一种用于筒状结构件内部三维重建的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于筒状结构件内部三维重建的系统及方法，属于三维重建技术领域，其中，该系统包括：两侧支撑座、两轴平台和二维激光雷达，其中，两侧支撑座分别设置在待重建筒状结构件的轴向两侧；两轴平台包括直线平台和旋转平台，其中，直线平台的导轨两侧分别固定在两侧支撑座上，旋转平台固定直线平台上，随直线平台沿待重建筒状结构件的轴向运动；二维激光雷达固定在旋转平台上，以绕待重建筒状结构件的轴线做轴线旋转运动或沿待重建筒状结构件的轴向移动。该系统采用直线导轨贯穿筒状结构件的方式，有效解决了由于筒状结构件纵深长开口小带来的内部点云难以采集的问题，可以满足筒状结构件内部三维重建的需求。以满足筒状结构件内部三维重建的需求。以满足筒状结构件内部三维重建的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种用于筒状结构件内部三维重建的系统及方法


[0001]本专利技术涉及三维重建
，特别涉及一种用于筒状结构件内部三维重建的系统及其方法。

技术介绍

[0002]三维重建是对三维物体建立适合计算机表示和处理的数学模型，是在计算机环境下对其进行处理、操作和分析其性质的基础，也是在计算机中建立表达客观世界的虚拟现实的关键技术。常见的三维重建方式是利用相机或激光雷达获取对象的深度信息，建立对象点云。
[0003]筒状结构是工业生产及工程中一种常见的结构形式，如管道、隧道、航天舱以及列车车厢等。无论是管道内部的缺陷检测、隧道的变形监测，还是航天舱内仪器的高精度装配，都需要获取筒状结构件内部三维模型。但由于筒状普遍存在纵深长开口小的结构件特点，其内部点云难以获取。因此亟需开发一种适用筒状结构件内部三维重建的系统及方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种用于筒状结构件内部三维重建的系统及方法，以用于解决现有的三维重建方法无法满足筒状结构件内部三维重建需求的技术问题。
[0005]本专利技术一方面实施例提出了一种用于筒状结构件内部三维重建的系统，包括：
[0006]两侧支撑座、两轴平台和二维激光雷达，其中，
[0007]所述两侧支撑座分别设置在待重建筒状结构件的轴向两侧；
[0008]所述两轴平台包括直线平台和旋转平台，其中，所述直线平台的导轨两侧分别固定在所述两侧支撑座上，所述旋转平台固定所述直线平台上，随所述直线平台沿所述待重建筒状结构件的轴向运动；/>[0009]所述二维激光雷达固定在所述旋转平台上，以绕所述待重建筒状结构件的轴线做轴线旋转运动或沿所述待重建筒状结构件的轴向移动。
[0010]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，还包括：电机、直线导轨、丝杠螺母、轴承、轴承座和齿轮组，
[0011]所述电机安装在所述直线平台的上方；
[0012]所述直线导轨设置在所述直线平台的下方；
[0013]所述丝杠螺母固定在所述直线平台的底部，一端通过联轴器与所述电机的输出轴相连，另一端固定在所述轴承座上；
[0014]所述齿轮组包括内齿轮和外齿轮，所述内齿轮通过联轴器与所述电机的输出轴相连，所述外齿轮固定在所述轴承的外圈上，所述轴承的内圈与所述直线平台固连。
[0015]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述直线平台选择所述丝杠螺母传动，所述电机带动所述丝杠螺母移动，所述丝杠螺母带动所述直线平台在所述直线导轨上沿所述待重建筒状结构件的轴向移动，其中，所述直线导轨上分布滑块，以限制所述直线平台沿其直
线导轨运动。
[0016]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述旋转平台选择齿轮传动，所述旋转平台固定在所述轴承的外圈上，所述轴承的外圈与所述内齿轮连接，所述电机与所述外齿轮连接，两齿轮相互啮合，以带动所述轴承的外圈及所述旋转平台绕所述待重建筒状结构件的轴线旋转。
[0017]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述直线平台的导轨长度比所述待重建筒状结构件长，通过调整所述两侧支撑座的高度和位置使导轨在所述待重建筒状结构件的中轴线处。
[0018]本专利技术另一方面实施例提出了一种用于筒状结构件内部三维重建的方法，包括以下步骤：
[0019]步骤S1，根据所述二维激光雷达的扫描范围和所述待重建筒状结构件的半径计算单个扫描区长度，并根据所述单个扫描区长度将所述待重建筒状结构件划分为若干个扫描区，并确定每个扫描区对应所述二维激光雷达的驻足点位置；
[0020]步骤S2，依次控制所述二维激光雷达移动到每个驻足点位置处进行扫描，获取多个点云数据，并记录所述二维激光雷达的实际位置；
[0021]步骤S3，将所述多个点云数据从驻足点坐标系转换至全局坐标系中，并合并所有转换后的点云数据，得到的初始筒状结构件内部点云；
