CN110599589A - 基于三维扫描的柔性拼接修复方法 - Google Patents

基于三维扫描的柔性拼接修复方法 Download PDF

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CN110599589A CN201910773798.6A CN201910773798A CN110599589A CN 110599589 A CN110599589 A CN 110599589A CN 201910773798 A CN201910773798 A CN 201910773798A CN 110599589 A CN110599589 A CN 110599589A
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孙翀翔
马刚
王喜华
赵波
李东和
高洪波
赵宏立
刘林
朱庭峰
马致远
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    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2200/00—Indexing scheme for image data processing or generation, in general
    • G06T2200/08—Indexing scheme for image data processing or generation, in general involving all processing steps from image acquisition to 3D model generation

Abstract

本发明公开了基于三维扫描的柔性拼接修复方法，通过对于布设的标志点，在扫描时，能够很好地对扫描仪实现反射，从而使扫描仪更准确的识别标志点，获取其三维坐标，扫描软件对工件蒙皮进行三维扫描得到的模型，在模型的拼接处会出现很大的误差区域，即为拼接误差，由于扫描设备制造误差、原理性误差及扫描操作者引起的不确定性因素等等都会带来拼接误差，为了消除拼接误差，对扫描软件的二次开发就显得尤为重要，在原有软件的基础上增加对拼接误差处的处理功能，可以对拼接误差进行修正，修正后的模型能够较好的实现了消除拼接误差的效果，对原有三维扫描软件的二次开发实现多幅扫描点云的快速拼接，基本消除了拼接误差，达到实际应用的要求。

