[发明专利]一种基于三维点云的叶轮焊缝定位方法有效
申请号: | 202111018065.5 | 申请日: | 2021-08-31 |
公开(公告)号: | CN113793344B | 公开(公告)日: | 2023-09-29 |
发明(设计)人: | 朱志磊 | 申请(专利权)人: | 无锡砺成智能装备有限公司 |
主分类号: | G06T7/00 | 分类号: | G06T7/00;G06T7/70;G06T7/11;G06T5/20;G06T3/00;G06V10/762 |
代理公司: | 无锡路杨知识产权代理事务所(普通合伙) 32724 | 代理人: | 郭珊珊 |
地址: | 214000 江苏省无锡市*** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 基于 三维 叶轮 焊缝 定位 方法 | ||
1.一种基于三维点云的叶轮焊缝定位方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
S1、获取叶轮的三维点云数据,所述叶轮的三维点云数据包括立板叶片的点云数据和底板叶片的点云数据;
S2、通过区域生长分割算法将所述叶轮的三维点云进行分割,根据点云特点区分出立板叶片点云PCD_v和底板叶片点云PCD_b;
S3、提取靠近立板叶片的底板叶片上的点云PCD_bs,利用PCA算法解算所述点云PCD_bs的第一主向量PCA_vec1,根据所述第一主向量PCA_vec1确定最接近的xyz某一坐标轴的axis1坐标轴,由所述点云PCD_bs的第一主向量和所述axis1坐标轴单位向量通过轴角变换计算变换矩阵,将所述点云PCD_bs和所述点云PCD_v转换到新坐标系下,变换后的点云分别为点云PCD_bs_t和点云PCD_v_t,变换后的所述点云PCD_bs_t的第一主向量即为所述axis1坐标轴向量;求解所述点云PCD_bs_t的第二主向量,根据所述点云PCD_bs_t的第二主向量确定与所述第二主向量最接近的axis2坐标轴;
S4、沿所述axis1轴对所述点云PCD_bs_t进行等分,再沿所述axis2轴提取点集得到若干组分割点集,对所述若干组分割点集分别拟合平面并获取每组点集沿axis1轴方向的边界范围;
S5、将点云PCD_v_t距离所述每个拟合平面适当距离d3内的点集投影到对应的所述每个拟合平面上,得到投影点集PCD_v_t_p;
S6、将所述投影点集PCD_v_t_p通过所述步骤S3中计算的变换矩阵的逆矩阵转换到原坐标系下,为点集PCD_Contour,然后对点集PCD_Contour进行预处理,最后由最小二乘法拟合焊缝轨迹并均匀采样后即为最终焊缝点集;
所述步骤S3中,将所述点云PCD_bs和所述点云PCD_v转换到新坐标系下的方法,包括如下步骤:
计算所述点云PCD_bs的均值为PCD_bs_ave,则计算协方差为Cov(PCD_bs)=(PCD_bs-PCD_bs_ave)(PCD_bs-PCD_bs+ave)T,对协方差矩阵进行SVD分解,取最大特征值对应的特征向量即为第一主向量PCA_vec1,同时可得与所述第一主向量夹角最小的坐标轴单位向量为axis1_vec,计算两向量的夹角θ=arcos(PCA_vec1T*axis1_vec),求解两向量的叉乘向量N=cross(PCA_vec1,axis1_vec),由PCD_bs_ave、N和θ可计算变换矩阵为:
transVector=-rotationMatrix*PCD_bs_ave
对PCD_bs和PCD_v的齐次坐标左乘transMatrix转换到新坐标系下,变换后的两叶片点云分别为PCD_bs_t和PCD_v_t。
2.根据权利要求1所述的基于三维点云的叶轮焊缝定位方法,其特征在于:所述步骤S2中通过区域生长分割算法将叶轮的三维点云进行分割的具体方法包括:
(a)、从剩余点集列表A中选择曲率值最小的点作为种子点Pmin,将所述种子点Pmin加入种子列表Sc;对所述种子列表Sc中每个点依次处理,利用临近点查找方法Ω(Sc)查找所述每个种子点Pmin在r范围内的临近点集Bc;对于每个所述临近点集Bc中的点判断是否在所述剩余点集列表A中,若在所述剩余点集列表A中,计算既在剩余点集列表A中又在临近点集Bc中的点的法线与所述种子点Pmin法线夹角,将夹角小于角度阈值θth的临近点集Bc中的点加入到聚类Rc中,同时从所述剩余点集列表A中剔除所述临近点Bc中的点;再判断所述临近点Bc中的点的曲率值,将曲率小于阈值Cth的临近点集Bc中的点加入到种子列表Sc中;依次判断每个种子点的临近点集,直至种子列表Sc为空,将聚类Rc加入到聚类列表R中;
(b)、清空种子列表Sc和聚类Rc,再从所述剩余点集列表A中重新选择曲率值最小的点作为种子点,重复步骤(a),直至剩余点集列表A为空;
最终的聚类列表R即为算法的分割结果,提取数量最多的两个聚类即为立板叶片点云和底板叶片点云。
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