專利名稱：基于多尺度網(wǎng)格頂點(diǎn)平均坡度的零件外形差異檢測(cè)方法
基于多尺度網(wǎng)格頂點(diǎn)平均坡度的零件外形差異檢測(cè)方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)圖形測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及不合格零件的形狀差異檢測(cè)，具體的說(shuō)是一種基于多尺度網(wǎng)格頂點(diǎn)平均坡度的零件外形組間差異檢測(cè)方法，可以用于兩組具有不同屬性的零件樣本的組間外形缺陷篩查或甄別等場(chǎng)合。
背景技術(shù)：
隨著科技的不斷發(fā)展和社會(huì)需求的提高，實(shí)際生產(chǎn)生活中對(duì)機(jī)械加工等行業(yè)的物體零件的精度要求越來(lái)越高，同時(shí)除了對(duì)簡(jiǎn)單的幾何尺寸的高精度要求外，對(duì)形狀的準(zhǔn)確性要求也日益迫切。這就要求在生產(chǎn)過(guò)程中，除了檢測(cè)零件的常規(guī)幾何尺寸，還需要對(duì)零件的形狀進(jìn)行差異檢測(cè)，從而對(duì)加工質(zhì)量或者加工工藝的水平做出衡量和判斷。但是當(dāng)物體形狀比較復(fù)雜或者不規(guī)則時(shí)，無(wú)法簡(jiǎn)單地用幾何參量，比如長(zhǎng)、寬、高來(lái)描述，復(fù)雜物體的形狀差異也無(wú)法用簡(jiǎn)單的幾何測(cè)量來(lái)表征和描述。
現(xiàn)有的三維零件形狀檢測(cè)方法，主要包括兩大類(I)接觸式測(cè)量，典型代表是坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)，這種測(cè)量方法存在很多的限制掃描速度受到機(jī)械運(yùn)動(dòng)的限制，測(cè)量速度慢，且測(cè)量前需要規(guī)劃測(cè)量路徑；對(duì)軟質(zhì)材料測(cè)量效果不好，對(duì)測(cè)頭不能觸及的表面無(wú)法測(cè)量，如內(nèi)孔，對(duì)一些邊緣、尖角等幾何特征的區(qū)域亦無(wú)法測(cè)量，對(duì)環(huán)境要求很高。難以滿足當(dāng)今高效率、高精度，大型面形的檢測(cè)需要。(2)非接觸式測(cè)量典型代表是光學(xué)測(cè)量法，光學(xué)測(cè)量法根據(jù)獲取三維信息的基本方法可分為兩大類被動(dòng)式與主動(dòng)式兩大類。被動(dòng)式是在自然光條件下，通過(guò)攝像機(jī)等光學(xué)傳感器攝取的二維灰度圖像獲取物體的三維信息；主動(dòng)式是利用特殊受控光源照射被測(cè)物，根據(jù)主動(dòng)光源的已知結(jié)構(gòu)信息獲取景物的三維信息。 非接觸式測(cè)量法精度低，其可靠性和抵抗隨機(jī)噪聲的能力也需要提高。
此外，在采用包括上述方法進(jìn)行三維零件檢測(cè)的過(guò)程中，往往無(wú)法預(yù)先知曉形狀差異的大小或尺度，因而常常無(wú)法選擇恰當(dāng)尺度的檢測(cè)方法。目前通常依據(jù)主觀經(jīng)驗(yàn)或者依測(cè)量工具的精度來(lái)確定尺度，無(wú)法全面準(zhǔn)確地刻畫形狀差異，不具備多尺度特性，可能存在遺漏某個(gè)尺度上的差異。
綜上所述，已有的方法無(wú)法檢測(cè)復(fù)雜的不規(guī)則三維零件的形狀差異，大多尺度單一，無(wú)法定量、定位和定尺度地描述出復(fù)雜的不規(guī)則形狀差異。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述已有技術(shù)的不足，提出一種基于多尺度網(wǎng)格頂點(diǎn)平均坡度的零件外形差異檢測(cè)方法，以克服常見(jiàn)網(wǎng)格形狀差異檢測(cè)方法的僅能檢測(cè)特定簡(jiǎn)單特征的局限性和檢測(cè)局限于單一尺度的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩組不規(guī)則或復(fù)雜外形的零件樣本形狀差異進(jìn)行定量、定位和定尺度地精確檢測(cè)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明主要包括以下步驟