Description

基于三维扫描的柔性拼接修复方法
技术领域
本发明涉及三维扫描建模技术领域，具体领域为基于三维扫描的柔性拼接修复方法。
背景技术
大型产品(4米周扫描收集数据)的三维扫描数据收集过程都会存在以下问题：扫描开始的第一张数据与最后一张采集的数据应该完整对齐拼接，但目前所有的国内外扫描仪产品都存在首尾拼接不齐，数据面分层，数据错位等问题。
目前为避免出现此问题，国内外扫描仪产品在采集数据过程中，通常采用的解决方法有两种(以汽车为例)：
1.收集产品扫描数据时，采用扫描产品数据对称部分的一半的方式，将采集后的数据进行中心对称面的镜像处理，来规避扫描仪在采集数据过程的不可避免误差，来实现数据的完整拼接，但误差依然集中存在镜像对称面处。
2.以汽车顶部为中心，用方射线方式由中心点开始，向四周进行逐步扫描，这样的方式对扫描仪误差的积累有了一定的降低，但在产品的底部数集拼接上，还是存在着数据面分层，数据错位等问题。都会影响到后期的软件造型与误差测量对比过程。
如果三维扫描仪不能实现扫描数据的完全拼接，那么后期的产品的精确测量就无法实现。也就不能真实的测量出设计图与生产的产品偏差。
三维扫描柔性拼接技术的开发是对三维扫描仪扫描出大型尺寸产品的数据进行误差平均算法处理，能够有效的保证数据的质量和精度要求，提高扫描数据的采集速度，高效的解决扫描仪自身在数据采集过程中产生的不可避免的误差。
扫描得到点云数据后，点云数据处理及模型重构过程也会给最终的CAD模型带来误差。误差的来源主要有以下几个方面。
(1)点云数据对齐带来的误差。
由于扫描多个视图的数据后需要进行对齐，软件在对齐数据时可能产生偏差，产生偏差的原因可能是没有足够的对齐信息。这就要求扫描时要得到足够的重合数据，提供给软件进行对齐运算。但用于对齐的定标点并非越多越好，只要能保证数据的重合部分有三个定标点即可。
(2)点云数据精简误差。
为了后续处理方便，对庞大的数据进行精简。这时，精简掉的数据将会损失部分精度，如问题分析中论述的汽车模型三角片精简带来的误差。精简数据量要适中，认为一般不超过原始数据量的50％。
发明内容
本发明的目的在于提供基于三维扫描的柔性拼接修复方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于三维扫描的柔性拼接修复方法，基于三维扫描的柔性拼接修复方法，包括以下具体步骤：
步骤一、在工件的表面设置配合三维扫描仪扫描使用的坐标系基点标志点以及若干区域标志点；
步骤二、在工件的表面设置配合三维扫描仪扫描使用的若干区域标志点；
步骤三、将若干标志点分隔标识为若干扫描区；
步骤四、利用三维扫描仪分别对各扫描区进行蒙皮扫描；
步骤五、将三维扫描仪对各扫描区扫描的数据导入至计算机中；
步骤六、利用计算机中配备的软件对各扫描区扫描的数据处理生成工件局部模型；
步骤七、利用计算机中配备的软件对步骤五中生成的工件局部模型进行拼接，生成完整工件模型；
步骤八、分析现有误差形成原因；
步骤九、利用C++开发编程语言，对现有的TechlegoVtop_V11.0_x64进行柔性拼接技术插件编写；
步骤十、插件的程序框架构建；
步骤十一、编写柔性拼接技术插件，并进行精度验证；
步骤十二、完成柔性拼接技术插件编写；
步骤十三、结合扫描软件进行稳定性测试；
步骤十四、最终扫描软件的效果展现；
步骤十五、完成操作。
优选的，所述三维扫描仪为PTOP-200型三维扫描仪，所述计算机中配备的软件为Techlegovtop2019旗舰版扫描软件。
优选的，所述三位扫描仪采用激光定位非接触式面扫描。
优选的，相邻的所述扫描区之间重合的区域标志点个数≥3。
优选的，所述重合的区域标志点两两之间的连线相交。
优选的，相邻的所述重合的所述区域标志点之间距离之比＞1或＜1。
优选的，所述坐标系基点标志点为十字形标记贴，所述区域标志点为圆形标记贴。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过对于布设的标志点，在扫描时，能够很好地对扫描仪实现反射，从而使扫描仪更准确的识别标志点，获取其三维坐标，在进行测量时，相邻的两次之间应不少于三个参考点重合，参考点的位置避免处于同一条直线上，参考点的分布尽量避免形成规则点阵，而且点与点之间的距离不能相同，扫描软件对工件蒙皮进行三维扫描得到的模型，在模型的拼接处会出现很大的误差区域，即为拼接误差，由于扫描设备制造误差、原理性误差及扫描操作者引起的不确定性因素等等都会带来拼接误差，为了消除拼接误差，对扫描软件的二次开发就显得尤为重要，在原有软件的基础上增加对拼接误差处的处理功能，可以对拼接误差进行修正，修正后的模型能够较好的实现了消除拼接误差的效果，对原有三维扫描软件的二次开发实现多幅扫描点云的快速拼接，基本消除了拼接误差，达到实际应用的要求。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：基于三维扫描的柔性拼接修复方法，包括以下具体步骤：
步骤一、在工件的表面设置配合三维扫描仪扫描使用的坐标系基点标志点以及若干区域标志点，在工件表面确定一个坐标系原点，为后续软件中建模提供一个基点；
步骤二、在工件的表面设置配合三维扫描仪扫描使用的若干区域标志点，由于工件体积较大，三维扫描仪无法完成一次性的扫描，需要将工件表面分隔为若干个小区域，方便三维扫描仪的扫描；
步骤三、将若干标志点分隔标识为若干扫描区，将不同的扫描区进行标号，方便后续再软件中将各部分模型拼接组装；
步骤四、利用三维扫描仪分别对各扫描区进行蒙皮扫描，三维扫描仪对各部分扫描区进行扫描收集数据；
