本發(fā)明涉及增材再制造
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種獲取損傷零件缺損部位模型的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：增材再制造技術(shù)是近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的一種恢復(fù)損傷零(構(gòu))件的缺損尺寸和服役性能的先進(jìn)成形修復(fù)技術(shù)。該技術(shù)是以零(構(gòu))件的全壽命“價(jià)值”周期理論為基礎(chǔ)，以損傷零(構(gòu))件為對(duì)象，以優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、節(jié)材和環(huán)保為準(zhǔn)則，以多學(xué)科融合為特征的多種先進(jìn)技術(shù)為手段，最大限度地利用損傷零(構(gòu))件的“剩余價(jià)值”，在恢復(fù)其原始幾何尺寸的同時(shí)，服役性能也得以恢復(fù)甚至提升的技術(shù)手段的總稱。其突出特點(diǎn)是：缺損尺寸恢復(fù)及服役性能可達(dá)到甚至超過(guò)新品，降低成本50％、節(jié)能60％、節(jié)材70％、節(jié)時(shí)80％以上。增材再制造工藝過(guò)程可分為以下4個(gè)過(guò)程：1)通過(guò)掃描實(shí)現(xiàn)缺損零件的三維數(shù)字化捕捉，并與零件原始數(shù)字化模型配準(zhǔn)對(duì)比，得到損傷零件的三維缺損模型；2)對(duì)三維缺損模型(點(diǎn)云)進(jìn)行降維處理得到二維平面；3)結(jié)合激光、弧焊、電子束等工藝堆積特點(diǎn)，對(duì)缺損模型進(jìn)行路徑規(guī)劃；4)對(duì)缺損區(qū)域逐層堆積，實(shí)現(xiàn)零件缺損區(qū)域的填充修復(fù)。對(duì)缺損零件模型的快速、精確、數(shù)字化反求捕捉，得到損傷零件的三維缺損模型是增材再制造的關(guān)鍵步驟。其主要步驟是通過(guò)掃描缺損零件點(diǎn)云數(shù)據(jù)及模型重建，得到缺損零件的三維模型；然后，與零件標(biāo)準(zhǔn)模型對(duì)齊比較，得到缺損部位的三維模型?？梢?jiàn)，用于增材再制造的數(shù)字化捕捉技術(shù)不同于傳統(tǒng)逆向工程直接制造中的數(shù)字化捕捉技術(shù)。同時(shí)缺損零件的種類多、尺寸范圍大、損傷形式也多種多樣，現(xiàn)場(chǎng)條件及快速性等要求均對(duì)數(shù)字化捕捉效率、精度及操作性能等均提出了更高的要求。中國(guó)專利文獻(xiàn)cn101236660a公開了一種三維掃描儀及其三維模型重構(gòu)方法，屬于三維掃描領(lǐng)域中以采用光學(xué)方法為特征的計(jì)量設(shè)備及其計(jì)量方法，發(fā)明中所提及的三維掃描儀屬于一種光柵掃描設(shè)備。然而該掃描儀及三維模型重構(gòu)方法所處理的數(shù)據(jù)量龐大，模型重構(gòu)的效率和精度不高。中國(guó)專利文獻(xiàn)cn103017676b公開了一種三維掃描裝置和三維掃描方法、中國(guó)專利文獻(xiàn)cn1011738815b公開了一種激光三維掃描裝置和激光三維掃描方法、中國(guó)專利文獻(xiàn)cn1041136657a公開了一種手持高速三維掃描成像顯示一體機(jī)及其數(shù)據(jù)傳輸方法，然而上述專利所述掃描裝置和方法均無(wú)法提供損傷零件缺損部位的模型。零件缺損模型的三維數(shù)字化捕捉效率、精度、適用性和便捷性直接決定成形時(shí)間和最終修復(fù)質(zhì)量，該技術(shù)是增材再制造技術(shù)的核心技術(shù)之一，也是制約增材再制造技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展的主要瓶頸。