一種檢測風(fēng)洞內(nèi)表面平整度的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種檢測風(fēng)洞內(nèi)表面平整度的方法，包括步驟：（a）用三維激光掃描儀掃描風(fēng)洞內(nèi)表面，獲取風(fēng)洞內(nèi)表面的點云數(shù)據(jù)；（b）選取點云數(shù)據(jù)中的一點，以該點為基準(zhǔn)選取預(yù)定范圍內(nèi)的點集并擬合空間平面；（c）逐點確定點集內(nèi)各點的偏差，以最大偏差值與最小偏差值的差值為該點集范圍內(nèi)的風(fēng)洞內(nèi)表面區(qū)域的表面平整度誤差；（d）將表面平整度誤差與預(yù)先設(shè)定的最大允許誤差作比較并且結(jié)合其他預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)來確定該點集范圍內(nèi)風(fēng)洞內(nèi)表面區(qū)域的平整度是否合格；（e）對步驟（a）獲取的點云數(shù)據(jù)中的其他各點逐點按照步驟（b）～（d）進行檢測。其可實現(xiàn)風(fēng)洞內(nèi)表面平整度的全范圍檢測。
【專利說明】—種檢測風(fēng)洞內(nèi)表面平整度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種檢測表面平整度的方法，尤其涉及一種檢測風(fēng)洞內(nèi)表面平整度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)洞，是指能人工產(chǎn)生和控制氣流，以模擬飛行器或物體周圍氣體的流動，并可量度氣流對物體的作用以及觀察物理現(xiàn)象的一種管道實驗設(shè)備，它是進行空氣動力實驗最常用、最有效的工具。實驗時，常將模型或?qū)嵨锕潭ㄔ陲L(fēng)洞內(nèi)反復(fù)地、經(jīng)濟地取得實驗數(shù)據(jù)，為使實驗結(jié)果準(zhǔn)確，實驗時的流動必須與實際流動狀態(tài)相似，即必須滿足相似律的要求，但由于風(fēng)洞尺寸和動力的限制，在一個風(fēng)洞中同時模擬所有的相似參數(shù)很困難。而風(fēng)洞內(nèi)表面的質(zhì)量和精度是影響風(fēng)洞內(nèi)模擬風(fēng)場品質(zhì)的重要因素，內(nèi)表面不平整會增加表面對風(fēng)場氣流的不利影響，導(dǎo)致風(fēng)洞實驗結(jié)果不準(zhǔn)確，因此，在風(fēng)洞工程建設(shè)中，對風(fēng)洞內(nèi)表面的表面平整度具有很高的要求。
[0003]現(xiàn)有的檢測方法采用長靠尺和楔形塞尺進行抽樣檢測，此種方式抽樣數(shù)量有限，檢測效率低，難以實現(xiàn)風(fēng)洞內(nèi)表面平整度的全面檢測，無法為后續(xù)對風(fēng)洞內(nèi)表面平整度不符合標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)域進行修補提供準(zhǔn)確的依據(jù)，風(fēng)洞內(nèi)表面難以達到處處平整，風(fēng)洞實驗效果不夠理想。但是隨著三維激光掃描技術(shù)不斷發(fā)展，這種技術(shù)已逐漸被應(yīng)用在地形測繪、基坑檢測、工業(yè)測量等領(lǐng)域，成為繼GPS技術(shù)之后的又一項測繪技術(shù)革命。三維激光掃描能快速獲取目標(biāo)物體表面大量采樣點的空間位置坐標(biāo)，得到一個描述三維實體的點集合，即點云。對獲取的點云數(shù)據(jù)進行處理，可得到物體的完整空間幾何尺寸和特征參數(shù)，并可將點云模型與標(biāo)準(zhǔn)模型進行對比，以可視化的偏差色譜云圖顯示對比結(jié)果。因此，三維激光掃描技術(shù)為解決風(fēng)洞內(nèi)表面平整度檢測問題提供了新的思路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決以上問題，本發(fā)明提供了一種檢測風(fēng)洞內(nèi)表面平整度的方法，其可實現(xiàn)風(fēng)洞內(nèi)表面平整度的全范圍檢測，避免抽樣檢測方法中可能漏檢平整度誤差過大部位的問題，而且可通過點云坐標(biāo)準(zhǔn)確定位檢測位置，為后續(xù)對風(fēng)洞內(nèi)表面平整度不符合標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)域進行修補提供準(zhǔn)確的依據(jù)。