一種用于測量液壓管路空間尺寸的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于測量液壓管路空間尺寸的方法，該方法利用拍照式三維掃描儀將被測液壓管路的實際表面轉(zhuǎn)化成點云，再基于點云構建液壓管路空間模型，最后對液壓管路空間模型開展幾何量測量，獲取被測液壓管路的空間尺寸。本發(fā)明為控制液壓管路幾何成形質(zhì)量提供了一種新的可靠的測量手段，不僅能夠保證液壓管路空間尺寸的測量精度，而且能夠提高液壓管路測量的效率，同時所提出的基于三維掃描的液壓管路空間尺寸測量方法為柔性方法，無需配備多種量具，能夠支持對各種管徑的液壓管路的尺寸量進行測量。
【專利說明】
一種用于測量液壓管路空間尺寸的方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及空間尺寸測量方法技術領域，尤其涉及一種用于測量液壓管路空間尺寸的方法。
【背景技術】
[0002]液壓管路作為液壓系統(tǒng)重要的組成部分，其空間尺寸將直接影響液壓系統(tǒng)安裝的可靠性。在液壓管路制造成形后，有必要測量液壓管路的空間尺寸，確保液壓管路各個直線段的長度偏差、彎折段的角度偏差處于允許的范圍之內(nèi)。同時，在復雜產(chǎn)品液壓系統(tǒng)研發(fā)過程中，需要根據(jù)液壓系統(tǒng)的布局，先通過手工彎制的方式獲得管路樣件，再利用測量得到的管路樣件的尺寸，編寫用于數(shù)控彎管機的成形代碼，實現(xiàn)液壓管路自動彎制。目前，為了獲取液壓管路空間尺寸，一種是采用直尺和量角尺進行測量，這種方式不僅測量精度較低，而且效率不高，難以滿足液壓管路的測量要求；另一種是采用專用的液壓管路彎曲角測量量具，雖然精度和效率較高，但是這種方式需要根據(jù)液壓管路的管徑配備十多種不同規(guī)格的量具，且無法對液壓管路直線段的長度進行測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種用于測量管路空間尺寸的方法，用以解決現(xiàn)有測量方法液壓管路測量精度較差、測量效率較低的問題。
[0004]本發(fā)明的目的主要是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0005]—種用于測量液壓管路空間尺寸的方法，該測量方法的步驟為:
[0006]步驟一、通過三維掃描獲取液壓管路外表面的點云；
[0007]步驟二、利用圓柱面擬合液壓管路直線段；
[0008]步驟三、利用平面擬合液壓管路端面；
[0009]步驟四、基于擬合直線段和擬合端面獲取首尾兩端的液壓管路的端面控制點；
[0010]步驟五、基于相鄰擬合直線段獲取其余液壓管路的中間控制點；
[0011]步驟六、基于控制點以及液壓管路管徑、壁厚和彎曲半徑等信息構建液壓管路空間模型；
[0012]步驟七、基于液壓管路空間模型測量液壓管路實際空間尺寸。
[0013]步驟一具體為:
[0014]將液壓管路放置于測量臺上，使得所述液壓管路處于靜止狀態(tài)；
[0015]利用拍照式三維掃描儀，在所述液壓管路與標記點之間位置關系保持不變的條件下，從所述液壓管路兩端中的任意一端起，逐段對所述液壓管路的外表面進行掃描，直至到達另外一端止，由此采樣得到所述液壓管路外表面的點云。
[0016]步驟二具體為:
[0017]挑選所述液壓管路的某一直線段表面對應的點云，利用最小二乘法擬合圓柱面，并保證擬合過程使用了所述液壓管路的該直線段對應點云總點數(shù)的80%以上的點；
[0018]使用相同方法對所述液壓管路的其他直線段進行擬合圓柱面；
[0019]將所述液壓管路的每一段直線段的擬合成的擬合圓柱面的軸線作為對應的直線段的擬合軸線；
[0020]該步驟中，最小二乘法的擬合思路為:調(diào)整擬合圓柱面的參數(shù)，使擬合過程中使用的所述液壓管路的直線段對應點云的點，到擬合圓柱面的距離的平方和最小。
[0021]步驟三具體為:
[0022]根據(jù)所述液壓管路的端面對應的點云，利用最小二乘法擬合平面，并保證擬合過程使用了所述液壓管路的端面對應點云總點數(shù)的80%以上的點；[〇〇23]將所述液壓管路端面的擬合成的平面作為所述液壓管路的擬合端面；