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種效率高且精度高的獲取損傷零件缺損部位模型的系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是提供一種獲取損傷零件缺損部位模型的系統(tǒng)，所述獲取損傷零件缺損部位模型的系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)及與計(jì)算機(jī)電連接的掃描儀；所述掃描儀包括2個(gè)線激光器、2個(gè)ccd攝像機(jī)、圖像采集卡、led燈、控制按鈕以及用于安置前述各部件的外殼；獲取損傷零件缺損部位模型的系統(tǒng)的建模方法包括如下幾個(gè)步驟：①對(duì)待掃描損傷零件進(jìn)行掃描前準(zhǔn)備處理：掃描前徹底清洗待掃描損傷零件表面的油污，并在其表面粘貼高反光標(biāo)志點(diǎn)；②對(duì)掃描儀進(jìn)行校準(zhǔn)；③對(duì)獲取損傷零件缺損部位模型的系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)配置：根據(jù)待掃描損傷零件的表面反光程度、環(huán)境亮度因素調(diào)整ccd攝像機(jī)的快門時(shí)間；④通過(guò)掃描儀對(duì)待掃描損傷零件進(jìn)行掃描并傳輸至計(jì)算機(jī)從而獲得初始模型數(shù)據(jù)；⑤對(duì)初始模型數(shù)據(jù)進(jìn)行壞點(diǎn)去除、平滑濾波、精簡(jiǎn)及背景去除處理后，獲得待掃描損傷零件的點(diǎn)云模型數(shù)據(jù)；⑥對(duì)點(diǎn)云模型數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)格重建算法處理從而獲得待掃描損傷零件的曲面重構(gòu)模型：基于區(qū)域增長(zhǎng)的網(wǎng)格重建算法在構(gòu)建網(wǎng)格時(shí)，由“種子”三角形開始，按照從平滑點(diǎn)集到高曲率點(diǎn)集最后至邊界點(diǎn)集的順序，即由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的次序以最優(yōu)點(diǎn)選取的方法作為基礎(chǔ)，增加二面角和“已用點(diǎn)”等限定條件，并設(shè)立相應(yīng)的內(nèi)邊鄰接表完成對(duì)點(diǎn)云的重建，從而獲得待掃描損傷零件的曲面重構(gòu)模型；⑦將曲面重構(gòu)模型與標(biāo)準(zhǔn)零件模型進(jìn)行配準(zhǔn)對(duì)齊；⑧獲取待掃描損傷零件的缺損部位模型：模型配準(zhǔn)對(duì)齊后，將曲面重構(gòu)模型與標(biāo)準(zhǔn)零件模型作相減布爾操作，得到待掃描損傷零件的缺損部位的數(shù)字化模型。進(jìn)一步的，所述獲取損傷零件缺損部位模型的系統(tǒng)的掃描儀的2個(gè)線激光器為光源，每個(gè)線激光器可發(fā)射3束線激光，組成三束交叉十字激光束；2個(gè)ccd攝像機(jī)用于攝取待采集損傷零件的變形光柵圖像，將被測(cè)目標(biāo)圖像轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)；圖像采集卡通過(guò)a-d轉(zhuǎn)換器將被測(cè)目標(biāo)圖像的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號(hào)，并將數(shù)字圖像信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。線激光器與ccd攝像機(jī)按照激光三角測(cè)量法原理放置，與圖像采集卡組裝在外殼中；2個(gè)線激光器位于正中，2個(gè)ccd攝像機(jī)直線對(duì)稱設(shè)置在線激光器的兩側(cè)，led燈環(huán)繞每個(gè)ccd攝像機(jī)設(shè)置；線激光器的激光波長(zhǎng)650nm，出瞳功率為2.5mw。