CN105973149B - 一种用于测量液压管路空间尺寸的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量液压管路空间尺寸的方法，该方法利用拍照式三维扫描仪将被测液压管路的实际表面转化成点云，再基于点云构建液压管路空间模型，最后对液压管路空间模型开展几何量测量，获取被测液压管路的空间尺寸。本发明为控制液压管路几何成形质量提供了一种新的可靠的测量手段，不仅能够保证液压管路空间尺寸的测量精度，而且能够提高液压管路测量的效率，同时所提出的基于三维扫描的液压管路空间尺寸测量方法为柔性方法，无需配备多种量具，能够支持对各种管径的液压管路的尺寸量进行测量。

Description

一种用于测量液压管路空间尺寸的方法

技术领域

本发明涉及空间尺寸测量方法技术领域，尤其涉及一种用于测量液压管路空间尺寸的方法。

背景技术

液压管路作为液压系统重要的组成部分，其空间尺寸将直接影响液压系统安装的可靠性。在液压管路制造成形后，有必要测量液压管路的空间尺寸，确保液压管路各个直线段的长度偏差、弯折段的角度偏差处于允许的范围之内。同时，在复杂产品液压系统研发过程中，需要根据液压系统的布局，先通过手工弯制的方式获得管路样件，再利用测量得到的管路样件的尺寸，编写用于数控弯管机的成形代码，实现液压管路自动弯制。目前，为了获取液压管路空间尺寸，一种是采用直尺和量角尺进行测量，这种方式不仅测量精度较低，而且效率不高，难以满足液压管路的测量要求；另一种是采用专用的液压管路弯曲角测量量具，虽然精度和效率较高，但是这种方式需要根据液压管路的管径配备十多种不同规格的量具，且无法对液压管路直线段的长度进行测量。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种用于测量管路空间尺寸的方法，用以解决现有测量方法液压管路测量精度较差、测量效率较低的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种用于测量液压管路空间尺寸的方法，该测量方法的步骤为：

步骤一、通过三维扫描获取液压管路外表面的点云；

步骤二、利用圆柱面拟合液压管路直线段；

步骤三、利用平面拟合液压管路端面；

步骤四、基于拟合直线段和拟合端面获取首尾两端的液压管路的端面控制点；

步骤五、基于相邻拟合直线段获取其余液压管路的中间控制点；

步骤六、基于控制点以及液压管路管径、壁厚和弯曲半径等信息构建液压管路空间模型；

步骤七、基于液压管路空间模型测量液压管路实际空间尺寸。

步骤一具体为：

将液压管路放置于测量台上，使得所述液压管路处于静止状态；

利用拍照式三维扫描仪，在所述液压管路与标记点之间位置关系保持不变的条件下，从所述液压管路两端中的任意一端起，逐段对所述液压管路的外表面进行扫描，直至到达另外一端止，由此采样得到所述液压管路外表面的点云。

步骤二具体为：

挑选所述液压管路的某一直线段表面对应的点云，利用最小二乘法拟合圆柱面，并保证拟合过程使用了所述液压管路的该直线段对应点云总点数的80％以上的点；

使用相同方法对所述液压管路的其他直线段进行拟合圆柱面；

将所述液压管路的每一段直线段的拟合成的拟合圆柱面的轴线作为对应的直线段的拟合轴线；

该步骤中，最小二乘法的拟合思路为：调整拟合圆柱面的参数，使拟合过程中使用的所述液压管路的直线段对应点云的点，到拟合圆柱面的距离的平方和最小。

步骤三具体为：

根据所述液压管路的端面对应的点云，利用最小二乘法拟合平面，并保证拟合过程使用了所述液压管路的端面对应点云总点数的80％以上的点；

将所述液压管路端面的拟合成的平面作为所述液压管路的拟合端面；

该步骤中，最小二乘法的拟合思路为：调整平面的位置参数，使拟合过程中使用所述液压管路的端面对应的点云中的点，到拟合的平面的距离的平方和最小。

步骤四具体为：

通过几何求交点，得到所述液压管路的拟合端面和与其临近的所述液压管路的直线段对应的拟合轴线的交点，并将所得交点作为所述液压管路空间走向的端面控制点。

步骤五具体为：

通过几何方法，得到所述液压管路的任意两段直线段之间的所述液压管路空间走向的中间控制点；

几何方法为：

当所述液压管路的相邻的两段直线段的拟合轴线共面时，通过几何求交点，得到所述液压管路的相邻的两段直线段的拟合轴线交点，并将所得交点作为所述液压管路空间走向的中间控制点；

当所述液压管路的相邻的两段直线段的拟合轴线为异面直线时，通过几何方法，得到所述液压管路的相邻的两段直线段的拟合轴线的公垂线段的中点，并将所得中点作为所述液压管路空间走向的中间控制点。

步骤六具体为：

从所述液压管路的两个端面对应的拟合端面的任一个开始，按照各个所述液压管路直线段的拟合轴线的走向，对途经的中间控制点进行连线，并根据所述液压管路的弯曲段的弯曲半径对每个中间控制点处的折线进行倒圆角，形成的曲线即为所述液压管路的拟合中心线；