Cg內(nèi)所有樣本相應(yīng)頂點(diǎn)的X軸坐標(biāo)平均值，Ty是對(duì)照組Cg內(nèi)所有樣本相應(yīng)頂點(diǎn)的 y軸坐標(biāo)平均值，Tz是對(duì)照組Cg內(nèi)所有樣本相應(yīng)頂點(diǎn)的z軸坐標(biāo)平均值，且
權(quán)利要求
1.一種基于多尺度網(wǎng)格頂點(diǎn)平均坡度的零件外形差異檢測(cè)方法，包括如下步驟 (1)將不同屬性的零件分成兩組，分別稱為對(duì)照組Cg和研究組Sg，兩組樣本的數(shù)目相等或接近； (2)設(shè)定三維空間直角坐標(biāo)系，并按照幾何特征將所有的零件在同一坐標(biāo)系內(nèi)配準(zhǔn)； (3)用三維攝像機(jī)掃描配準(zhǔn)后的每一個(gè)零件，得到零件的三維圖像； (4)采用三角形網(wǎng)格逐級(jí)剖分法，對(duì)初始級(jí)三角形網(wǎng)格Gtl進(jìn)行L級(jí)剖分得到各級(jí)別Gj, I彡j彡L，j稱為網(wǎng)格Gj的尺度，且為最精細(xì)網(wǎng)格，G0為最粗糙網(wǎng)格； (5)記第j級(jí)三角網(wǎng)格Gj中任意頂點(diǎn)為P，定義頂點(diǎn)P的I-環(huán)鄰域內(nèi)的頂點(diǎn)構(gòu)成的集合為Ep，并用集合Ep內(nèi)的所有頂點(diǎn)分別構(gòu)造得到一個(gè)平面fp和近似圓Cp，分別計(jì)算頂點(diǎn)P到該平面fp的距離dp和近似圓Cp的半徑Rp ； (6)依據(jù)距離dp和半徑Rp，計(jì)算頂點(diǎn)P的頂點(diǎn)平均坡度Qp值
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述步驟(5)中用集合Ep內(nèi)的所有頂點(diǎn)構(gòu)造得到一個(gè)平面fp，按如下步驟進(jìn)行(5a)設(shè)平面fp的方程為zzaijX+aiy+ag,其中a。, au a2為平面待定系數(shù)，a。為χ的待定系數(shù)，％為y的待定系數(shù)，a2為常數(shù)項(xiàng)的待定系數(shù)，χ, y為自變量，z為因變量； (5b)為確定平面待定系數(shù)a(l，ai，a2，構(gòu)造集合Ep內(nèi)的所有頂點(diǎn)到平面fp的偏移平方和函數(shù)S :
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述步驟(5)中用集合Ep內(nèi)的所有頂點(diǎn)擬合得到近似圓Cp，按如下步驟進(jìn)行 (5f)設(shè)球面Sp的方程為X2+y2+Z2-Ax-By-CZ+D=0，其中A，B, C，D為球面待定系數(shù)，A為X的待定系數(shù)，B為Y的待定系數(shù)，C為Z的待定系數(shù)，D為常數(shù)項(xiàng)的待定系數(shù)，X，y為自變量，z為因變量； (5g)為確定球面待定系數(shù)A，B, C，D，構(gòu)造集合Ep內(nèi)的所有頂點(diǎn)到球面Sp的偏移平方和函數(shù)V
