一种基于三维点云的精密球形偶件选配和间隙测量方法技术

本发明专利技术涉及一种基于三维点云的精密球形偶件选配和间隙测量方法，本发明专利技术对半球和球碗零件进行三维点云重构，能够使点云保持原始数据，并且能够保留点云表面的细微特征，拟合结果更趋近于零件的真实形貌。本发明专利技术对半球和球碗零件进行三维点云重构，生成误差实体模型，通过分析误差实体模型的表面形貌，可以确定零件表面形貌的变化范围以及提取表面上的极大误差点，根据误差点位于测量坐标系的位置指导实体零件的修配。本发明专利技术根据点云特征参数的位置关系要求，确定半球和球碗零件的静态对准原则，完成虚拟装配，进行模拟实际工作状态的动态测量，实现精密球形偶件真实工作间隙的测量与3D显示，相比于传统的人工试装，提高了装配效率和装配精度。

A Precise Spherical Couple Matching and Gap Measurement Method Based on Three-dimensional Point Cloud

The invention relates to a precise spherical couple matching and gap measurement method based on three-dimensional point cloud. The method reconstructs three-dimensional point cloud of hemisphere and spherical bowl parts, which can keep the original data of point cloud, retain the minute features of point cloud surface, and the fitting results are closer to the true shape of the parts. The method reconstructs three-dimensional point cloud of hemisphere and bowl parts and generates error entity model. By analyzing the surface morphology of error entity model, the variation range of the surface morphology of the parts and the maximum error points on the surface can be determined. According to the position of the error points in the measuring coordinate system, the repair of the entity parts can be guided. According to the position relationship requirement of point cloud characteristic parameters, the static alignment principle of hemisphere and bowl parts is determined, virtual assembly is completed, dynamic measurement of simulated actual working state is carried out, and real working clearance measurement and 3D display of precision spherical couples are realized. Compared with traditional manual assembly, assembly efficiency and assembly accuracy are improved.

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维点云的精密球形偶件选配和间隙测量方法
本专利技术涉及一种基于三维点云的精密球形偶件选配和间隙测量方法，属于测量领域。
技术介绍
半球、球碗是动压陀螺电机的核心零件，具有以下特点：加工精度、面形精度、表面粗糙度及装配精度要求高。现有球形偶件的几何精度检测和分析主要依靠高精度三坐标测试机、圆度仪、粗糙度仪等设备对半球和球碗零件局部区域的几何特征分别进行检测，检测项目多，检测效率低，测量周期较长，且具有一定的局限性，容易忽略存在较大误差的区域，不能覆盖偶件的整体几何特征；在进行工作间隙检测时仍采用实物零件试装实测，存在选配及间隙测量过程反复拆装次数多、效率低下等问题。三维点云是在同一空间参考系下通过测量仪器得到的表达空间分布和表面特征的海量点空间坐标的集合，通过三维点云技术能够获取零件的加工误差、表面形貌误差，具有测试精度高的优点。如何利用三维点云处理的方法，实现数字化的虚拟装配指导实际装配，是本领域亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于三维点云的精密球形偶件选配和间隙测量方法，通过对采集到的三维点云数据进行拟合、重构、匹配等工作，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三维点云的精密球形偶件选配方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)分别获取表征半球和球碗零件表面信息的三维点云数据；(2)对半球和球碗零件的点云数据分别进行拟合求解，计算半球和球碗零件的球心坐标及球径，剔除球径不满足要求的半球或球碗零件；(3)根据半球和球碗零件的球心坐标及球径，分别构造半球和球碗零件的标准模型；(4)对半球和球碗零件三维点云数据进行重构，获取重构后的半球零件的实体模型与半球零件的标准模型的偏差，球碗零件的实体模型与球碗零件的标准模型的偏差；剔除不满足偏差要求的半球或球碗零件；(5)对工作间隙满足要求的半球和球碗零件进行配对。

【技术特征摘要】
1.一种基于三维点云的精密球形偶件选配方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)分别获取表征半球和球碗零件表面信息的三维点云数据；(2)对半球和球碗零件的点云数据分别进行拟合求解，计算半球和球碗零件的球心坐标及球径，剔除球径不满足要求的半球或球碗零件；(3)根据半球和球碗零件的球心坐标及球径，分别构造半球和球碗零件的标准模型；(4)对半球和球碗零件三维点云数据进行重构，获取重构后的半球零件的实体模型与半球零件的标准模型的偏差，球碗零件的实体模型与球碗零件的标准模型的偏差；剔除不满足偏差要求的半球或球碗零件；(5)对工作间隙满足要求的半球和球碗零件进行配对。2.根据权利要求1所述的基于三维点云的精密球形偶件选配方法，其特征在于，获取表征半球和球碗零件表面信息的三维点云数据的具体方法为：采用多波长干涉式扫描测量系统对待测的半球或球碗零件进行360度扫描，获取表征半球和球碗零件表面信息的三维点云数据；三维点云数据包括七万～九万个数据点。3.根据权利要求1所述的基于三维点云的精密球形偶件选配方法，其特征在于，计算半球零件的球心坐标及球径的方法为：3.1计算半球零件第i个采样点的三维点云数据Pi(xi,yi,zi)的残差li：3.2计算残差li的平方和3.3求解过程参数a,b,c,f：3.4计算半球零件的三维点云球心坐标(A1,B1,C1)及直径r1：其中n为点云个数。4.根据权利要求1所述的基于三维点云的精密球形偶件选配方法，其特征在于，计算球碗零件的球心坐标及球径的方法为：4.1计算球碗零件第i个采样点的三维点云数据Pi(xi,yi,zi)的残差li：4.2计算残差li的平方和4.3求解过程参数a,b,c,f：4.4计算球碗零件的三维点云球心坐标(A2,B2,C2)及直径r2：其中n为点云个数。5.根据权利要求1所述的基于三维点云的精密球形偶件选配方法，其特征在于，采用Lawson算法的Delaunay三角剖分法对半球和球碗零件三维点云数据进行重构。6.根据权利要求1所述的基于三维点云的精密球形偶件选配方法，其特征在于，工作间隙d＝r2-r1，r2为球碗半径，r1为半球半径；工作间隙d在1～1.5μm范围内的半球和球碗为可配对半球和球碗。7.根据权利要求1所述的基于三维点云的精密球形偶件选配方法，其特征在于，步骤(2)中剔除不满足球径要求的的半球或球碗零件，进行返修；步骤(4)中剔除不满足偏差要求的半球或球碗零件，进行返修。8.一种基于三维点云的精密球形偶件间隙测量方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)分别获取表征半球和球碗零件表面信息的三维点云数据；(2)对半球和球碗零件的点云数据分别进行拟合求解，计算半球和球碗零件的球心坐标及球径，剔除球径不满足要求的半球或球碗零件；(3)根据半球和球碗零件的球心坐标及球径，分别构造半球和球碗零件的标准模型；(4)对半球和球碗零件三维点云数据进行重构，获取重构后的半球零件的实体模型与半球零件的标准模型的偏差，球碗零件的实体模型与球碗零件的标准模型的偏差；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王锐，杨文超，于永泽，惠宏超，张晓玲，胡权威，
申请(专利权)人：北京航天控制仪器研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11