進(jìn)一步的，步驟①中，高反光標(biāo)志點(diǎn)的粘貼應(yīng)遵循以下原則：1、相鄰高反光標(biāo)志點(diǎn)的距離：在20mm到100mm之間；2、平坦區(qū)域：需要的標(biāo)志點(diǎn)較少：1-5個(gè)/cm2；3、彎曲區(qū)域：需要的標(biāo)志點(diǎn)較多：≥5個(gè)/cm2；4、避免在彎曲率較高的表面上添加標(biāo)點(diǎn)；5、避免靠近邊緣或細(xì)部添加標(biāo)點(diǎn)；6、避免使用損壞或不完整的標(biāo)點(diǎn)；7、避免使用油膩、多灰、臟污或隱藏的標(biāo)點(diǎn)；8、不要成組堆放標(biāo)點(diǎn)，也不要將標(biāo)點(diǎn)整齊地排列成一條線。進(jìn)一步的，步驟②中，掃描校準(zhǔn)依靠校準(zhǔn)板由硬件系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)控制完成，在高度、左右、前后方向上分別移動(dòng)掃描儀使掃描儀必須指向校準(zhǔn)板中心；若系統(tǒng)處于連續(xù)工作狀態(tài)，則不需要進(jìn)行此步操作。進(jìn)一步的，步驟③的具體過(guò)程如下：首先，要確保激光線完全平鋪在要掃描的表面上，掃描儀的ccd攝像機(jī)的拍攝方向與待掃描損傷零件表面垂直；然后調(diào)整掃描儀的線激光器使得激光線平鋪在待掃描損傷零件的表面上，計(jì)算機(jī)控制掃描儀根據(jù)待掃描損傷零件的表面反光程度、環(huán)境亮度因素優(yōu)化調(diào)整ccd攝像機(jī)的快門時(shí)間。進(jìn)一步的，步驟④中，掃描時(shí)遵循以下規(guī)則：1、掃描時(shí)應(yīng)保證單幅視圖中至少有四個(gè)以上的有效標(biāo)志點(diǎn)；2、掃描儀與待掃描損傷零件的距離應(yīng)適當(dāng)，優(yōu)選為30cm左右；掃描時(shí)，計(jì)算機(jī)的屏幕左側(cè)會(huì)顯示測(cè)距儀，通過(guò)線激光器指示掃描儀和待掃描損傷零件之間的距離；掃描儀上的led燈也可以指示距離；3、掃描儀與待掃描損傷零件表面盡量保持垂直，入射角越大，模型的精確度越高；4、對(duì)于無(wú)法粘貼反光標(biāo)志點(diǎn)的待掃描損傷零件或當(dāng)無(wú)法直接將反光標(biāo)志點(diǎn)置于待掃描損傷零件上時(shí)，可在待掃描損傷零件的周圍粘貼反光標(biāo)志點(diǎn)；而對(duì)于超大型零件，單次掃描會(huì)使用過(guò)多內(nèi)存，這時(shí)可分為多個(gè)會(huì)話進(jìn)行掃描，最后合并多個(gè)掃描會(huì)話完成整個(gè)零件的掃描。進(jìn)一步的，步驟⑤的具體處理過(guò)程如下：a、壞點(diǎn)去除處理：通過(guò)基于fpga的圖像壞點(diǎn)修正算法或者用肉眼觀察與截面數(shù)據(jù)點(diǎn)集偏離較大的點(diǎn)，判斷出“壞點(diǎn)”并刪除；b、平滑濾波處理：采用高斯濾波法進(jìn)行平滑濾波處理；c、精簡(jiǎn)處理：采用非均勻網(wǎng)絡(luò)法進(jìn)行精簡(jiǎn)處理，在保留待掃描損傷零件原來(lái)面貌的同時(shí)減少點(diǎn)云的數(shù)量；d、背景去除處理：在掃描時(shí)可能會(huì)攝入背景信息，干擾三維成像的整體精度，而且背景信息經(jīng)常是一片片的出現(xiàn)，所形成的模型數(shù)據(jù)也具有很高的密度；交互式背景去除的依據(jù)是空間解析幾何原理：即設(shè)空間任意一點(diǎn)k的坐標(biāo)為(x0,y0,z0)，所畫剪切平面的方程為：ax+by+cz+d＝0，這個(gè)平面把三維空間分成三個(gè)部分，正面、背面和平面本身。把點(diǎn)k的坐標(biāo)值代入平面方程，如果所得結(jié)果大于0，則點(diǎn)k處在平面的正面，小于0則在負(fù)面，等于0則在平面上；在geomagicstudio集成環(huán)境中定義剪切平面，去除剪切平面外的背景點(diǎn)云?？梢允褂脁y、xz或yz平面，也可以由任意3頂點(diǎn)定義剪切平面。