一种端框钻模的数字化计量方法技术

本发明专利技术公开了一种端框钻模的数字化计量方法。其包括以下步骤：基于端框钻模的设计模型提取虚拟点云数据，并对虚拟点云数据进行点云处理构建数字化标准钻模；基于端框钻模实体获取实测点云数据，并对实测点云数据进行点云处理构建虚拟模型；基于步骤S1获取的数字化标准钻模和步骤S2的虚拟模型进行相应模型处理，并对二者模型进行尺寸参数计算，点云偏差分析，并输出检测结果报告，实现端框钻模的数字化计量。本发明专利技术创造性提出了一种新型的计量方法，有限解决传统量值传递加工成本高，传递路线长，检定过程耗时耗力等弊端。本发明专利技术可以快速高效获取钻模所需检测的参数，输出钻模质量检测结果，完成计量检定过程。完成计量检定过程。完成计量检定过程。

【技术实现步骤摘要】
一种端框钻模的数字化计量方法


[0001]本专利技术涉及计量检定领域，具体的展示了一种端框钻模的数字化计量方法。

技术介绍

[0002]宇航用端框钻模是用来引导火箭导弹等舱体对接的夹具，根据端框钻模量值传递的需要，分别设计并制造计量过程中的标准钻模、协调钻模和工作钻模。
[0003]目前宇航端框钻模的量值传递采用的是实物标准逐级传递的方式。从能复现装配单位的产品要求开始，通过标准钻模、协调钻模逐级传递，最后传递给工作钻模。根据目前端框钻模的传递流程以及钻模本身的特点，发现传统的计量保障模式的矛盾愈发突出，存在的问题主要表现在：检定器具繁多，实用性不强；各类标准器数量繁多，结构复杂，在传递到工作器具时，传递路线长，累积误差大，造成精度损失较大，追溯检查误差来源也存在困难；现有标准器种类繁多，加工成本高，对于通用的标准器建立了相应的量传和溯源体系，但是对于大量的专用标准器，缺乏有效的量传体系。而要建立全面的量传体系，工作量巨大费时。
[0004]现有端框钻模传统的量值传递方式不适于如今的工业生产发展，所以急需建立一种新型的数字化量值传递方法来满足端框钻模计量工作的需要，以适于航空航天领域的计量保障。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种端框钻模的数字化计量方法。所述方法包括如下步骤：
[0006]S1：基于端框钻模的设计模型提取虚拟点云数据，并对虚拟点云数据进行点云处理构建数字化标准钻模；
[0007]S2：基于端框钻模实体获取实测点云数据，并对实测点云数据进行点云处理构建虚拟模型；
[0008]S3：基于步骤S1获取的数字化标准钻模和步骤S2的虚拟模型进行相应模型处理，并对二者模型进行尺寸参数计算，点云偏差分析，并输出检测结果报告，实现端框钻模的数字化计量。
[0009]为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
[0010]上述步骤S1中的提取设计模型的虚拟点云数据，包括以下步骤：
[0011]S11：将设计模型生成以三角形面片或者多边形面片数据形式的STL、PLY或OBJ格式文件；
[0012]S12：基于S11步骤生成的文件，提取三角形面片或者多边形面片数据的顶点；
[0013]S13：基于S12步骤生成的点云数据，在各个点云之间进行迭代均匀增密；
[0014]S14：将三角面片顶点数据和迭代均匀增密数据保存，完成虚拟点云数据提取。
[0015]上述步骤S2中的点云数据处理，包括以下步骤：
[0016]S21：搜索与采样点P距离最近的k个近邻点，构建kd
‑
tree来划分空间中的点云数据，建立点云数据间拓扑几何关系；
[0017]S22：计算各点的单位法向量、高斯曲率、平均曲率、以及全局平均曲率；
[0018]S23：基于K近邻域统计分析方法去除点云数据中的离群点；
[0019]S24：基于双边滤波方法平滑点云数据中的小噪声点；
[0020]S25：基于体素化下采样方法对大量点云数据进行精简；
[0021]S26：基于Delaunay三角化方法对处理好的点云数据进行三维重建，获取数字化标准模型和虚拟模型。
[0022]上述步骤S3中的数字化标准钻模和虚拟模型处理，包括以下步骤：
[0023]S31：将数字化标准钻模和设计模型进行初始拟合对齐，然后进行最佳拟合对齐点，生成三维彩色点云偏差云图；
[0024]S32：对数字化标准钻模和进行内环特征提取，重复10次，获取内环半径参数。
[0025]S33：基于S1步骤的拟合对齐后，再进行3D比较，然后均匀随机设置6个比较点，获取各点点云偏差情况，输出数字化标准钻模质量检测报告。