步骤五、将三维扫描仪对各扫描区扫描的数据导入至计算机中；
步骤六、利用计算机中配备的软件对各扫描区扫描的数据处理生成工件局部模型，软件将三维扫描仪的扫描收集数据进行处理，生成各扫描区域的模型；
步骤七、利用计算机中配备的软件对步骤五中生成的工件局部模型进行拼接，生成完整工件模型；
步骤八、分析现有误差形成原因；
步骤九、利用C++开发编程语言，对现有的TechlegoVtop_V11.0_x64进行柔性拼接技术插件编写；
步骤十、插件的程序框架构建；
步骤十一、编写柔性拼接技术插件，并进行精度验证；
步骤十二、完成柔性拼接技术插件编写；
步骤十三、结合扫描软件进行稳定性测试；
步骤十四、最终扫描软件的效果展现；
步骤十五、完成操作。
具体而言，三维扫描仪为PTOP-200型三维扫描仪，计算机中配备的软件为Techlegovtop2019旗舰版扫描软件。
具体而言，三位扫描仪采用激光定位非接触式面扫描。
具体而言，相邻的扫描区之间重合的区域标志点个数≥3。
具体而言，重合的区域标志点两两之间的连线相交。
具体而言，相邻的重合的区域标志点之间距离之比＞1或＜1。
具体而言，坐标系基点标志点为十字形标记贴，区域标志点为圆形标记贴。
工作原理：本实施例中，本次扫描采用的扫描仪为PTOP-200型三维扫描仪，具体参数如下：扫描方式：激光定位非接触式面扫描，蓝光；分辨率(单位：像素)：500万单色；采集范围(单位：立方毫米)：60×45×45～600×450×450之间无极可调；测量精度(单位：毫米)：0.008～0.015(具有中国计量科学研究院校准证书)；单幅测量精度(单位：毫米)：0.004(具有中国计量科学研究院校准证书)；扫描距离(单位：毫米)：100～1250可调；单幅测量时间(单位：秒)：<3.5；测量点距(单位：毫米)：0.023～0.23；该扫描仪的性能参数完全可以胜任对整车车身蒙皮的扫描任务对于布设的标志点，在扫描时，能够很好地对扫描仪实现反射，从而使扫描仪更准确的识别标志点，获取其三维坐标。在进行测量时，相邻的两次之间应不少于三个参考点重合，参考点的位置避免处于同一条直线上，参考点的分布尽量避免形成规则点阵，而且点与点之间的距离不能相同，经Techlegovtop2019旗舰版扫描软件对工件蒙皮进行三维扫描得到的模型，在模型的拼接处会出现很大的误差区域，即为拼接误差，由于扫描设备制造误差、原理性误差及扫描操作者引起的不确定性因素等等都会带来拼接误差，为了消除拼接误差，对扫描软件的二次开发就显得尤为重要，通过开发插件的形式，镶嵌到原TechlegoVtop_V11.0_x6扫描软件中，在开发过程中进行测试，将存在的问题再进一步分析解决，最终达到消除拼接误差积累的问题，将扫描出来的每一幅点云，进行平均算法处理，可以对拼接误差进行修正，修正后的模型能够较好的实现了消除拼接误差的效果。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.基于三维扫描的柔性拼接修复方法，其特征在于：包括以下具体步骤：
步骤一、在工件的表面设置配合三维扫描仪扫描使用的坐标系基点标志点以及若干区域标志点；
步骤二、在工件的表面设置配合三维扫描仪扫描使用的若干区域标志点；
步骤三、将若干标志点分隔标识为若干扫描区；
步骤四、利用三维扫描仪分别对各扫描区进行蒙皮扫描；
步骤五、将三维扫描仪对各扫描区扫描的数据导入至计算机中；
步骤六、利用计算机中配备的软件对各扫描区扫描的数据处理生成工件局部模型；
步骤七、利用计算机中配备的软件对步骤五中生成的工件局部模型进行拼接，生成完整工件模型；
步骤八、分析现有误差形成原因；
步骤九、利用C++开发编程语言，对现有的TechlegoVtop_V11.0_x64进行柔性拼接技术插件编写；
步骤十、插件的程序框架构建；
步骤十一、编写柔性拼接技术插件，并进行精度验证；
步骤十二、完成柔性拼接技术插件编写；
步骤十三、结合扫描软件进行稳定性测试；
步骤十四、最终扫描软件的效果展现；
步骤十五、完成操作。
2.根据权利要求1所述的基于三维扫描的柔性拼接修复方法，其特征在于：所述三维扫描仪为PTOP-200型三维扫描仪，所述计算机中配备的软件为Techlegovtop2019旗舰版扫描软件。
3.根据权利要求2所述的基于三维扫描的柔性拼接修复方法，其特征在于：所述三位扫描仪采用激光定位非接触式面扫描。
4.根据权利要求1所述的基于三维扫描的柔性拼接修复方法，其特征在于：相邻的所述扫描区之间重合的区域标志点个数≥3。
5.根据权利要求4所述的基于三维扫描的柔性拼接修复方法，其特征在于：所述重合的区域标志点两两之间的连线相交。
6.根据权利要求4所述的基于三维扫描的柔性拼接修复方法，其特征在于：相邻的所述重合的所述区域标志点之间距离之比＞1或＜1。
7.根据权利要求1所述的基于三维扫描的柔性拼接修复方法，其特征在于：所述坐标系基点标志点为十字形标记贴，所述区域标志点为圆形标记贴。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112629425A (zh) * 2020-12-11 2021-04-09 北京卫星环境工程研究所 一种非接触式航天器舱段对接面干涉检查方法
CN113744388A (zh) * 2021-08-23 2021-12-03 太原向明智控科技有限公司 一种三维巷道建模系统及方法

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