進(jìn)一步的，步驟⑥的具體過(guò)程如下：a、將點(diǎn)云模型數(shù)據(jù)的所有點(diǎn)云分為平坦點(diǎn)集、高曲率點(diǎn)集以及邊界點(diǎn)集，并令每個(gè)點(diǎn)的屬性值t為0，表明所有點(diǎn)均未參與網(wǎng)格重建；b、在平坦點(diǎn)集中，選取種子三角形s0，將s0的三邊加入活躍邊隊(duì)列中，同時(shí)將該三角形的二個(gè)頂點(diǎn)的t值設(shè)為l；c、取活躍邊隊(duì)列的隊(duì)頭元素，判斷該活躍邊是否具有可擴(kuò)張性；如果可對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)張，轉(zhuǎn)d；否則，刪除隊(duì)頭元素，對(duì)下一元素進(jìn)行判斷，直到該元素具備可擴(kuò)張性，若活躍邊的隊(duì)列為空時(shí)，進(jìn)入高曲率點(diǎn)集中進(jìn)行網(wǎng)格重建；d、按照最優(yōu)點(diǎn)選取規(guī)則，搜索當(dāng)前活躍邊的擴(kuò)張點(diǎn)；若沒(méi)找到，則表明該邊是邊界邊，轉(zhuǎn)f；否則，進(jìn)行e；e、將當(dāng)前的活躍邊兩端點(diǎn)與所選取的擴(kuò)張點(diǎn)相連，構(gòu)成新三角形s與兩條“新”邊；將該擴(kuò)張點(diǎn)的t值置1，同時(shí)分別檢測(cè)兩條“新”邊：如果是己存在的邊，則標(biāo)識(shí)該邊為內(nèi)邊；否則為活躍邊，加入至活躍邊隊(duì)列；更新此邊兩個(gè)端點(diǎn)的內(nèi)邊鄰接點(diǎn)列表；f、在平坦點(diǎn)內(nèi)，如果活躍隊(duì)列不為空，刪除該隊(duì)頭的元素，取新的對(duì)頭元素，轉(zhuǎn)c；否則，進(jìn)入高曲率點(diǎn)集中進(jìn)行網(wǎng)格重建；g、按照上述方法，分別遍歷高曲率點(diǎn)集和邊界點(diǎn)集，完成曲面重構(gòu)。進(jìn)一步的，步驟⑦的具體過(guò)程如下：1、基于鄰域幾何特征的初始對(duì)齊：a.設(shè)定閾值ε1＞0，ε2＞0，z＞0，ε1和ε2是用來(lái)判斷迭代是否終止的條件，z用于限定有效點(diǎn)對(duì)的數(shù)量；b.計(jì)算p和q中每個(gè)有效點(diǎn)的鄰域重心和該點(diǎn)到鄰域重心的距離，分別記為oi、oj、di、dj；其中p為目標(biāo)點(diǎn)集，q為參考點(diǎn)集，oi為p中點(diǎn)pi的鄰域重心，di為pi到oi間的距離，oj為q中點(diǎn)qj的鄰域重心，dj為qi到oj間的距離；c.計(jì)算p和q中有效點(diǎn)的角度特征量，記為θi、θj，并構(gòu)建幾何特征集合s1、s2；其中，s1＝{si|i＝1,2,·········,n}和s2＝{sj|j＝1,2,，········,m}；d.通過(guò)判斷約束條件來(lái)確定最優(yōu)匹配點(diǎn)對(duì)：(||di-dj||＜ε1)&&(||cosθi-cosθj||＜ε2)；e.記最優(yōu)匹配點(diǎn)對(duì)的數(shù)量為s，若s＞z，轉(zhuǎn)f；否則轉(zhuǎn)d；f.對(duì)最優(yōu)匹配點(diǎn)對(duì)使用四元數(shù)法，計(jì)算剛體變換矩陣r和t；g.將剛體變換矩陣r和t代入目標(biāo)點(diǎn)集p，完成初始配準(zhǔn)；2、基于最近點(diǎn)迭代法的精確對(duì)齊：a.設(shè)定閾值ε＞0，用來(lái)判斷迭代是否終止；b.對(duì)于目標(biāo)點(diǎn)集fp中的每個(gè)點(diǎn)pi'，從參考點(diǎn)集fq中找出與之距離最近的點(diǎn)；設(shè)初始配準(zhǔn)后的目標(biāo)點(diǎn)集為fp＝{pi'|pi'∈r3；i＝1,2,，n}，初始配準(zhǔn)后的參考點(diǎn)集為fq＝{qj'|qj'∈r3；j＝1,2,,m}，其中n≤m；c.通過(guò)四元數(shù)法計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)集fp和參考點(diǎn)集fq的剛體變換矩陣r和t；d.將r和t作用于目標(biāo)點(diǎn)集fp，此時(shí)便得到了新的目標(biāo)點(diǎn)集fp'＝rpi'+t,目標(biāo)點(diǎn)集fp'中的每個(gè)點(diǎn)為pi”；e.計(jì)算均方誤差：f.