【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及零件生产检测，具体来说，涉及一种基于3d点云匹配的工业零件生产无损检测系统。
技术介绍
1、在全球经济激烈竞争的环境下，各类零件加工企业都在探索不同的方法来保证他们出厂产品的质量，其中对生产出来的零件进行形状与尺寸检测是零件产品质量保证的重要环节。目前，在零件加工需求密集且质量要求高的零件制造行业中，诸如飞机类的零件制造加工行业，零件检测全部依赖于三坐标量测仪，然而其操作复杂，不仅检测速度无法满足在线实时检测的要求，而且检测精度与操作人员的熟练程度有关。由此可见，随着工业部门对检测要求的进一步提高，以往的检测手段(三坐标测量机、经纬仪/全站仪工业测量系统等)难以满足要求，而这也就是视觉测量方法研究和发展的直接原因。视觉测量方法及系统的研究开发可以弥补当前检测方法的不足，进一步解决工业检测部门的实际问题。虽然视觉测量技术已经达到了实用阶段，多种产品已经投入使用，但是视觉测量技术尚处于发展阶段，因此自主研究相应的视觉测量方法，开发性能价格比高、操作方便的实用化系统是当前必要和迫切的要求。
2、三维点云(3d point cloud)是一种用于表示三维空间中对象或场景的数据结构。在最基础的形式中，它是一个包含多个三维坐标点(x,y,z)的集合。这些点是通过对实际物体或场景表面进行离散采样而获得的，因此，点云可以被视为场景表面在给定坐标系下的离散表示。
3、相比传统常规测量技术，基于三维点云(3d point cloud)的测量技术具有速度快、穿透性强、非接触、全数字、高精度、高密度等诸多优点。p>
4、在零件检测中，3d点云匹配技术的应用包括：
5、缺陷检测：通过比对实际点云与设计模型的点云，识别零件表面的缺陷或偏差。
6、质量控制：实时监控生产过程中的零件质量，减少次品率。
7、有助于提高生产效率和产品质量。
8、在缺陷检测中，3d点云匹配技术可以通过以下方式应用：
9、表面缺陷识别：对比点云数据与参考模型，检测如裂纹、凹坑或磨损等表面缺陷。
10、几何偏差检测：检测零件的几何尺寸与设计模型之间的偏差，识别制造中的误差。
11、但是，现有的3d点云匹配的工业零件生产无损检测系统存在有工作量较大，数据较多，无法实现有效且快速的计算处理，并且三维模型较大，直接处理较为复杂，不便于实现快速的计算分析处理，以及特征之间的匹配无法精准的的确定缺陷等问题。
12、针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
1、针对相关技术中的问题，本专利技术提出一种基于3d点云匹配的工业零件生产无损检测系统，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
2、为此，本专利技术采用的具体技术方案如下：
3、一种基于3d点云匹配的工业零件生产无损检测系统，包括传感器采集数据模块、数据信息预处理模块、数据切割处理模块、数据特征采集模块、零件基础模型、特征匹配处理模块、误差分析计算模块和质量分析报告模块：
4、所述传感器采集数据模块用于通过传感器对工业零件进行数据采集，即通过扫描设备对工业零件进行多次扫描，获取工业零件的三维点云数据；
5、所述数据信息预处理模块用于对传感器采集的三维点云数据进行预处理，其中，所述数据信息预处理模块中包括有对数据信息进行去噪声、数据对齐、点云裁剪以及点云配准，得到工业零件的三维模型；
6、所述数据切割处理模块用于对采集的三维模型进行切割处理，将工业零件的三维模型切割成若干个小模型部分；
7、所述数据特征采集模块用于对切割后的若干个小模型部分进行特征采集处理，获取每一个小模型部分的特征集；
8、所述零件基础模型用于将工业零件的制造模型参数进行录入，获取工业零件的基础数据信息和基础特征信息；
9、所述特征匹配处理模块用于根据工业零件的基础特征信息和采集的特征集中的信息进行匹配；
10、所述误差分析计算模块用于对匹配的基础特征信息和采集的特征集中的信息进行匹配误差计算，通过计算三维点云数据与基础模型之间的距离或几何误差，检测工业零件的表面缺陷和几何误差；
11、所述质量分析报告模块用于对误差分析的结果进行报告生成，得到工业零件的质量检测报告。
12、作为优选的实施例，所述传感器采集数据模块中使用的传感器包括有激光扫描仪、结构光扫描仪或者光学测量系统，所述激光扫描仪、所述结构光扫描仪或者所述光学测量系统对生产的工业零件进行扫描，获取详细的三维点云数据。
13、作为优选的实施例，所述点云配准中包括有初始配准和精细配准；
14、所述初始配准采用sift算法计算，且sift算法通过高斯模糊计算定位极值点，对多次扫描的三维点云数据进行初步对齐；
15、计算公式如下：
16、l(x,y,z)＝g(x,y,z)*i(n,m)；
17、其中，l(x,y,z)为计算确定的三维点云数据中的定位极值点，g(x,y,z)为高斯函数，i(n,m)为扫描时的光照强度。
18、作为优选的实施例，所述精细配准使用icp算法对三维点云数据进行精细配准，具体地：