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中步驟(7)所述的初步篩選出各尺度上的差異頂點(diǎn)集合Jtl，通過(guò)如下公式進(jìn)行J0 = {匕+,，…J,/,...,。0} ，(L-H+1)彡 k 彡 L 6) 其中L為剖分的總級(jí)數(shù)，H為需要進(jìn)行形狀差異分析的級(jí)數(shù)，l^H^L,k為需要進(jìn)行形狀差異分析的網(wǎng)格的尺度，f是對(duì)照組Cg和研究組Sg兩組樣本之間在k尺度上具有顯著差異的頂點(diǎn)構(gòu)成的子集，C=·{小/^(Φ^Ω:)<α(，(L-H+l) ^k^L, 式中，s是k尺度網(wǎng)格Gk內(nèi)任一頂點(diǎn)，Φ '是對(duì)照組Cg內(nèi)所有樣本網(wǎng)格上的頂點(diǎn)s在k尺度上的頂點(diǎn)平均坡度值，Ω〗是研究組Sg內(nèi)所有樣本網(wǎng)格上的頂點(diǎn)s在k尺度上的頂點(diǎn)平均坡度值，sig(·，·)表示對(duì)給定兩向量進(jìn)行雙樣本T-檢驗(yàn)得到的顯著性水平值，α為設(shè)定顯著性水平閾值，0〈α < O. 05。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中步驟(7)所述對(duì)差異頂點(diǎn)集合Jtl中的頂點(diǎn)進(jìn)行二次篩選，按如下步驟進(jìn)行 (7a)根據(jù)差異頂點(diǎn)集合Jtl內(nèi)與頂點(diǎn)P相連通的頂點(diǎn)構(gòu)成的區(qū)域和給定的閾值TN=t，t>l，對(duì)頂點(diǎn)P進(jìn)行如下處理 若差異頂點(diǎn)集合Jtl內(nèi)與頂點(diǎn)P相連通的頂點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)區(qū)域，并且該區(qū)域內(nèi)包含的頂點(diǎn)的個(gè)數(shù)大于或等于給定閾值TN，則保留頂點(diǎn)P ； 若差異頂點(diǎn)集合Jtl內(nèi)與頂點(diǎn)P相連通的頂點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)區(qū)域，但該區(qū)域內(nèi)包含的頂點(diǎn)的個(gè)數(shù)小于給定閾值TN，則頂點(diǎn)P被刪除； 若差異頂點(diǎn)集合Jtl內(nèi)與頂點(diǎn)P相連通的頂點(diǎn)不構(gòu)成一個(gè)區(qū)域，則頂點(diǎn)P被刪除。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于多尺度網(wǎng)格頂點(diǎn)平均坡度的零件外形差異檢測(cè)方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中僅能檢測(cè)簡(jiǎn)單幾何形狀特征、檢測(cè)尺度單一的問(wèn)題。其實(shí)現(xiàn)步驟包括(1)確定對(duì)照組Cg和研究組Sg樣本配準(zhǔn)各個(gè)零件，掃描得到三維圖像；(2)用三角剖分法獲取每個(gè)零件的三角網(wǎng)格；(3)計(jì)算對(duì)照組Cg和研究組Sg內(nèi)每個(gè)樣本的k尺度網(wǎng)格中各個(gè)頂點(diǎn)上的頂點(diǎn)平均坡度Qp；(4)對(duì)頂點(diǎn)的平均坡度Qp進(jìn)行雙樣本T-檢驗(yàn)，通過(guò)兩次篩選得到形狀差異頂點(diǎn)集合J；(5)針對(duì)集合J內(nèi)頂點(diǎn)，計(jì)算描述形狀差異的大小、位置和可靠度的向量。本發(fā)明具有尺度完善、精確可靠和抗噪能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，適用于兩組具有不同屬性的零件樣本的組間外形缺陷篩查或甄別。
文檔編號(hào)G01B11/24GK102980529SQ20121049999
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者閆允一, 郭寶龍, 姜帥, 朱娟娟, 劉汝翠 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)