[0024]該步驟中，最小二乘法的擬合思路為:調(diào)整平面的位置參數(shù)，使擬合過程中使用所述液壓管路的端面對應的點云中的點，到擬合的平面的距離的平方和最小。[〇〇25]步驟四具體為:
[0026]通過幾何求交點，得到所述液壓管路的擬合端面和與其臨近的所述液壓管路的直線段對應的擬合軸線的交點，并將所得交點作為所述液壓管路空間走向的端面控制點。 [〇〇27] 步驟五具體為:
[0028]通過幾何方法，得到所述液壓管路的任意兩段直線段之間的所述液壓管路空間走向的中間控制點；[〇〇29]幾何方法為:
[0030]當所述液壓管路的相鄰的兩段直線段的擬合軸線共面時，通過幾何求交點，得到所述液壓管路的相鄰的兩段直線段的擬合軸線交點，并將所得交點作為所述液壓管路空間走向的中間控制點；
[0031]當所述液壓管路的相鄰的兩段直線段的擬合軸線為異面直線時，通過幾何方法， 得到所述液壓管路的相鄰的兩段直線段的擬合軸線的公垂線段的中點，并將所得中點作為所述液壓管路空間走向的中間控制點。[〇〇32] 步驟六具體為:
[0033]從所述液壓管路的兩個端面對應的擬合端面的任一個開始，按照各個所述液壓管路直線段的擬合軸線的走向，對途經(jīng)的中間控制點進行連線，并根據(jù)所述液壓管路的彎曲段的彎曲半徑對每個中間控制點處的折線進行倒圓角，形成的曲線即為所述液壓管路的擬合中心線；
[0034]根據(jù)所述液壓管路的壁厚和管徑，繪制所述液壓管路的截面，并以所述液壓管路的截面為基準，根據(jù)所述液壓管路的擬合中心線，擬合所述液壓管路的空間模型。[〇〇35] 步驟七具體為:[〇〇36]通過所述液壓管路的空間模型，測量所述液壓管理的各個直線段的長度，以及任意兩個相鄰的直線段的夾角和彎曲段的長度，再結合所述液壓管路的壁厚和管徑，得到所述液壓管路的空間尺寸。[〇〇37]本發(fā)明有益效果如下:[〇〇38]本發(fā)明為控制液壓管路幾何成形質(zhì)量提供了一種新的可靠的測量手段，不僅能夠保證液壓管路空間尺寸的測量精度，而且能夠提高液壓管路測量的效率，同時所提出的基于三維掃描的液壓管路空間尺寸測量方法為柔性方法，無需配備多種量具，能夠支持對各種管徑的液壓管路的尺寸量進行測量。
[0039]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分的特征和優(yōu)點從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現(xiàn)和獲得。
【附圖說明】
[0040]附圖僅用于示出具體實施例的目的，而并不認為是對本發(fā)明的限制，在整個附圖中，相同的參考符號表不相同的部件。
[0041]圖1為為一種用于測量液壓管路空間尺寸的方法的流程圖。
[0042]圖2為一種用于測量液壓管路空間尺寸的方法的過程中液壓管路直線段和端面擬合示意圖。
[0043]圖3為一種用于測量液壓管路空間尺寸的方法的過程中端面控制點和中間控制點的示意圖。
[0044]圖4為一種用于測量液壓管路空間尺寸的方法的過程中液壓管路的空間模型示意圖。
[0045]圖中:1.點云、2.擬合圓柱面、3.擬合端面、4.擬合軸線、5.端面控制點、6.中間控制點、7.擬合中心線、8.空間模型。
【具體實施方式】
[0046]下面結合附圖來具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中，附圖構成本申請一部分，并與本發(fā)明的實施例一起用于闡釋本發(fā)明的原理。
[0047]如圖1所示為一種用于測量液壓管路空間尺寸的方法，該測量方法的步驟為:
[0048]步驟一具體為:
[0049]將液壓管路放置于測量臺上，使得所述液壓管路處于靜止狀態(tài)；
[0050]沿著所述液壓管路的走向在測量臺上粘貼標記點，確保標記點相互之間的間隔不超過閾值，且相鄰三個標記點不處于同一條直線上，取閾值為5cm;