若dm-dm+1＜ε，則停止迭代；否則反復(fù)執(zhí)行第c～e步。進(jìn)一步的，步驟⑧的具體過(guò)程如下：a、模型配準(zhǔn)對(duì)齊后，定義標(biāo)準(zhǔn)模型為運(yùn)算對(duì)象a，待掃描損傷零件的曲面重構(gòu)模型為運(yùn)算對(duì)象b。b、將配準(zhǔn)對(duì)齊的模型進(jìn)行subtraction(a-b)布爾相減操作，進(jìn)而得到待掃描損傷零件的缺損部位的數(shù)字化模型a-b。本發(fā)明具有積極的效果：(1)本發(fā)明針對(duì)零件三維缺損模型捕捉過(guò)程中存在的零件位姿要求苛刻、環(huán)境適應(yīng)性差、效率低、模型精度不高和后處理復(fù)雜等問(wèn)題，采用基于激光三角形法原理的數(shù)據(jù)采集技術(shù)，通過(guò)對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理及曲面重構(gòu)、模型配準(zhǔn)對(duì)比等手段，實(shí)現(xiàn)了缺損件增材再制造數(shù)字化模型的高效精確獲取，可實(shí)現(xiàn)軸類件、齒類件、盤類件、平板類等典型缺損零件的在線、快速、高效、精確三維捕捉。(2)本發(fā)明所述的曲面重構(gòu)過(guò)程采用基于測(cè)量點(diǎn)云的三角網(wǎng)絡(luò)曲面重建方法，在區(qū)域增長(zhǎng)法的基礎(chǔ)上，提出并實(shí)現(xiàn)了一種散亂點(diǎn)云的三角網(wǎng)格重構(gòu)算法。所述算法只需要輸入密度均勻的散亂點(diǎn)云，無(wú)須輸入法矢或拓?fù)湫螤畹刃畔?，算法?jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)、計(jì)算量小，極大地提高了獲取損傷零件缺損部位的數(shù)字化模型的速度。(3)本發(fā)明所述的模型配準(zhǔn)對(duì)齊過(guò)程將基于鄰域幾何特征的初始對(duì)齊和基于最近點(diǎn)迭代法的精確對(duì)齊相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了損傷零件的三角網(wǎng)格模型與標(biāo)準(zhǔn)零件模型的配置對(duì)齊，并作相減布爾運(yùn)算，最終構(gòu)建所需的損傷零件缺損部位的數(shù)字化模型，既能做到精確建模又能獲得缺損部位的模型。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明的獲取損傷零件缺損部位模型的系統(tǒng)的掃描儀的結(jié)構(gòu)示意圖。上述附圖中的標(biāo)記如下：led燈1，ccd攝像機(jī)2，線激光器3。具體實(shí)施方式(實(shí)施例1)本實(shí)施例的一種獲取損傷零件缺損部位模型的系統(tǒng)采用激光三角法數(shù)據(jù)測(cè)試技術(shù)，所述硬件系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)及與計(jì)算機(jī)電連接的掃描儀；見(jiàn)圖1，所述掃描儀包括2個(gè)線激光器3、2個(gè)ccd攝像機(jī)2、圖像采集卡、led燈1、控制按鈕以及用于安置前述各部件的外殼；所述線激光器3、ccd攝像機(jī)2及圖像采集卡均與計(jì)算機(jī)電連接。其中，2個(gè)線激光器3為光源，每個(gè)線激光器3可發(fā)射3束線激光，組成三束交叉十字激光束；2個(gè)ccd攝像機(jī)2用于攝取待采集損傷零件的變形光柵圖像，將被測(cè)目標(biāo)圖像轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)；圖像采集卡通過(guò)a-d轉(zhuǎn)換器將被測(cè)目標(biāo)圖像的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號(hào)，并將數(shù)字圖像信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。激光波長(zhǎng)650nm，出瞳功率為2.5mw，屬于人眼安全級(jí)別。