【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于图像处理，涉及回转体零件内部形位误差测量方法。
技术介绍
1、随着现代制造技术的不断发展，机械零件的结构越来越复杂，传统的测量技术已无法满足精密零件高精度测量的需求。为解决这一问题，出现了众多新兴测量技术，如机器视觉测量技术和激光扫描测量技术等。其中，工业计算机层析成像(industrial computedtomography，ict)技术凭借其无损检测封闭腔体内部形貌的能力，成为最佳无损测量手段之一，其在精密零件尺寸测量领域中扮演着不可或缺的角色。随着精密零件在高端制造领域重要性的日益突显，实现其高精度测量成为各类精密仪器设备制造的基础，并成为各行各业努力追求的目标。据此，研究基于工业ct技术的精密零件高精度测量方法极为必要。
2、回转体零件是一类常见的机械零件，它们通常具有复杂的结构，例如齿轮、轴承和传动装置等。回转体零件广泛应用于各行各业，例如汽车制造、航空航天、机械制造等领域。由于该类零件复杂的结构以及特殊工作环境，如高速旋转、高温和高压等条件，通常要求其具有高精度和良好的动态性能，以确保稳定性，因此对回转体零件的误差检测对保证回转体零件的性能意义重大。然而，由于这类零件结构复杂，传统的测量方法往往无法全面准确地获取其各个部件的尺寸和位置信息，特别地，对于封闭腔体或隐蔽表面更难通过传统测量方法实现准确测量。
3、点云分割是点云数据处理的一个重要步骤，其将点云根据物体表面的几何特征、空间结构、表面特征等属性进行分块。区域生长(region growing，rg)是经典的点云分割方法，
4、对于几何模型的重建，一般通过最小二乘法或随机采样一致性法进行重建。随机采样一致性方法(random sample consensus,ransac)重建几何模型鲁棒性和效率都较高，但求解过程存在随机性问题，在精度较高的场景需要谨慎使用。最小二乘法是经典的方法，通过先验知识得到相应模型，然后根据观测数据和未知参数之间的线性关系，进行迭代求解，迭代完成后得到的解即为模型参数。对于复杂模型的拟合，最小二乘法常常会陷入局部最小值，因此需要合适的迭代初值，以保证迭代可以稳定收敛到全局最小值。
5、综上所述，对于回转体零件的测量难点主要在于点云分割中过度曲面的特征不确定性和表面重建初值的准确性。因此，本专利技术在点云分割层面，引入轴线计算与罗德里格公式，优化传统区域生长方法，实现对回转体点云的精确分割；在表面重建层面，对回转体常见表面如圆柱、圆锥体，在设定合理目标函数后，采用线性最小二乘法求解精确的迭代初值，接着采用非线性最小二乘法levenberg-marquart(l-m)迭代求解精确参数；最后，定义形位误差在三维点云中的表现形式，求解点云的形位误差。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供回转体零件内部形位误差测量方法，以满足回转体零件设计符合性检测需求。
2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、回转体零件内部形位误差测量方法，该方法包括以下步骤：
4、s1：输入三维点云模型，计算点云的法向量；
5、s2：根据回转体点云的几何特性提取同纬点集；
6、s3：由同纬点集进行平面拟合，得到回转体轴线的初始值；
7、s4：根据回转体点云上的法向量到轴线的异面距离构建目标函数，将轴线初值带入，由非线性最小二乘求解得到轴线参数精确值；
8、s5：采用罗德里格公式将邻域点云法向量旋转至种子点，并根据邻域点法向量与种子点法向量夹角和邻域点曲率分割点云；
9、s6：根据圆柱体和圆锥体的几何尺寸关系，由最小二乘法求解得到几何模型的参数初值；
10、s7：设定圆柱体和圆锥体目标函数，带入s6得到的几何模型初值，由非线性最小二乘求解得到几何模型的精确参数；
11、s8：根据形位误差的定义，计算圆柱度、同轴度和垂直度；
12、所述s2中，回转体的特性为点云上同纬度的不同两点，其到相应的两法向量交点距离相等。
13、进一步，所述s5中，三维点云中罗德里格公式为：
14、
15、其中，向量vs为目标向量，其实种子点ps与其在轴线向量上的投影点ps′，两点所组成的向量，邻域点集中任一点为旋转向量为与自身在轴线上的投影点组成的法向量，θ为vs与逆时针方向上的夹角。
16、进一步，所述s6中，圆柱体所需求解参数为轴线参数，分别为轴线上任一点以及方向向量半径r。