[0051]利用拍照式三維掃描儀，在所述液壓管路與標記點之間位置關系保持不變的條件下，從所述液壓管路兩端中的任意一端起，逐段對所述液壓管路的外表面進行掃描，直至到達另外一端止，使得液壓管路的兩端端面以及在圓周方向上的外表面均被掃描到，在此過程中，只要確保液壓管路的兩端端面以及在圓周方向上50%以上的外表面被掃描到就可以認為完成了外表面的掃描，本實施例中掃描全部外表面，由此米樣得到所述液壓管路外表面的點云I。
[0052]拍照式結構光三維掃描儀是一種高速高精度的三維掃描測量設備，采用結構光非接觸照相測量原理，是結合結構光技術、相位測量技術、計算機視覺技術的復合三維非接觸式測量設備。測量時光柵投影裝置投影數(shù)幅特定編碼的結構光到待測物體上，成一定夾角的兩個攝像頭同步采得相應圖象，然后對圖象進行解碼和相位計算，并利用匹配技術、三角形測量原理，解算出兩個攝像機公共視區(qū)內(nèi)像素點的三維坐標。
[0053]步驟二具體為:
[0054]參照被測管路實物，通過比對確定所采集的液壓管路點云上的全部直線段；
[0055]挑選所述液壓管路的某一直線段表面對應的點云1，利用最小二乘法擬合圓柱面 2,并保證擬合過程使用了所述液壓管路的該直線段對應點云1總點數(shù)的80%以上的點；
[0056]使用相同方法對所述液壓管路的其他直線段進行擬合圓柱面；
[0057]將所述液壓管路的每一段直線段的擬合成的擬合圓柱面2的軸線作為對應的直線段的擬合軸線4;
[0058]該步驟中，最小二乘法的擬合思路為:調(diào)整擬合圓柱面2的參數(shù)，使擬合過程中使用的所述液壓管路的直線段對應點云1的點，到擬合圓柱面2的距離的平方和最小。[〇〇59] 步驟三具體為:
[0060]根據(jù)所述液壓管路的端面對應的點云1，利用最小二乘法擬合平面，并保證擬合過程使用了所述液壓管路的端面對應點云1總點數(shù)的80%以上的點；
[0061]將所述液壓管路端面的擬合成的平面作為所述液壓管路的擬合端面3;
[0062]該步驟中，最小二乘法的擬合思路為:調(diào)整平面的位置參數(shù)，使擬合過程中使用所述液壓管路的端面對應的點云1中的點，到擬合的平面的距離的平方和最小。[〇〇63] 如圖2所示，即為步驟二及步驟三之后，得到的擬合圓柱面2和擬合端面3。[〇〇64]步驟四具體為:
[0065]通過幾何求交點，得到所述液壓管路的擬合端面3和與其臨近的所述液壓管路的直線段對應的擬合軸線4的交點，并將所得交點作為所述液壓管路空間走向的端面控制點 5〇[〇〇66] 步驟五具體為:
[0067]通過幾何方法，得到所述液壓管路的任意兩段直線段之間的所述液壓管路空間走向的中間控制點6;[〇〇68]幾何方法為:
[0069]當所述液壓管路的相鄰的兩段直線段的擬合軸線4共面時，通過幾何求交點，得到所述液壓管路的相鄰的兩段直線段的擬合軸線4交點，并將所得交點作為所述液壓管路空間走向的中間控制點6;
[0070]當所述液壓管路的相鄰的兩段直線段的擬合軸線4為異面直線時，通過幾何方法， 得到所述液壓管路的相鄰的兩段直線段的擬合軸線4的公垂線段的中點，并將所得中點作為所述液壓管路空間走向的中間控制點6。
[0071]如圖3所示，即為步驟四及步驟五之后，得到的中間控制點6和端面控制點5。[〇〇72]步驟六具體為:
[0073]從所述液壓管路的兩個端面對應的擬合端面3的任一個開始，按照各個所述液壓管路直線段的擬合軸線4的走向，對途經(jīng)的中間控制點6進行連線，并根據(jù)所述液壓管路的彎曲段的彎曲半徑對每個中間控制點6處的折線進行倒圓角，形成的曲線即為所述液壓管路的擬合中心線7;
[0074]根據(jù)所述液壓管路的壁厚和管徑，繪制所述液壓管路的截面，并以所述液壓管路的截面為基準，根據(jù)所述液壓管路的擬合中心線7,擬合所述液壓管路的空間模型8。[〇〇75] 步驟七具體為:[〇〇76]通過所述液壓管路的空間模型8,測量所述液壓管理的各個直線段的長度，以及任意兩個相鄰的直線段的夾角和彎曲段的長度，再結合所述液壓管路的壁厚和管徑，得到所述液壓管路的空間尺寸。
[0077]如圖4所示，即為步驟六及步驟七之后，得到的擬合中心線7和空間模型8。
[0078]將液壓管路的空間模型8與液壓管路的點云I進行重合比對，擬合誤差不大于土0.15mm，滿足液壓管路測量精度要求。