整個(gè)掃描裝置尺寸為122×77×294mm。線激光器3與ccd攝像機(jī)2按照激光三角測(cè)量法原理放置，與圖像采集卡組裝在外殼中；2個(gè)線激光器3位于正中，2個(gè)ccd攝像機(jī)直線對(duì)稱設(shè)置在線激光器3的兩側(cè)，led燈1環(huán)繞每個(gè)ccd攝像機(jī)設(shè)置。本實(shí)施例的一種獲取損傷零件缺損部位模型的系統(tǒng)的建模方法包括如下幾個(gè)步驟：①對(duì)待掃描損傷零件進(jìn)行掃描前準(zhǔn)備處理：掃描前應(yīng)徹底清洗待掃描損傷零件表面的油污，并在其表面粘貼高反光標(biāo)志點(diǎn)。高反光標(biāo)志點(diǎn)的粘貼應(yīng)遵循以下原則：1、相鄰高反光標(biāo)志點(diǎn)的距離：在20mm到100mm之間；2、平坦區(qū)域：需要的標(biāo)志點(diǎn)較少：1-5個(gè)/cm2；3、彎曲區(qū)域：需要的標(biāo)志點(diǎn)較多：≥5個(gè)/cm2；4、避免在彎曲率較高的表面上添加標(biāo)點(diǎn)；5、避免靠近邊緣或細(xì)部添加標(biāo)點(diǎn)；6、避免使用損壞或不完整的標(biāo)點(diǎn)；7、避免使用油膩、多灰、臟污或隱藏的標(biāo)點(diǎn)；8、不要成組堆放標(biāo)點(diǎn)，也不要將標(biāo)點(diǎn)整齊地排列成一條線。②對(duì)掃描儀進(jìn)行校準(zhǔn)：受環(huán)境溫度與壓力等因素的影響，掃描儀在長(zhǎng)時(shí)間未用時(shí)，為保證掃描精度需對(duì)掃描儀校準(zhǔn)。校準(zhǔn)依靠校準(zhǔn)板由硬件系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)控制完成，在高度、左右、前后方向上分別移動(dòng)掃描儀使掃描儀必須指向校準(zhǔn)板中心。若系統(tǒng)處于連續(xù)工作狀態(tài)，則不需要進(jìn)行此步操作。③對(duì)獲取損傷零件缺損部位模型的系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)配置：根據(jù)待掃描損傷零件的表面反光程度、環(huán)境亮度等因素調(diào)整ccd攝像機(jī)的快門時(shí)間。首先，要確保激光線完全平鋪在要掃描的表面上，掃描儀的ccd攝像機(jī)2的拍攝方向與待掃描損傷零件表面垂直；然后調(diào)整掃描儀的線激光器3使得激光線平鋪在待掃描損傷零件的表面上，計(jì)算機(jī)控制掃描儀根據(jù)待掃描損傷零件的表面反光程度、環(huán)境亮度等因素優(yōu)化調(diào)整ccd攝像機(jī)2的快門時(shí)間。④通過(guò)掃描儀對(duì)待掃描損傷零件進(jìn)行掃描并傳輸至計(jì)算機(jī)從而獲得初始模型數(shù)據(jù)，掃描時(shí)遵循以下規(guī)則：1、掃描時(shí)應(yīng)保證單幅視圖中至少有四個(gè)以上的有效標(biāo)志點(diǎn)；2、掃描儀與待掃描損傷零件的距離應(yīng)適當(dāng)，優(yōu)選為30cm左右。掃描時(shí)，計(jì)算機(jī)的屏幕左側(cè)會(huì)顯示測(cè)距儀，通過(guò)線激光器3指示掃描儀和待掃描損傷零件之間的距離。掃描儀上的led燈1也可以指示距離；3、掃描儀與待掃描損傷零件表面盡量保持垂直，入射角越大，模型的精確度越高；4、對(duì)于無(wú)法粘貼反光標(biāo)志點(diǎn)的待掃描損傷零件或當(dāng)無(wú)法直接將反光標(biāo)志點(diǎn)置于待掃描損傷零件上時(shí)，可在待掃描損傷零件的周圍粘貼反光標(biāo)志點(diǎn)。而對(duì)于超大型零件，單次掃描會(huì)使用過(guò)多內(nèi)存，這時(shí)可分為多個(gè)會(huì)話進(jìn)行掃描，最后合并多個(gè)掃描會(huì)話完成整個(gè)零件的掃描。