[0026]S34：将虚拟模型和数字化标准钻模进行模型处理，重复上述步骤S31～S33，输出虚拟模型质量检测报告，完成端框钻模的数字化计量。
附图说明
[0027]图1是本专利技术方法的流程图。
[0028]图2是本专利技术设计模型提取点云数据的流程图。
[0029]图3是本专利技术设计模型提取点云数据的结果图。
[0030]图4是本专利技术点云去躁的流程图。
[0031]图5是本专利技术点云数据精简后的结果图。
[0032]图6是本专利技术点云数据曲面重构后的结果图。
[0033]图7是本专利技术数字化标准钻模和设计模型拟合对齐后结果图。
[0034]图8是本专利技术三维彩色点云偏差色谱图。
具体实施方式
[0035]下面结合附图和实施例对本专利技术的
技术实现思路
作进一步地说明。
[0036]参阅图1所示，本专利技术实施例提供了一种端框钻模的数字化计量方法，其具体包括以下实现步骤：
[0037]步骤一、基于端框钻模的设计模型提取虚拟点云数据，并对虚拟点云数据进行点云处理构建数字化标准钻模。本实施例中，参阅图2和图3所示，选择PCL(point cloud library)库来提取设计模型的虚拟点云数据，包括以下步骤：
[0038]1)利用PCL点云库的指针读取STL文件；
[0039]2)并将读取的模型数据传递给该指针；
[0040]3)用VTK(Visualization Toolkit)视觉库转换函数将多边形数据转换成三角网格数据；
[0041]4)然后根据需要的点云数量在每个三角网格中根据公式(1)～(3)进行迭代均匀
采样；
[0042]a
i
′
＝a
i
×
M1ꢀꢀꢀ
(1)
[0043]b
i
′
＝b
i
×
M2ꢀꢀꢀ
(2)
[0044][0045]式中，(a
i
,b
i
,c
i
)表示三角面片顶点中的任意一点，M1和M2表示为采样随机因子，M2＝1
‑
R2，rand()是随机数生成函数，生成数的范围是0～PCMAX
1,2
，PCMAX1、PCMAX2是随机产生一个不小于32767的整数。
[0046]5)将生成后的点云坐标保存为PCD格式的点云文件。
[0047]步骤二、基于端框钻模实体获取实测点云数据，并对实测点云数据进行点云处理构建虚拟模型；
[0048]1)选择K近邻域搜索，搜索与采样点距离最近的K个近邻点。其中，K值为15
‑
30之间较为适宜。
[0049]2)构建kd
‑
tree来建立离散点间的拓扑几何关系，其中，本实施例中所获取的点云数据皆是三维数据点，因此k＝3。
[0050]3)根据公式(6)～(9)计算各个采样点的单位法向量、高斯曲率、平均曲率、以及全局平均曲率。
[0051]假设曲面方程如公式(4)所示：
[0052]Z(x,y)＝ax2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种端框钻模的数字化计量方法，其特征在于，包括以下具体步骤：S1：基于端框钻模的设计模型提取虚拟点云数据，并对虚拟点云数据进行点云处理构建数字化标准钻模；S2：基于端框钻模实体获取实测点云数据，并对实测点云数据进行点云处理构建虚拟模型；S3：基于步骤S1获取的数字化标准钻模和步骤S2的虚拟模型进行相应模型处理，并对二者模型进行尺寸参数计算，点云偏差分析，并输出检测结果报告，实现端框钻模的数字化计量。2.根据权利要求1所述的一种端框钻模的数字化计量方法，其特征在于，所述的步骤S1中的提取设计模型的虚拟点云数据，包括以下步骤：S11：将设计模型生成以三角形面片或者多边形面片数据形式的STL、PLY或OBJ格式文件；S12：基于S11步骤生成的文件，提取三角形面片或者多边形面片数据的顶点；S13：基于S12步骤生成的点云数据，在各个点云之间根据公式(1)～(3)进行迭代均匀增密；a
i
′
＝a
i
×
M1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)b
i
′
＝b
i
×
M2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，(a
i
,b
i
,c
i
)表示三角面片顶点中的任意一点，M1和M2表示为采样随机因子，M2＝1
‑
R2，rand()是随机数...

【专利技术属性】
技术研发人员：禹静，刘爽，蔡晋辉，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：