[0022]步骤S4，对所述初始筒状结构件内部点云进行滤波、下采样和泊松重建处理，得到最终筒状结构件内部点云。
[0023]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述步骤S1中单个扫描区长度的计算公式为：
[0024]L＝2R
·
tan(θ/2)
[0025]其中，L为扫描区长度，R为待重建筒状结构件的半径，θ为二维激光雷达的扫描范围。
[0026]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，相邻扫描区必须有充足的重叠部分。
[0027]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述步骤S2中在获得多个点云数据后，需要根据所述二维激光雷达对应旋转角度进行校正，所述校正的方法为根据所述二维激光雷达的旋转角度以及旋转半径计算转换矩阵，利用所述转换矩阵将点云坐标转换到所述驻足点坐标系中。
[0028]进一步地，在本专利技术的一个实施例中，通过所述电机控制所述二维激光雷达沿所述待重建筒状结构件的中轴线移动，依次到达各驻足点，读取所述电机的编码器数据换算得出所述二维激光雷达的实际位置。
[0029]本专利技术的技术方案，至少实现了如下有益的技术效果：
[0030](1)采用直线导轨贯穿筒状结构件的方式，有效解决了由于筒状结构件纵深长开口小带来的内部点云难以采集的问题；
[0031](2)直线平台和旋转平台配备携带高精度编码器的电机，能够准确获取各扫描区点云与全局坐标系的转换矩阵，采用转换矩阵拼接多个点云的方式比使用特征匹配的方式效率更高、失误率更低；
[0032](3)无需在测量现场放置靶球和靶标实现筒状结构件内部点云自动拼接，降低了
数据采集的工作量，为无人化数据采集提供了关键的技术支持。
[0033]本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0034]本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0035]图1为根据本专利技术一个实施例的用于筒状结构件内部三维重建的系统的结构示意图；
[0036]图2为根据本专利技术一个实施例的二维平台结构示意图；
[0037]图3为根据本专利技术一个实施例的用于筒状结构件内部三维重建的方法的流程图；
[0038]图4为根据本专利技术一个实施例的扫描区划分示意图。
[0039]附图标记说明：
[0040]100
‑
用于筒状结构件内部三维重建的系统、1和5
‑
两侧支撑座、2
‑
两轴平台、2
‑1‑
直线平台、2
‑2‑
旋转平台、2
‑3‑
电机、2
‑4‑
直线导轨、2
‑5‑
丝杠螺母、2
‑6‑
齿轮组、2
‑6‑1‑
内齿轮、2
‑6‑2‑
外齿轮、2
‑7‑
轴承的内圈、2
‑8‑
轴承的外圈、2
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于筒状结构件内部三维重建的系统，其特征在于，包括：两侧支撑座、两轴平台和二维激光雷达，其中，所述两侧支撑座分别设置在待重建筒状结构件的轴向两侧；所述两轴平台包括直线平台和旋转平台，其中，所述直线平台的导轨两侧分别固定在所述两侧支撑座上，所述旋转平台固定所述直线平台上，随所述直线平台沿所述待重建筒状结构件的轴向运动；所述二维激光雷达固定在所述旋转平台上，以绕所述待重建筒状结构件的轴线做轴线旋转运动或沿所述待重建筒状结构件的轴向移动。2.根据权利要求1所述的用于筒状结构件内部三维重建的系统，其特征在于，还包括：电机、直线导轨、丝杠螺母、轴承、轴承座和齿轮组，所述电机安装在所述直线平台的上方；所述直线导轨设置在所述直线平台的下方；所述丝杠螺母固定在所述直线平台的底部，一端通过联轴器与所述电机的输出轴相连，另一端固定在所述轴承座上；所述齿轮组包括内齿轮和外齿轮，所述内齿轮通过联轴器与所述电机的输出轴相连，所述外齿轮固定在所述轴承的外圈上，所述轴承的内圈与所述直线平台固连。3.根据权利要求2所述的用于筒状结构件内部三维重建的系统，其特征在于，所述直线平台选择所述丝杠螺母传动，所述电机带动所述丝杠螺母移动，所述丝杠螺母带动所述直线平台在所述直线导轨上沿所述待重建筒状结构件的轴向移动，其中，所述直线导轨上分布滑块，以限制所述直线平台沿其直线导轨运动。4.根据权利要求2所述的用于筒状结构件内部三维重建的系统，其特征在于，所述旋转平台选择齿轮传动，所述旋转平台固定在所述轴承的外圈上，所述轴承的外圈与所述内齿轮连接，所述电机与所述外齿轮连接，两齿轮相互啮合，以带动所述轴承的外圈及所述旋转平台绕所述待重建筒状结构件的轴线旋转。5.根据权利要求1所述的用于筒状结构件内部三维重建的系统，其特征在于，所述直线平台的导轨长度比所述待重建筒状结构件长，通过调整所述两侧支撑座的高度和位置使导轨在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘刚峰，孙宪超，傅浩，李长乐，张学贺，赵杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：