⑤對(duì)初始模型數(shù)據(jù)進(jìn)行壞點(diǎn)去除、平滑濾波、精簡(jiǎn)及背景去除處理后，獲得待掃描損傷零件的點(diǎn)云模型數(shù)據(jù)，具體處理過(guò)程如下：a、壞點(diǎn)去除處理：通過(guò)基于fpga的圖像壞點(diǎn)修正算法或者用肉眼觀察與截面數(shù)據(jù)點(diǎn)集偏離較大的點(diǎn)，判斷出“壞點(diǎn)”并刪除。b、平滑濾波處理：采用高斯濾波法進(jìn)行平滑濾波處理。c、精簡(jiǎn)處理：采用非均勻網(wǎng)絡(luò)法進(jìn)行精簡(jiǎn)處理，在保留待掃描損傷零件原來(lái)面貌的同時(shí)減少點(diǎn)云的數(shù)量。d、背景去除處理：在掃描時(shí)可能會(huì)攝入背景信息，干擾三維成像的整體精度，而且背景信息經(jīng)常是一片片的出現(xiàn)，所形成的模型數(shù)據(jù)也具有很高的密度。交互式背景去除的依據(jù)是空間解析幾何原理：即設(shè)空間任意一點(diǎn)k的坐標(biāo)為(x0,y0,z0)，所畫剪切平面的方程為：ax+by+cz+d＝0，這個(gè)平面把三維空間分成三個(gè)部分，正面、背面和平面本身。把點(diǎn)k的坐標(biāo)值代入平面方程，如果所得結(jié)果大于0，則點(diǎn)k處在平面的正面，小于0則在負(fù)面，等于0則在平面上。在geomagicstudio集成環(huán)境中定義剪切平面，去除剪切平面外的背景點(diǎn)云。可以使用xy、xz或yz平面，也可以由任意3頂點(diǎn)定義剪切平面。⑥對(duì)點(diǎn)云模型數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)格重建算法處理從而獲得待掃描損傷零件的曲面重構(gòu)模型：基于區(qū)域增長(zhǎng)的網(wǎng)格重建算法在構(gòu)建網(wǎng)格時(shí)，由“種子”三角形開始，按照從平滑點(diǎn)集到高曲率點(diǎn)集最后至邊界點(diǎn)集的順序，即由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的次序以最優(yōu)點(diǎn)選取的方法作為基礎(chǔ)，增加二面角和“已用點(diǎn)”等限定條件，并設(shè)立相應(yīng)的內(nèi)邊鄰接表完成對(duì)點(diǎn)云的重建，從而獲得待掃描損傷零件的曲面重構(gòu)模型；其具體過(guò)程如下：a、將點(diǎn)云模型數(shù)據(jù)的所有點(diǎn)云分為平坦點(diǎn)集、高曲率點(diǎn)集以及邊界點(diǎn)集，并令每個(gè)點(diǎn)的屬性值t為0，表明所有點(diǎn)均未參與網(wǎng)格重建。b、在平坦點(diǎn)集中，選取種子三角形s0，將s0的三邊加入活躍邊隊(duì)列中，同時(shí)將該三角形的二個(gè)頂點(diǎn)的t值設(shè)為l。c、取活躍邊隊(duì)列的隊(duì)頭元素，判斷該活躍邊是否具有可擴(kuò)張性。如果可對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)張，轉(zhuǎn)d；否則，刪除隊(duì)頭元素，對(duì)下一元素進(jìn)行判斷，直到該元素具備可擴(kuò)張性，若活躍邊的隊(duì)列為空時(shí)，進(jìn)入高曲率點(diǎn)集中進(jìn)行網(wǎng)格重建。d、按照最優(yōu)點(diǎn)選取規(guī)則，搜索當(dāng)前活躍邊的擴(kuò)張點(diǎn)。若沒(méi)找到，則表明該邊是邊界邊，轉(zhuǎn)f。否則，進(jìn)行e。e、將當(dāng)前的活躍邊兩端點(diǎn)與所選取的擴(kuò)張點(diǎn)相連，構(gòu)成新三角形s與兩條“新”邊。將該擴(kuò)張點(diǎn)的t值置1，同時(shí)分別檢測(cè)兩條“新”邊：如果是己存在的邊，則標(biāo)識(shí)該邊為內(nèi)邊；否則為活躍邊，加入至活躍邊隊(duì)列。更新此邊兩個(gè)端點(diǎn)的內(nèi)邊鄰接點(diǎn)列表。f、在平坦點(diǎn)內(nèi)，如果活躍隊(duì)列不為空，刪除該隊(duì)頭的元素，取新的對(duì)頭元素，轉(zhuǎn)c；否則，進(jìn)入高曲率點(diǎn)集中進(jìn)行網(wǎng)格重建。