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種檢測風(fēng)洞內(nèi)表面平整度的方法，包括如下步驟:(a)用三維激光掃描儀掃描風(fēng)洞內(nèi)表面，獲取風(fēng)洞內(nèi)表面的點云數(shù)據(jù)；(b)選取點云數(shù)據(jù)中的一點，以該點為基準(zhǔn)選取預(yù)定范圍內(nèi)的點集并根據(jù)點集內(nèi)各點的坐標(biāo)擬合空間平面；(C)確定點集內(nèi)各點相對于所擬合的空間平面的偏差，比較各偏差值，以最大偏差值與最小偏差值的差值為該點集范圍內(nèi)的風(fēng)洞內(nèi)表面區(qū)域的表面平整度誤差；(d)判斷表面平整度誤差是否大于最大允許誤差，如果步驟(C)得到的第一個表面平整度誤差小于或等于最大允許誤差，則該點集范圍內(nèi)風(fēng)洞內(nèi)表面區(qū)域的平整度合格，否則對比最大偏差和最小偏差的絕對值，將兩點中偏差絕對值較大的一點從點集中去除，偏差絕對值相同時從兩點中去除任意一點，然后返回步驟(C)，直到步驟(C)得到的后續(xù)的表面平整度誤差小于或等于最大允許誤差時，判斷從點集中去除的點數(shù)占原點集總點數(shù)的比例是否大于比例限定值，同時判斷表面平整度誤差中的最大值是否大于最大允許誤差值的百分比限定值，如果該比例不大于比例限定值并且表面平整度誤差中的最大值不大于最大允許誤差值的百分比限定值，則該點集范圍內(nèi)風(fēng)洞內(nèi)表面區(qū)域的平整度合格，否則不合格；(e)對步驟(a)獲取的點云數(shù)據(jù)中的其他各點逐點按照步驟(b)?(d)進行檢測，直到得到風(fēng)洞內(nèi)表面平整度全面檢測結(jié)果。
[0006]進一步優(yōu)化，步驟(a)進一步包括將三維激光掃描儀置于風(fēng)洞內(nèi)部，使三維激光掃描儀的激光發(fā)射器發(fā)射的激光沿風(fēng)洞軸線方向掃描風(fēng)洞內(nèi)表面，獲取風(fēng)洞內(nèi)表面的點云數(shù)據(jù)通過三維激光掃描儀接收器接收。
[0007]進一步優(yōu)化，所述三維激光掃描儀為相位式三維激光掃描儀。
[0008]進一步優(yōu)化，步驟(b)進一步包括以獲取的風(fēng)洞內(nèi)表面點云數(shù)據(jù)中的任意一點為球心，選取預(yù)定長度為直徑，建立球形，該球形面所包含的點構(gòu)成點集，根據(jù)點集內(nèi)各點的坐標(biāo)擬合空間平面。
[0009]進一步優(yōu)化，在所述步驟(b)中建立的球形選取的直徑為2m。
[0010]進一步優(yōu)化，根據(jù)點集內(nèi)各點的坐標(biāo)擬合空間平面是采用最小二乘法。
[0011 ] 進一步優(yōu)化，在風(fēng)洞內(nèi)表面材質(zhì)為水磨石材質(zhì)。
[0012]進一步優(yōu)化，步驟(d)中所述比例限定值為20%。
[0013]進一步優(yōu)化，步驟(d)中所述最大允許誤差值的百分比限定值為150%。
[0014]本發(fā)明相較于現(xiàn)有技術(shù)所具有的優(yōu)勢在于:本發(fā)明檢測風(fēng)洞內(nèi)表面平整度的方法利用了三維激光掃描儀能夠高效率、高精度獲取內(nèi)表面大量空間點坐標(biāo)信息的優(yōu)勢，將實際內(nèi)表面平整度信息以點云的形式復(fù)制到計算機中，通過分析內(nèi)表面點云數(shù)據(jù)實現(xiàn)風(fēng)洞內(nèi)表面平整度的全面檢測；同時其可實現(xiàn)內(nèi)表面平整度的全范圍檢測，避免抽樣檢測方法可能漏檢平整度誤差過大部位的問題，而且可通過點云坐標(biāo)準(zhǔn)確定位檢測位置，為后續(xù)對風(fēng)洞內(nèi)表面平整度不符合標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)域進行修補提供準(zhǔn)確的依據(jù)，從而使風(fēng)洞內(nèi)表面實現(xiàn)全面平整，提高了風(fēng)洞實驗時模擬風(fēng)場的品質(zhì)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明一個實施例所述檢測風(fēng)洞內(nèi)表面平整度的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0016]下面，通過示例性的實施方式對本發(fā)明進行具體描述。