[0079]綜上所述，本發(fā)明實施例提供一種用于測量液壓管路空間尺寸的方法，在提高液壓管路測量效率的同時，能夠保證液壓管路的測量精度，為控制液壓管路幾何成形質(zhì)量提供了一種新的可靠的測量手段。
[0080]本領域技術人員可以理解，實現(xiàn)上述實施例方法的全部或部分流程，可以通過計算機程序來指令相關的硬件來完成，所述的程序可存儲于計算機可讀存儲介質(zhì)中。其中，所述計算機可讀存儲介質(zhì)為磁盤、光盤、只讀存儲記憶體或隨機存儲記憶體等。
[0081]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種用于測量液壓管路空間尺寸的方法，其特征在于，該測量方法的步驟為: 步驟一、通過三維掃描獲取液壓管路外表面的點云； 步驟二、利用圓柱面擬合液壓管路直線段； 步驟三、利用平面擬合液壓管路端面； 步驟四、基于擬合直線段和擬合端面獲取首尾兩端的液壓管路的端面控制點； 步驟五、基于相鄰擬合直線段獲取其余液壓管路的中間控制點； 步驟六、基于控制點以及液壓管路管徑、壁厚和彎曲半徑等信息構建液壓管路空間模型； 步驟七、基于液壓管路空間模型測量液壓管路實際空間尺寸。2.根據(jù)權利要求1所述的測量方法，其特征在于，所述步驟一為: 將液壓管路放置于測量臺上，使得所述液壓管路處于靜止狀態(tài)； 利用拍照式三維掃描儀，從所述液壓管路兩端中的任意一端起，逐段對所述液壓管路的外表面進行掃描，直至到達另外一端止，由此采樣得到所述液壓管路外表面的點云。3.根據(jù)權利要求1或2所述的測量方法，其特征在于，所述步驟二為: 挑選所述液壓管路的某一直線段表面對應的點云，利用最小二乘法擬合圓柱面； 使用相同方法對所述液壓管路的其他直線段進行擬合圓柱面； 將所述液壓管路的每一段直線段的擬合成的擬合圓柱面的軸線作為對應的直線段的擬合軸線。4.根據(jù)權利要求3所述的測量方法，其特征在于，所述步驟三為: 根據(jù)所述液壓管路的端面對應的點云，利用最小二乘法擬合平面； 將所述液壓管路端面的擬合成的平面作為所述液壓管路的擬合端面。5.根據(jù)權利要求1或4所述的測量方法，其特征在于，所述步驟四為: 通過幾何求交點，得到所述液壓管路的擬合端面和與其臨近的所述液壓管路的直線段對應的擬合軸線的交點，并將所得交點作為所述液壓管路空間走向的端面控制點。6.根據(jù)權利要求5所述的測量方法，其特征在于，所述步驟五為: 通過幾何方法，得到所述液壓管路的任意兩段直線段之間的所述液壓管路空間走向的中間控制點； 所述幾何方法為: 當所述液壓管路的相鄰的兩段直線段的擬合軸線共面時，通過幾何求交點，得到所述液壓管路的相鄰的兩段直線段的擬合軸線交點，并將所得交點作為所述液壓管路空間走向的中間控制點； 當所述液壓管路的相鄰的兩段直線段的擬合軸線為異面直線時，通過幾何方法，得到所述液壓管路的相鄰的兩段直線段的擬合軸線的公垂線段的中點，并將所得中點作為所述液壓管路空間走向的中間控制點。7.根據(jù)權利要求1或6所述的測量方法，其特征在于，所述步驟六為: 從所述液壓管路的兩個端面對應的擬合端面的任一個開始，按照各個所述液壓管路直線段的擬合軸線的走向，對途經(jīng)的中間控制點進行連線，并根據(jù)所述液壓管路的彎曲段的彎曲半徑對每個中間控制點處的折線進行倒圓角，形成的曲線即為所述液壓管路的擬合中心線；根據(jù)所述液壓管路的壁厚和管徑，繪制所述液壓管路的截面，并以所述液壓管路的截 面為基準，根據(jù)所述液壓管路的擬合中心線，擬合所述液壓管路的空間模型。8.根據(jù)權利要求7所述的測量方法，其特征在于，所述步驟七為:通過所述液壓管路的空間模型，測量所述液壓管理的各個直線段的長度，以及任意兩 個相鄰的直線段的夾角和彎曲段的長度，再結合所述液壓管路的壁厚和管徑，得到所述液 壓管路的空間尺寸。
【文檔編號】G01B11/00GK105973149SQ201610580132
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年7月21日
【發(fā)明人】蔣科, 吳世蔚, 張冠中, 趙莉
【申請人】北京機械設備研究所