[发明专利]用于焊缝的3D模型重构方法

说明书

提供一种用于焊缝的3D模型重构方法，通过将多组二维扫描结果在焊枪坐标系下转成焊缝的三维点云数据，再根据扫描焊缝数据特点，提取空间平面模型，重新构建匹配焊接平面的空间数据集，解决因测量平面与焊接平面不一致造成的测量误差，从而获得精确的焊缝形貌特征，解决了传统方法无法真实反应焊缝具体变化特征的问题，提高焊缝模型精度和质量，精准定位焊缝的形貌特征和位置，从而提高焊接质量和精度。

技术领域

本发明属于焊缝建模技术领域，具体涉及一种用于焊缝的3D模型重构方法。

背景技术

在焊缝扫描过程中，常常采用直接使用在激光坐标系下的扫描结果，通过相对于焊枪尖的相对位置关系，计算出焊缝的位置；上述方式是将三维焊缝的信息映射在二维的扫描平面，当激光扫描平面和焊枪进行焊接的平面不平行时，则此结果会存在一个夹角偏离，导致计算结果不能真实反应出焊缝的具体变化特征，而且三维焊缝模型中时常产生孔洞或模型模糊细节消失的问题，无法精准定位焊缝位置，因此，针对上述问题，有必要进行改进。

发明内容

本发明解决的技术问题：提供一种用于焊缝的3D模型重构方法，通过将多组二维扫描结果在焊枪坐标系下转成焊缝的三维点云数据，再根据扫描焊缝数据特点，提取空间平面模型，重新构建匹配焊接平面的空间数据集，解决因测量平面与焊接平面不一致造成的测量误差，从而获得精确的焊缝形貌特征，解决了传统方法无法真实反应焊缝具体变化特征的问题，提高焊缝模型精度和质量，精准定位焊缝的形貌特征和位置，从而提高焊接质量和精度。

本发明采用的技术方案：用于焊缝的3D模型重构方法，包括以下步骤：

1)使用激光轮廓仪扫描焊缝，获取焊缝以及焊缝周围的轮廓数据信息；

2)根据采集的x轴和z轴的焊缝二维数据轮廓数据信息，再根据扫描速度构造的y轴数据，形成焊缝的三维点云数据；

3)对构建的焊缝三维点云数据，采用半径滤波剔除离群点；

4)采用移动最小二乘法对三维点云数据进行平滑处理后，建立无漏洞且光滑的曲面模型；

5)从三维点云数据中提取空间平面方程：在初始点云中随机选择三个点，计算其对应的平面方程Ax+By+Cz+D＝0，根据公式d_i＝|Ax_i+By_i+Cz_i+D|计算所有点与该平面方程的代数距离，选取阈值d_threshold，若d_i≤d_threshold，则该点被认为是模型内样本点，否则为模型外样本点，记录当前内点的个数，通过得到的平面方程，计算内点个数占总样本点个数的比例值，比例值最高的平面方程为最佳拟合参数，即最佳拟合参数为内点数量最多的平面对应的平面方程；接着计算每次迭代末尾误差率Δ，计算公式如下：

上式中，error_mean为所有非内点的点到内点对应的平面方程距离差的平均值，error_min为所有非内点的点到内点对应的平面方程的距离差中的最小值，error_max为所有非内点的点到内点对应的平面方程的距离差中的最大值；

再根据确定的内点个数N_inliers、三维空间内的总样本个数N，计算迭代结束评判因子δ，迭代结束评判因子δ的计算公式如下：

上式中，ω₀为设定的比例系数0.7，ω₁为设定的比例系数0.3，若迭代结束评判因子δ没有落在[0,1]的区间内，则在初始点云中随机重新选择三个点，并重复本步骤进行下一次的迭代；若迭代结束评判因子δ落在[0,1]的区间内，则停止迭代；迭代结束后，最佳模型参数就是提取的空间平面方程；