g、按照上述方法，分別遍歷高曲率點(diǎn)集和邊界點(diǎn)集，完成曲面重構(gòu)。⑦將曲面重構(gòu)模型與標(biāo)準(zhǔn)零件模型進(jìn)行配準(zhǔn)對(duì)齊，其具體過(guò)程如下：1、基于鄰域幾何特征的初始對(duì)齊：a.設(shè)定閾值ε1＞0，ε2＞0，z＞0，ε1和ε2是用來(lái)判斷迭代是否終止的條件，z用于限定有效點(diǎn)對(duì)的數(shù)量。b.計(jì)算p和q中每個(gè)有效點(diǎn)的鄰域重心和該點(diǎn)到鄰域重心的距離，分別記為oi、oj、di、dj。其中p為目標(biāo)點(diǎn)集，q為參考點(diǎn)集，oi為p中點(diǎn)pi的鄰域重心，di為pi到oi間的距離，oj為q中點(diǎn)qj的鄰域重心，dj為qi到oj間的距離。c.計(jì)算p和q中有效點(diǎn)的角度特征量，記為θi、θj，并構(gòu)建幾何特征集合s1、s2。其中，s1＝{si|i＝1,2,·········,n}和s2＝{sj|j＝1,2,,········,m}。d.通過(guò)判斷約束條件來(lái)確定最優(yōu)匹配點(diǎn)對(duì)：(||di-dj||＜ε1)&&(||cosθi-cosθj||＜ε2)。e.記最優(yōu)匹配點(diǎn)對(duì)的數(shù)量為s，若s＞z，轉(zhuǎn)f；否則轉(zhuǎn)d。f.對(duì)最優(yōu)匹配點(diǎn)對(duì)使用四元數(shù)法，計(jì)算剛體變換矩陣r和t。g.將剛體變換矩陣r和t代入目標(biāo)點(diǎn)集p，完成初始配準(zhǔn)。2、基于最近點(diǎn)迭代法的精確對(duì)齊：a.設(shè)定閾值ε＞0，用來(lái)判斷迭代是否終止。b.對(duì)于目標(biāo)點(diǎn)集fp中的每個(gè)點(diǎn)pi'，從參考點(diǎn)集fq中找出與之距離最近的點(diǎn)。設(shè)初始配準(zhǔn)后的目標(biāo)點(diǎn)集為fp＝{pi'|pi'∈r3；i＝1,2,,n}，初始配準(zhǔn)后的參考點(diǎn)集為fq＝{qj'|qj'∈r3；j＝1,2,,m}，其中n≤m。c.通過(guò)四元數(shù)法計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)集fp和參考點(diǎn)集fq的剛體變換矩陣r和t。d.將r和t作用于目標(biāo)點(diǎn)集fp，此時(shí)便得到了新的目標(biāo)點(diǎn)集fp'＝rpi'+t,目標(biāo)點(diǎn)集fp'中的每個(gè)點(diǎn)為pi”。e.計(jì)算均方誤差：f.若dm-dm+1＜ε，則停止迭代；否則反復(fù)執(zhí)行第c～e步。⑧獲取待掃描損傷零件的缺損部位模型：模型配準(zhǔn)對(duì)齊后，將曲面重構(gòu)模型與標(biāo)準(zhǔn)零件模型作相減布爾操作，得到待掃描損傷零件的缺損部位的數(shù)字化模型；具體過(guò)程如下：a、模型配準(zhǔn)對(duì)齊后，定義標(biāo)準(zhǔn)模型為運(yùn)算對(duì)象a，待掃描損傷零件的曲面重構(gòu)模型為運(yùn)算對(duì)象b。b、將配準(zhǔn)對(duì)齊的模型進(jìn)行subtraction(a-b)布爾相減操作，進(jìn)而得到待掃描損傷零件的缺損部位的數(shù)字化模型a-b。通過(guò)上述獲取損傷零件缺損部位模型的系統(tǒng)的建模方法分別對(duì)損傷傳動(dòng)齒輪、損傷噴水推進(jìn)器、損傷曲軸的數(shù)字化模型進(jìn)行捕捉獲得損傷零件的缺損部位的數(shù)字化模型，最大測(cè)量誤差如表1所示，可見(jiàn)最大測(cè)量誤差均小于0.05mm。表1單位傳動(dòng)齒輪噴水推進(jìn)器曲軸損傷模型捕捉時(shí)間分鐘172125最大測(cè)量誤差mm0.03440.04360.0317顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而這些屬于本發(fā)明的精神所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。當(dāng)前第1頁(yè)12