17、进一步，所述s6中，圆柱体的几何尺寸关系为：圆柱点云上，始终存在任一点的法向量垂直于轴线方向向量建立几何距离表达式求解初值
18、
19、进一步，所述s6中，圆柱体的几何尺寸关系为：将点云等分为点数为q的两个点云簇，两点云簇上任一点分别为pj以及pk，对应法向量为nj、nk，则向量在nj、nk上的投影长度相等，建立几何距离表达式求解轴线上一点
20、
21、进一步，所述s6中，圆柱体的几何尺寸关系为：圆柱半径r即到轴线距离。
22、进一步，所述s6中，圆锥体所需求解参数为轴线参数，分别为轴线上任一点以及方向向量半顶角α。
23、进一步，所述s6中，圆锥体的几何尺寸关系为：圆锥面上，始终存在任一点的法向量垂直于与圆锥顶点组成的向量m，建立几何距离表达式求解
24、
25、进一步，所述s6中，圆锥体的几何尺寸关系为：计算p0b与点云上各点的距离，根据距离将原点云分为多个点云簇，提取其中距离最远的点云簇，以该点云簇拟合平面，求解法向量即圆锥的轴线方向向量
26、进一步，所述s6中，圆柱体的几何尺寸关系为：圆锥体的几何尺寸关系为：α即为m与的夹角。
27、本专利技术的有益效果在于：
28、本专利技术通过求解回转体轴线，并将罗德里格公式应用于三维点云，优化了区域生长方法，实现对回转体点云的准确分割，有效提高了测量精度；然后，在表面重建时对圆柱、圆锥参数初值采用更稳定的l-m拟合求解方法，不同于ransac方法，l-m方法可有效防止算法出现随机性情况，也避免了最本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.回转体零件内部形位误差测量方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的回转体零件内部形位误差测量方法，其特征在于：所述S5中，三维点云中罗德里格公式为：
3.根据权利要求1所述的回转体零件内部形位误差测量方法，其特征在于：所述S6中，圆柱体所需求解参数为轴线参数，分别为轴线上任一点以及方向向量半径r。
4.根据权利要求1所述的回转体零件内部形位误差测量方法，其特征在于：所述S6中，圆柱体的几何尺寸关系为：圆柱点云上，始终存在任一点的法向量垂直于轴线方向向量建立几何距离表达式求解初值
5.根据权利要求1所述的回转体零件内部形位误差测量方法，其特征在于：所述S6中，圆柱体的几何尺寸关系为：将点云等分为点数为q的两个点云簇，两点云簇上任一点分别为pj以及pk，对应法向量为nj、nk，则向量在nj、nk上的投影长度相等，建立几何距离表达式求解轴线上一点
6.根据权利要求1所述的回转体零件内部形位误差测量方法，其特征在于：所述S6中，圆柱体的几何尺寸关系为：圆柱半径r即到轴线距离。
7.根据权利
8.根据权利要求1所述的回转体零件内部形位误差测量方法，其特征在于：所述S6中，圆锥体的几何尺寸关系为：圆锥面上，始终存在任一点的法向量垂直于与圆锥顶点组成的向量m，建立几何距离表达式求解
9.根据权利要求1所述的回转体零件内部形位误差测量方法，其特征在于：所述S6中，圆锥体的几何尺寸关系为：计算与点云上各点的距离，根据距离将原点云分为多个点云簇，提取其中距离最远的点云簇，以该点云簇拟合平面，求解法向量即圆锥的轴线方向向量
10.根据权利要求1所述的回转体零件内部形位误差测量方法，其特征在于：所述S6中，圆柱体的几何尺寸关系为：圆锥体的几何尺寸关系为：α即为m与的夹角。
...【技术特征摘要】
1.回转体零件内部形位误差测量方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的回转体零件内部形位误差测量方法，其特征在于：所述s5中，三维点云中罗德里格公式为：
3.根据权利要求1所述的回转体零件内部形位误差测量方法，其特征在于：所述s6中，圆柱体所需求解参数为轴线参数，分别为轴线上任一点以及方向向量半径r。
4.根据权利要求1所述的回转体零件内部形位误差测量方法，其特征在于：所述s6中，圆柱体的几何尺寸关系为：圆柱点云上，始终存在任一点的法向量垂直于轴线方向向量建立几何距离表达式求解初值
5.根据权利要求1所述的回转体零件内部形位误差测量方法，其特征在于：所述s6中，圆柱体的几何尺寸关系为：将点云等分为点数为q的两个点云簇，两点云簇上任一点分别为pj以及pk，对应法向量为nj、nk，则向量在nj、nk上的投影长度相等，建立几何距离表达式求解轴线上一点
6.根据权利要求1所述的回转体零件...
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