根据所述液压管路的壁厚和管径，绘制所述液压管路的截面，并以所述液压管路的截面为基准，根据所述液压管路的拟合中心线，拟合所述液压管路的空间模型。

步骤七具体为：

通过所述液压管路的空间模型，测量所述液压管理的各个直线段的长度，以及任意两个相邻的直线段的夹角和弯曲段的长度，再结合所述液压管路的壁厚和管径，得到所述液压管路的空间尺寸。

本发明有益效果如下：

本发明为控制液压管路几何成形质量提供了一种新的可靠的测量手段，不仅能够保证液压管路空间尺寸的测量精度，而且能够提高液压管路测量的效率，同时所提出的基于三维扫描的液压管路空间尺寸测量方法为柔性方法，无需配备多种量具，能够支持对各种管径的液压管路的尺寸量进行测量。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的特征和优点从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为为一种用于测量液压管路空间尺寸的方法的流程图。

图2为一种用于测量液压管路空间尺寸的方法的过程中液压管路直线段和端面拟合示意图。

图3为一种用于测量液压管路空间尺寸的方法的过程中端面控制点和中间控制点的示意图。

图4为一种用于测量液压管路空间尺寸的方法的过程中液压管路的空间模型示意图。

图中：1.点云、2.拟合圆柱面、3.拟合端面、4.拟合轴线、5.端面控制点、6.中间控制点、7.拟合中心线、8.空间模型。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

如图1所示为一种用于测量液压管路空间尺寸的方法，该测量方法的步骤为：

步骤一具体为：

将液压管路放置于测量台上，使得所述液压管路处于静止状态；

沿着所述液压管路的走向在测量台上粘贴标记点，确保标记点相互之间的间隔不超过阈值，且相邻三个标记点不处于同一条直线上，取阈值为5cm；

利用拍照式三维扫描仪，在所述液压管路与标记点之间位置关系保持不变的条件下，从所述液压管路两端中的任意一端起，逐段对所述液压管路的外表面进行扫描，直至到达另外一端止，使得液压管路的两端端面以及在圆周方向上的外表面均被扫描到，在此过程中，只要确保液压管路的两端端面以及在圆周方向上50％以上的外表面被扫描到就可以认为完成了外表面的扫描，本实施例中扫描全部外表面，由此采样得到所述液压管路外表面的点云1。

拍照式结构光三维扫描仪是一种高速高精度的三维扫描测量设备，采用结构光非接触照相测量原理，是结合结构光技术、相位测量技术、计算机视觉技术的复合三维非接触式测量设备。测量时光栅投影装置投影数幅特定编码的结构光到待测物体上，成一定夹角的两个摄像头同步采得相应图象，然后对图象进行解码和相位计算，并利用匹配技术、三角形测量原理,解算出两个摄像机公共视区内像素点的三维坐标。

步骤二具体为：

参照被测管路实物，通过比对确定所采集的液压管路点云上的全部直线段；

挑选所述液压管路的某一直线段表面对应的点云1，利用最小二乘法拟合圆柱面2，并保证拟合过程使用了所述液压管路的该直线段对应点云1总点数的80％以上的点；

使用相同方法对所述液压管路的其他直线段进行拟合圆柱面；

将所述液压管路的每一段直线段的拟合成的拟合圆柱面2的轴线作为对应的直线段的拟合轴线4；

该步骤中，最小二乘法的拟合思路为：调整拟合圆柱面2的参数，使拟合过程中使用的所述液压管路的直线段对应点云1的点，到拟合圆柱面2的距离的平方和最小。

步骤三具体为：

根据所述液压管路的端面对应的点云1，利用最小二乘法拟合平面，并保证拟合过程使用了所述液压管路的端面对应点云1总点数的80％以上的点；

将所述液压管路端面的拟合成的平面作为所述液压管路的拟合端面3；

该步骤中，最小二乘法的拟合思路为：调整平面的位置参数，使拟合过程中使用所述液压管路的端面对应的点云1中的点，到拟合的平面的距离的平方和最小。

如图2所示，即为步骤二及步骤三之后，得到的拟合圆柱面2和拟合端面3。

步骤四具体为：

通过几何求交点，得到所述液压管路的拟合端面3和与其临近的所述液压管路的直线段对应的拟合轴线4的交点，并将所得交点作为所述液压管路空间走向的端面控制点5。

步骤五具体为：

通过几何方法，得到所述液压管路的任意两段直线段之间的所述液压管路空间走向的中间控制点6；

几何方法为：

当所述液压管路的相邻的两段直线段的拟合轴线4共面时，通过几何求交点，得到所述液压管路的相邻的两段直线段的拟合轴线4交点，并将所得交点作为所述液压管路空间走向的中间控制点6；