然而應(yīng)當(dāng)理解，在沒有進一步敘述的情況下，一個實施方式中的元件、結(jié)構(gòu)和特征也可以有益地結(jié)合到其他實施方式中。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明一個實施例所述的檢測風(fēng)洞內(nèi)表面平整度的方法包括如下步驟:
[0018](a)用三維激光掃描儀沿風(fēng)洞軸線方向掃描風(fēng)洞內(nèi)表面，獲取風(fēng)洞內(nèi)表面的點云數(shù)據(jù)，具體過程為將三維激光掃描儀置于風(fēng)洞內(nèi)部，使三維激光掃描儀的激光發(fā)射器發(fā)射的激光掃描風(fēng)洞內(nèi)表面，獲取風(fēng)洞內(nèi)表面的點云數(shù)據(jù)通過三維激光掃描儀接收器接收。這里，三維激光掃描儀優(yōu)選為相位式三維激光掃描儀。
[0019](b)選取點云數(shù)據(jù)中的一點，以該點為基準(zhǔn)選取預(yù)定范圍內(nèi)的點集并根據(jù)點集內(nèi)各點的坐標(biāo)擬合空間平面，具體過程為以步驟(a)獲取的風(fēng)洞內(nèi)表面點云數(shù)據(jù)中的任意一點為球心，以預(yù)定長度例如2m為直徑，建立球形，該球形面所包含的點構(gòu)成點集，根據(jù)點集內(nèi)的點坐標(biāo)通過最小二乘法擬合成空間平面。
[0020](c)逐點確定點集內(nèi)各點相對于所擬合的空間平面的偏差，比較各偏差值，以最大偏差值與最小偏差值的差值為該點集范圍內(nèi)風(fēng)洞內(nèi)表面區(qū)域的表面平整度誤差。
[0021](d)判斷表面平整度誤差與預(yù)先設(shè)定的最大允許誤差的大小:如果步驟(C)得到的第一個表面平整度誤差小于或等于最大允許誤差，則該點集范圍內(nèi)風(fēng)洞內(nèi)表面區(qū)域的平整度合格，如果表面平整度誤差大于最大允許誤差，則對比最大偏差和最小偏差的絕對值，將兩點中偏差絕對值較大的一點從點集中去除，偏差絕對值相同時從兩點中去除任意一點，然后返回步驟(C)，直到步驟(C)得到的后續(xù)的表面平整度誤差小于或等于最大允許誤差時，判斷從點集中去除的點數(shù)占原點集總點數(shù)的比例是否大于比例限定值，該比例限定值例如為20%，同時判斷該表面平整度誤差中的最大值是否大于最大允許誤差值的百分比限定值，該最大允許誤差值的百分比限定值例如為150%，如果該比例不大于比例限定值而且該表面平整度誤差中的最大值不大于最大允許誤差值的百分比限定值，則認(rèn)為該點集范圍內(nèi)風(fēng)洞內(nèi)表面區(qū)域的平整度合格，否則，不合格。
[0022](e)對步驟(a)獲取的點云數(shù)據(jù)中的其他各點逐點按照步驟(b)~(d)進行檢測，直到得到風(fēng)洞內(nèi)表面平整度全面檢測結(jié)果，即如果所有檢測結(jié)果均合格，即認(rèn)為該被檢測風(fēng)洞內(nèi)表面全面平整度合格，否則，不合格。
[0023]下面，通過一個具體的例子對上述步驟進行詳細(xì)說明。
[0024]本發(fā)明所述方法的檢測對象為材質(zhì)為水磨石的風(fēng)洞內(nèi)表面，具體檢測方法如下:
[0025]步驟S001，通過相位式三維激光掃描儀對風(fēng)洞內(nèi)表面進行三維掃描，獲取被測內(nèi)表面的點云數(shù)據(jù)，選取點云數(shù)據(jù)中的一點，初始化變量j=0 ；
[0026]步驟S002，以選取的點為球心，提取直徑為2m的球面所包容的點集的坐標(biāo)，假設(shè)提取的點集共有N個點，并根據(jù)所提取點集的坐標(biāo)擬合空間平面，具體擬合算法如下:
[0027]設(shè)平面方程的一般表達式為:
[0028]Ax+By+Cz+D = O,其中 C 古 O,進一步計算出
【權(quán)利要求】
