[发明专利]基于加权正负余量方差最小化算法的工件光学测量方法

权利要求书

1.一种基于加权正负余量方差最小化算法的工件光学测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、由光学扫描仪扫描工件，获取工件的测量点云P，通过三维软件离散CAD模型获得点云并计算法向量，得到带有法向量的CAD模型点云Q_n，设置初始转换参数；

步骤2、由Kdtree搜索算法获得测量点云P在Q_n中的最近点及最近点处的法向量；根据测量点云和CAD模型点云的位置关系将测量点云P划分为正余量测点集合P₁{p₁，p₂，p₃.....p_i}和负余量测点集合P₂{p₁，p₂，p₃.....p_l}，i和l均为正整数的顺序角标；

步骤3、定义正余量测点p_i和负余量测点p_l的权重系数函数，并计算单步转换后的加权正负均值；

步骤4、由步骤3定义的权重系数函数和加权正负均值定义加权正负偏差距离，由定义的加权正负偏差距离生成WPMAVM算法的目标函数；

步骤5、应用目标函数求解转换矩阵，并将转换矩阵应用于测量点云和转换参数的更新，重复步骤2-步骤5直到步骤1中转换参数满足收敛条件；

步骤6、定义当测量点云存在负余量点云和异常余量点云时的误差评价函数；

步骤7、将转换后的测量点云与标准CAD点云比对并生成色谱图，完成工件测量；

步骤3中，定义正余量测点和负余量测点的权重系数函数具体步骤如下：

正余量点云权重系数w_i的计算公式如下：

其中为当前位置的正余量测点p_i到最近点q_j所在切平面之间的距离；为当前位置的正余量测点p_i到最近点q_j所在切平面加权距离正均值；m为满足的测点总数，i∈[1，m]；k∈[0，+∞]为自适应调整因子，根据具体情况调整；

负余量点云权重w_l的计算公式如下：

其中为当前位置的负余量测点p_l到最近点q_j所在切平面之间的距离；为当前位置的负余量测点p_l到最近点q_j所在切平面加权距离负均值；n为满足的测点总数，l∈[1，n]；k∈[0，+∞]为自适应调整因子，根据具体情况调整；

步骤3中，计算单步转换后的加权正负均值具体方法如下：

单步转换后的正余量测点到最近点q_j所在切平面加权距离正均值如下：

其中d_iTDM表示单步转换后的正余量测点到最近点q_j所在切平面距离，计算公式如下：

其中p_i+表示单步转换后的正余量测点，δ＝[δx δy δz]^T表示单步转换的微分旋转，δx、δy、δz分别表示测点(x，y，z)沿坐标系X、Y、Z轴的微分旋转运动量，t＝[Δx Δy Δz]^T表示单步转换的微分平移，Δx、Δy、Δz分别表示测点(x，y，z)沿坐标系X、Y、Z轴的微分平移运动量；

同理单步转换后的负余量测点到相应最近点q_j所在切平面加权距离负均值如下：

其中d_lTDM表示单步转换后的负余量测点到最近点q_j所在切平面距离，计算公式如下：

其中p_l+表示单步转换后的负余量测点；

步骤4中，定义加权正负偏差距离并由定义的加权正负偏差距离生成WPMAVM算法目标函数的具体步骤如下：

当正余量测点p_i与CAD模型点云中的最近点q_j及q_j处法向量n_j满足时，定义加权正偏差距离如下式：

当负余量测点p_l与CAD模型点云中的最近点q_j及q_j处法向量n_j满足时，定义加权负偏差距离如下式：

由上述定义的加权正偏差距离和加权负偏差距离建立目标函数如下：