[发明专利]一种基于逆向工程的球压试验压痕尺寸测量方法

权利要求书

1.一种基于逆向工程的球压试验压痕尺寸测量方法，其特点在于，包括：

步骤1，使用三维激光扫描设备扫描压痕样品表面，获取压痕样品表面的三维点云数据；

步骤2，对点云数据进行预处理，包括：建立点云数据拓扑关系；降低点云噪声；精简点云数据；

步骤3，用基于三角网格参数化的B样条曲面拟合方法重建压痕曲面，包括：

3.1)三角网格化离散点云数据，形成一张三角网格曲面；

3.2)对三角网格进行光顺处理，匀化三角片，避免狭长的三角片影响曲面重建；

3.3)采用三角网格参数化方法得到三角控制网格；

3.4)将三角控制网格重新参数化得到四边形控制网格；

3.5)对四边形控制网格进行B样条曲面拟合，重建压痕曲面；

步骤4，剖切压痕曲面，获取压痕特征曲线，包括：

4.1)使用与非压痕区域所在平面平行的平面横向切割压样品，得到压痕横向剖面；

4.2)获取压痕横向剖面的边缘点坐标，通过Hough圆变换，确定压痕横向剖面的圆心坐标，过压痕横向剖面圆心作与横向剖面垂直的直线，得到压痕中心线；

4.3)过压痕中心线作切割平面纵向剖切压痕样品，得到压痕的纵向剖面，获取压痕特征曲线L₁；

4.4)以压痕中心线为轴将纵向切割平面分别顺时针旋转120°及240°纵向剖切压痕样品，获取纵向切割平面旋转120°及240°对应的特征曲线L₂、L₃；

步骤5，测量压痕直径，包括：

5.1)确定压痕特征曲线L₁的中心，该中心为特征曲线L1与压痕中心线的交点，并通过Hough圆变换计算压球中心位置；

5.2)计算压痕特征曲线上各点至压球中心的距离，根据距离的变化情况准确识别真实压痕区与过渡压痕区的分界点；

5.3)计算真实压痕曲线与过渡压痕曲线分界点之间的直线距离，得到压痕直径的一个测量值d₁；

5.4)根据步骤4.4)获取的特征曲线L₂、L₃，分别得到纵向切割平面旋转120°对应的压痕直径的测量值d2及旋转240°对应的压痕直径的测量值d3，最后取压痕直径测量值的平均值d＝(d₁+d₂+d₃)/3作为测量结果。

2.如权利要求1所述的基于逆向工程的球压试验压痕尺寸测量方法，其特征在于，步骤2中所述建立点云数据拓扑关系的方法为：采用基于点云数据空间划分的K邻域搜索方法。

3.如权利要求1所述的基于逆向工程的球压试验压痕尺寸测量方法，其特征在于，步骤2中所述降低点云噪声的方法为：根据所建立的K邻域拓扑关系，使用中值滤波算法对点云进行降噪处理。

4.如权利要求1所述的基于逆向工程的球压试验压痕尺寸测量方法，其特征在于，步骤2中所述精简点云数据采用基于曲率的精简算法精简点云数据，包括：

a)拟合每个点的K邻域的最小二乘切平面计算各点的法向量；

b)调整全局法向量，使所有的法向量均指向待重建曲面的同一侧；

c)以法向量方向为局部坐标系z方向，通过最小二乘法，将每个点Xi的K邻域拟合一张抛物面，并用抛物面在该点处的曲率作为该点曲率的估算结果；

d)根据每个点的曲率及点云数据的平均曲率精简点云数据。

5.如权利要求1所述的基于逆向工程的球压试验压痕尺寸测量方法，其特征在于，步骤3.2)中对点云数据的三角网格进行光顺处理采用基于拉普拉斯变换的光顺算法。

6.如权利要求1所述的基于逆向工程的球压试验压痕尺寸测量方法，其特征在于，步骤3.3)中所述采用三角网格参数化方法得到三角控制网格，包括：

采用基于变形能量优化的三角网格参数化方法，将三角网格中的每条边均当作一个弹簧，先将三角网格的边界映射到预先定义好的多边形上，然后通过最小化三角网格的弹性势能来参数化内部空间点，得到三角控制网格。