当所述液压管路的相邻的两段直线段的拟合轴线4为异面直线时，通过几何方法，得到所述液压管路的相邻的两段直线段的拟合轴线4的公垂线段的中点，并将所得中点作为所述液压管路空间走向的中间控制点6。

如图3所示，即为步骤四及步骤五之后，得到的中间控制点6和端面控制点5。

步骤六具体为：

从所述液压管路的两个端面对应的拟合端面3的任一个开始，按照各个所述液压管路直线段的拟合轴线4的走向，对途经的中间控制点6进行连线，并根据所述液压管路的弯曲段的弯曲半径对每个中间控制点6处的折线进行倒圆角，形成的曲线即为所述液压管路的拟合中心线7；

根据所述液压管路的壁厚和管径，绘制所述液压管路的截面，并以所述液压管路的截面为基准，根据所述液压管路的拟合中心线7，拟合所述液压管路的空间模型8。

步骤七具体为：

通过所述液压管路的空间模型8，测量所述液压管理的各个直线段的长度，以及任意两个相邻的直线段的夹角和弯曲段的长度，再结合所述液压管路的壁厚和管径，得到所述液压管路的空间尺寸。

如图4所示，即为步骤六及步骤七之后，得到的拟合中心线7和空间模型8。

将液压管路的空间模型8与液压管路的点云1进行重合比对，拟合误差不大于±0.15mm，满足液压管路测量精度要求。

综上所述，本发明实施例提供一种用于测量液压管路空间尺寸的方法，在提高液压管路测量效率的同时，能够保证液压管路的测量精度，为控制液压管路几何成形质量提供了一种新的可靠的测量手段。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于测量液压管路空间尺寸的方法，其特征在于，该测量方法的步骤为：

步骤一、通过三维扫描获取液压管路外表面的点云，且50％以上的外表面被扫描到；

步骤二、利用圆柱面拟合液压管路直线段；

步骤三、利用平面拟合液压管路端面；

步骤四、基于拟合直线段和拟合端面获取首尾两端的液压管路的端面控制点；

步骤五、基于相邻拟合直线段获取其余液压管路的中间控制点；

步骤六、基于控制点以及液压管路管径、壁厚和弯曲半径等信息构建液压管路空间模型；

步骤七、基于液压管路空间模型测量液压管路实际空间尺寸；

所述步骤一为：

将液压管路放置于测量台上，使得所述液压管路处于静止状态；

利用拍照式三维扫描仪，从所述液压管路两端中的任意一端起，逐段对所述液压管路的外表面进行扫描，直至到达另外一端止，由此采样得到所述液压管路外表面的点云；

所述步骤五为：

通过几何方法，得到所述液压管路的任意两段直线段之间的所述液压管路空间走向的中间控制点；

所述几何方法为：

当所述液压管路的相邻的两段直线段的拟合轴线共面时，通过几何求交点，得到所述液压管路的相邻的两段直线段的拟合轴线交点，并将所得交点作为所述液压管路空间走向的中间控制点；

当所述液压管路的相邻的两段直线段的拟合轴线为异面直线时，通过几何方法，得到所述液压管路的相邻的两段直线段的拟合轴线的公垂线段的中点，并将所得中点作为所述液压管路空间走向的中间控制点；

所述步骤六为：

从所述液压管路的两个端面对应的拟合端面的任一个开始，按照各个所述液压管路直线段的拟合轴线的走向，对途经的中间控制点进行连线，并根据所述液压管路的弯曲段的弯曲半径对每个中间控制点处的折线进行倒圆角，形成的曲线即为所述液压管路的拟合中心线；

根据所述液压管路的壁厚和管径，绘制所述液压管路的截面，并以所述液压管路的截面为基准，根据所述液压管路的拟合中心线，拟合所述液压管路的空间模型。

2.根据权利要求1所述的用于测量液压管路空间尺寸的方法，其特征在于，所述步骤二为：

挑选所述液压管路的某一直线段表面对应的点云，利用最小二乘法拟合圆柱面；

使用相同方法对所述液压管路的其他直线段进行拟合圆柱面；

将所述液压管路的每一段直线段的拟合成的拟合圆柱面的轴线作为对应的直线段的拟合轴线。

3.根据权利要求2所述的用于测量液压管路空间尺寸的方法，其特征在于，所述步骤三为：

根据所述液压管路的端面对应的点云，利用最小二乘法拟合平面；

将所述液压管路端面的拟合成的平面作为所述液压管路的拟合端面。

4.根据权利要求3所述的用于测量液压管路空间尺寸的方法，其特征在于，所述步骤四为：

通过几何求交点，得到所述液压管路的拟合端面和与其临近的所述液压管路的直线段对应的拟合轴线的交点，并将所得交点作为所述液压管路空间走向的端面控制点。

5.根据权利要求4所述的用于测量液压管路空间尺寸的方法，其特征在于，所述步骤七为：

通过所述液压管路的空间模型，测量所述液压管理的各个直线段的长度，以及任意两个相邻的直线段的夹角和弯曲段的长度，再结合所述液压管路的壁厚和管径，得到所述液压管路的空间尺寸。