本發(fā)明屬于非接觸式測量，具體涉及一種基于激光掃描的發(fā)動機管路測量方法。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)行的發(fā)動機外部管路裝配工藝流程中，存在裝配前缺乏對管路測量的技術(shù)缺陷，無法有效預(yù)測和評估裝配后的性能。這種技術(shù)上的局限性導(dǎo)致了裝配過程缺乏系統(tǒng)性的指導(dǎo)，從而迫使技術(shù)人員在裝配過程中需要進行多次試裝。這種做法不僅增加了裝配的時間成本，而且對管路接頭造成了不必要的磨損。為了解決這一問題，需要引入一種較為高效且不會劃傷零件的非接觸式測量技術(shù)，在裝配前掃描發(fā)動機的管路，獲取管路的點云數(shù)據(jù)，并利用這些數(shù)據(jù)進行逆向建模，構(gòu)建出發(fā)動機管路的實測模型。將此模型與理論設(shè)計模型進行比對分析，可以得出發(fā)動機管路的裝配特征偏差。更重要的是，在后續(xù)深入研究的協(xié)助下，發(fā)動機管路的裝配特征偏差數(shù)據(jù)可用來預(yù)測管路裝配后的密封性能。為了實現(xiàn)這一目標，引入適合的非接觸式測量技術(shù)就尤為重要。

2、管路是一種制造誤差較大的零件，且管路接頭的球頭錐面結(jié)構(gòu)具有一定的容差能力，因此管路所需的測量精度相對而言并不高。同時管件數(shù)目眾多且形狀各異，測量效率在測量方法的選擇中尤為重要，三維激光掃描作為一種精度稍低但可以高效獲得點云的方法，適用于上述場景。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述情況，本發(fā)明提供一種基于激光掃描的發(fā)動機管路測量方法，該方法將規(guī)范測量環(huán)境及測量流程，以及管路點云數(shù)據(jù)逆向建模過程，實現(xiàn)快速從管路點云數(shù)據(jù)提取管路裝配特征。

2、為了達到以上目的中的一個或多個，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、步驟s1：在測量前，選擇三維激光掃描儀，并進行配置和校準，進行掃描測試，并對掃描環(huán)境進行調(diào)整，然后獲取管路點云數(shù)據(jù)；

4、步驟s2：使用kd-tree(k-dimensional?tree)對管路點云數(shù)據(jù)的離群點誤差去噪；

5、步驟s3：使用高斯濾波器對管路點云數(shù)據(jù)的系統(tǒng)誤差與隨機誤差去噪；

6、步驟s4：對管路點云數(shù)據(jù)進行分割，識別和隔離管路的各個部分(直線段、彎頭、接頭)；

7、步驟s5：管路點云數(shù)據(jù)進行逆向建模，獲得管路的數(shù)字模型；

8、步驟s6：對比分析管路原始點云和管路模型，對管路測量的誤差進行評估。

9、在某實施例中，所述步驟s1包括以下步驟：

10、步驟s101：在測量前，選擇三維激光掃描儀，包括跟蹤式激光掃描儀和手持式激光掃描儀，并配置光學(xué)動態(tài)跟蹤器；

11、步驟s102：在測量位置安裝光學(xué)跟蹤器，確保跟蹤器穩(wěn)固地放置在平穩(wěn)的表面上，并且其視線能夠覆蓋整個測量過程中三維激光掃描儀可達到的區(qū)域，并將三維激光掃描儀與計算機連接，進行配置和校準，設(shè)置掃描速度、分辨率和掃描模式；

12、步驟s103：在校準完成后，進行掃描測試，以驗證設(shè)備的配置和校準是否正確，并對掃描環(huán)境進行調(diào)整；

13、步驟s104：根據(jù)管路結(jié)構(gòu)，采用不同的掃描策略，使用三維激光掃描儀獲取管路點云數(shù)據(jù)。

14、在某實施例中，所述步驟s2包括以下步驟：

15、步驟s201：利用管路點云數(shù)據(jù)構(gòu)建kd-tree(k-dimensional?tree)；

16、步驟s202：設(shè)置kd-tree的搜索參數(shù)，搜索點云的鄰近點；

17、步驟s203：將每個點云的局部密度與閾值比較，標定離群點，局部密度遠低于平均水平的點會被認定為離群點。；

18、步驟s204：將標定的離群點從管路點云數(shù)據(jù)中剔除；

19、步驟s205：剔除離群點后，對管路點云數(shù)據(jù)進行后處理，改善管路點云數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

20、上述進一步方案的有益效果是：對于測量環(huán)境的混亂、管路材質(zhì)表面的反光性質(zhì)、光路被遮擋或因掃描過程中不可避免采集到的的桌面或夾具等其他物體的點云數(shù)據(jù)等因素引起的離群點誤差，采用基于kd-tree的聚類算法剔除此類離群點。kd-tree可以高效地查詢數(shù)據(jù)點的鄰近點。通過kd-tree算法搜索某點的鄰近點，計算點之間的距離，并設(shè)置合理閾值去除距離大于該閾值的鄰近點，對該過程進行迭代能夠達到去除絕大部分離群點的目的，從而提升管路點云數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