19、设第一次扫描的三维点云数据的中点为ai，则第二次扫描的三维点云数据的中点为bi，在第二次扫描的三维点云数据中找到第一次扫描的三维点云数据中ai的最近点bi；
20、计算三维点云数据两次扫描的点之间的距离，公式表示为：
21、d(ai,bi)＝||ai-bi||。
22、作为优选的实施例，所述数据信息预处理模块中的去噪声采用的是体素网格滤波；
23、设定体素的大小v为2，整个点云空间会被划分为多个大小相同的体素单元；
24、从三维点云数据中随机选取一个数据点，设定数据点为(x，y，z)，根据数据点在体素内向下位取整数，并将获取的若干数据点进行均值聚合；
25、均值聚合表示为：
26、
27、其中，(x',y',z')是体素内数据点的代表点位置，(xn，yn，zn)是体素内第n个数据点的坐标，n是体素内数据点的总数；
28、根据计算得到的体素内数据点的代表点生成滤波后的三维点云数据。
29、作为优选的实施例，所述数据对齐对多次扫描的三维点云数据进行匹配，使得多次扫描的同一个三维点云数据的点之间能够相互匹配；
30、设第一次扫描的三维点云数据的点为ai＝(xi,yi,zi)，则第二次扫描的三维点云数据的点为bi＝(xj,yj,zj)；
31、通过计算三维点云数据对应的旋转矩阵r和位移向量t，使得变换后的第一次扫描的三维点云数据的点与第二次扫描的三维点云数据的点尽可能匹配；
32、则计算公式如下：
33、
34、其中，为两点之间的中点，通过中点实现对两点进行刚性变换，以本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于3D点云匹配的工业零件生产无损检测系统，其特征在于，包括传感器采集数据模块、数据信息预处理模块、数据切割处理模块、数据特征采集模块、零件基础模型、特征匹配处理模块、误差分析计算模块和质量分析报告模块：
2.根据权利要求1所述的一种基于3D点云匹配的工业零件生产无损检测系统，其特征在于，所述传感器采集数据模块中使用的传感器包括有激光扫描仪、结构光扫描仪或者光学测量系统，所述激光扫描仪、所述结构光扫描仪或者所述光学测量系统对生产的工业零件进行扫描，获取详细的三维点云数据。
3.根据权利要求1所述的一种基于3D点云匹配的工业零件生产无损检测系统，其特征在于，所述点云配准中包括有初始配准和精细配准；
4.根据权利要求3所述的一种基于3D点云匹配的工业零件生产无损检测系统，其特征在于，所述精细配准使用ICP算法对三维点云数据进行精细配准，具体地：
5.根据权利要求1所述的一种基于3D点云匹配的工业零件生产无损检测系统，其特征在于，所述数据信息预处理模块中的去噪声采用的是体素网格滤波；
6.根据权利要求1所述的一种基于3
7.根据权利要求1所述的一种基于3D点云匹配的工业零件生产无损检测系统，其特征在于，所述数据切割处理模块采用包围盒分割，包括：
8.根据权利要求6所述的一种基于3D点云匹配的工业零件生产无损检测系统，其特征在于，所述数据特征采集模块用于对切割后的三维模型中的特征进行采集，通过统计特征对三维模型的三维点云数据的分布和离散程度进行计算，包括：
9.根据权利要求1所述的一种基于3D点云匹配的工业零件生产无损检测系统，其特征在于，所述零件基础模型用于录入零件的生产数据信息，并且通过所述特征匹配处理模块将三维模型中特征与所述零件基础模型录入的基础特征信息进行匹配，且匹配的计算公式如下：
10.根据权利要求1所述的一种基于3D点云匹配的工业零件生产无损检测系统，其特征在于，所述误差分析计算模块的计算公式如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于3d点云匹配的工业零件生产无损检测系统，其特征在于，包括传感器采集数据模块、数据信息预处理模块、数据切割处理模块、数据特征采集模块、零件基础模型、特征匹配处理模块、误差分析计算模块和质量分析报告模块：
2.根据权利要求1所述的一种基于3d点云匹配的工业零件生产无损检测系统，其特征在于，所述传感器采集数据模块中使用的传感器包括有激光扫描仪、结构光扫描仪或者光学测量系统，所述激光扫描仪、所述结构光扫描仪或者所述光学测量系统对生产的工业零件进行扫描，获取详细的三维点云数据。
3.根据权利要求1所述的一种基于3d点云匹配的工业零件生产无损检测系统，其特征在于，所述点云配准中包括有初始配准和精细配准；
4.根据权利要求3所述的一种基于3d点云匹配的工业零件生产无损检测系统，其特征在于，所述精细配准使用icp算法对三维点云数据进行精细配准，具体地：
5.根据权利要求1所述的一种基于3d点云匹配的工业零件生产无损检测系统，其特征在于，所述数据信息预处理模块中的去噪声采用的是体素网格滤波；
【专利技术属性】
技术研发人员：吴成中，王耀南，张辉，冯明涛，朱青，李达，夏长峰，冷明，欧阳小军，熊永平，叶旺平，汪志成，
申请(专利权)人：江西省通讯终端产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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