1.一種檢測風(fēng)洞內(nèi)表面平整度的方法，其特征在于，包括如下步驟: Ca)用三維激光掃描儀掃描風(fēng)洞內(nèi)表面，獲取風(fēng)洞內(nèi)表面的點云數(shù)據(jù)； (b)選取點云數(shù)據(jù)中的一點，以該點為基準(zhǔn)選取預(yù)定范圍內(nèi)的點集并根據(jù)點集內(nèi)各點的坐標(biāo)擬合空間平面； (C)確定點集內(nèi)各點相對于所擬合的空間平面的偏差，比較各偏差值，以最大偏差值與最小偏差值的差值為該點集范圍內(nèi)的風(fēng)洞內(nèi)表面區(qū)域的表面平整度誤差； (d)判斷表面平整度誤差是否大于最大允許誤差，如果步驟(c)得到的第一個表面平整度誤差小于或等于最大允許誤差，則該點集范圍內(nèi)風(fēng)洞內(nèi)表面區(qū)域的平整度合格，否則對比最大偏差和最小偏差的絕對值，將兩點中偏差絕對值較大的一點從點集中去除，偏差絕對值相同時從兩點中去除任意一點，然后返回步驟(C)，直到步驟(C)得到的后續(xù)的表面平整度誤差小于或等于最大允許誤差時，判斷從點集中去除的點數(shù)占原點集總點數(shù)的比例是否大于比例限定值，同時判斷表面平整度誤差中的最大值是否大于最大允許誤差值的百分比限定值，如果該比例不大于比例限定值并且表面平整度誤差中的最大值不大于最大允許誤差值的百分比限定值，則該點集范圍內(nèi)風(fēng)洞內(nèi)表面區(qū)域的平整度合格，否則不合格； (e)對步驟(a)獲取的點云數(shù)據(jù)中的其他各點逐點按照步驟(b)?(d)進行檢測，直到得到風(fēng)洞內(nèi)表面平整度全面檢測結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測風(fēng)洞內(nèi)表面平整度的方法，其特征在于:步驟(a)進一步包括將三維激光掃描儀置于風(fēng)洞內(nèi)部，使三維激光掃描儀的激光發(fā)射器發(fā)射的激光沿風(fēng)洞軸線方向掃描風(fēng)洞內(nèi)表面，獲取風(fēng)洞內(nèi)表面的點云數(shù)據(jù)通過三維激光掃描儀接收器接收。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的檢測風(fēng)洞內(nèi)表面平整度的方法，其特征在于:所述三維激光掃描儀為相位式三維激光掃描儀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測風(fēng)洞內(nèi)表面平整度的方法，其特征在于:步驟(b)進一步包括以獲取的風(fēng)洞內(nèi)表面點云數(shù)據(jù)中的任意一點為球心，選取預(yù)定長度為直徑，建立球形，該球形面所包含的點構(gòu)成點集，根據(jù)點集內(nèi)各點的坐標(biāo)擬合空間平面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的檢測風(fēng)洞內(nèi)表面平整度的方法，其特征在于:在所述步驟(b)中建立的球形選取的直徑為2m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的檢測風(fēng)洞內(nèi)表面平整度的方法，其特征在于:根據(jù)點集內(nèi)各點的坐標(biāo)擬合空間平面是采用最小二乘法。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測風(fēng)洞內(nèi)表面平整度的方法，其特征在于:在風(fēng)洞內(nèi)表面材質(zhì)為水磨石材質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測風(fēng)洞內(nèi)表面平整度的方法，其特征在于:步驟(d)中所述比例限定值為20%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測風(fēng)洞內(nèi)表面平整度的方法，其特征在于:步驟(d)中所述最大允許誤差值的百分比限定值為150%。
【文檔編號】G01B11/30GK103542820SQ201310475996
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】張笈瑋, 邴光利, 李博平, 練曉麗 申請人:中國人民解放軍63926部隊