21、在某實施例中，所述步驟s3包括以下步驟：

22、步驟s301：設(shè)置高斯濾波器的高斯核尺寸和標準差，高斯核的大小決定了濾波過程中考慮的鄰近點的數(shù)量，高斯濾波的標準差決定了權(quán)重分布的形狀；

23、步驟s302：計算高斯權(quán)重，對于高斯核內(nèi)的每個點，根據(jù)其距離中心點的距離計算高斯權(quán)重，距離越遠的點，其權(quán)重越??；

24、步驟s303：利用高斯權(quán)重對每個點云的鄰近點進行加權(quán)，使用高斯權(quán)重對鄰近點的坐標進行加權(quán)平均，以此更新每個點的位置；

25、步驟s304：對管路點云數(shù)據(jù)重復(fù)應(yīng)用高斯濾波器，去除較高階次的噪聲；

26、步驟s305：高斯濾波后，對管路點云數(shù)據(jù)進行后處理，重新計算法線和其他關(guān)節(jié)特征。

27、上述進一步方案的有益效果是：高斯濾波使用高斯函數(shù)作為權(quán)重，對點云中的點進行加權(quán)平均，能夠有效平滑點云數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)中的隨機噪聲，同時保留重要的結(jié)構(gòu)信息。

28、在某實施例中，所述步驟s4包括以下步驟：

29、步驟s401：利用管路點云數(shù)據(jù)提取管路軸線，可以識別管路的走向，先提取管路點云數(shù)據(jù)的一條邊界線，以邊界線上的點和法矢生成截面，截面與點云相交構(gòu)成圓環(huán)，圓心即為管路軸線上的點；

30、步驟s402：對于管路軸線上的每個點云，計算曲率，可以識別管路的彎曲部分和連接區(qū)域，高曲率區(qū)域?qū)?yīng)于管路的彎頭或連接部分，而低曲率區(qū)域則表示直線段；

31、步驟s403：計算管路點云中每個點的表面法線方向，通過在每個點的局部鄰域內(nèi)使用主成分分析，可以估算出表面法線，法線方向的變化標志著管路幾何形狀的變化；

32、步驟s404：將具有相似特征的點云聚集成連續(xù)區(qū)域，從選擇種子點開始，然后逐漸將具有相似特征(如相似曲率、法線方向)的鄰近點云加入到同一區(qū)域；

33、步驟s405：根據(jù)管路點云數(shù)據(jù)的幾何特征進行點云聚類，將管路點云數(shù)據(jù)分成不同的幾何形狀組，每組代表管路的一個特定部分；

34、步驟s406：通過擬合算法將管路點云數(shù)據(jù)擬合幾何模型，并根據(jù)管路點云的幾何模型進行模型分割；

35、步驟s407：將幾何特征相似的區(qū)域合并，以形成更完整和連續(xù)的管路部分。

36、在某實施例中，所述步驟s5包括以下步驟：

37、步驟s501：創(chuàng)建管路的參數(shù)化模型，為管路的不同部分制定模型，這些模型需具有可調(diào)整的參數(shù)，這些參數(shù)使模型能夠適應(yīng)實際管路的尺寸和形狀；

38、步驟s502：利用分割后的管路點云數(shù)據(jù)和參數(shù)化模型求解每個模型的具體參數(shù)，使其與實際的點云數(shù)據(jù)盡可能吻合；

39、步驟s503：將管路的點云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為分段模型，對于每個通過特征分割識別的部分，使用對應(yīng)的參數(shù)化模型來替代原始的點云數(shù)據(jù)；

40、步驟s504：將所有分段模型組合，并進行光順處理，完成管路點云數(shù)據(jù)的逆向建模。

41、在某實施例中，所述步驟s6包括以下步驟：

42、步驟s601：利用geomagic?design?x軟件進行重構(gòu)管路模型精度分析，該軟件能提供詳細的誤差測量和可視化，有助于識別和量化誤差，利用該軟件可以求解初始點云數(shù)據(jù)到重構(gòu)模型的距離；

43、步驟s602：制作重構(gòu)管路模型與原始點云數(shù)據(jù)之間的偏差云圖，依據(jù)初始點云數(shù)據(jù)到重構(gòu)模型的距離不同，給點云數(shù)據(jù)賦予不同的顏色，這種圖表可以直觀地顯示誤差的大小和分布；

44、步驟s603：對比分析重構(gòu)管路模型與原始點云數(shù)據(jù)之間的擬合精度，對管路測量的誤差進行評估。

45、本發(fā)明的有益效果至少包括如下之一：

46、1)、本發(fā)明提出了非接觸測量技術(shù)在管路類零件三維點云獲取過程中的流程規(guī)范。

47、2)、本發(fā)明總結(jié)出了一套適用于發(fā)動機管路數(shù)據(jù)點云的處理方法，實現(xiàn)了管路點云的特征提取和處理分析。

48、3)、本發(fā)明通過三維激光掃描儀測量發(fā)動機管路，不僅可以降低發(fā)動機管路裝配的時間成本，還可以減少對管路的磨損。