主特征向量;将矩阵A按照公式(2)变换到新的坐标系下构成矩阵B:式中,E(x)、E(y)、E(z)分别为x、y和z坐标的中点,P是由特征向量构成的旋转矩阵;

S54、缺陷特征的尺寸可由公式(3)得到:

式中,xi,yi和zi分别为矩阵B中第一列、第二列和第三列的值,length、width和height分别为缺陷的三维尺寸。