CN113048920A - 工业结构件平面度的测量方法、装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种工业结构件平面度的测量方法、装置和电子设备，包括：获取待测量工业结构件的点云数据，并对点云数据进行网格划分，得到多个点云网格；根据预设局部分块原则获取当前点云网格的局部分块；对局部分块内的点云数据进行平面拟合，并基于拟合得到的平面方程计算当前点云网格的平面度；返回执行根据预设局部分块原则获取当前点云网格的局部分块的步骤，直至遍历所有点云网格，得到所有点云网格的平面度；根据所有点云网格的平面度计算待测量工业结构件的整体平面度。本发明的方法能够拟合得到准确的平面方程，进而计算得到的各点云网格的平面度也更加准确，最后计算得到的待测量工业结构件的整体平面度也更加准确，鲁棒性好。

Description

工业结构件平面度的测量方法、装置和电子设备

技术领域

本发明涉及光学测量的技术领域，尤其是涉及一种工业结构件平面度的测量方法、装置和电子设备。

背景技术

平面度是GD&T(Geometric Dimensioning and Tolerancing：国际形位公差规定)里的重要参数，是精密测量领域质量控制的关键参数。在智能制造行业的3C产品(如：计算机类、通信类、消费类电子产品)、印刷电路板(PCB)、半导体、新能源电池等产品出厂前及检修时，常常需要对其表面进行平面度测量。例如，对笔记本外壳的平面度进行测量，再利用测量出来的平面度信息与设计值作对比，从而判断笔记本外壳是否发生形变；再例如，对3C结构件平面度进行测量，从而判断3C结构件的平面度是否达标；以及，对电池外包面的平面度进行测量，从而判断电池有没有鼓包等。

现有技术提出了一种利用点云数据进行平面度测量的方法，具体过程为：获取测量平面的点云并进行网格划分；采用最小二乘法对每个网格内的点云进行平面度拟合得到拟合平面；计算网格内的每个点云到其对应的拟合平面的距离，并将每个网格内的所有点云按照上述距离的绝对值降序排列，得到每个网格的点云序列；剔除每个网格的点云序列中排在前面5％的点云，对余下的点云进行平面度拟合获得测量平面的平面度。

上述平面度测量的方法中，先通过网格划分、单个网格平面度拟合的方式去除每个网格中的噪点点云，进而再对余下的点云进行平面度拟合获得测量平面的平面度，但是当结构件本身不够平整时，对余下的点云进行平面度拟合时，无法拟合得到准确平面，进而确定的测量平面的平面度准确性差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种工业结构件平面度的测量方法、装置和电子设备，以缓解现有的平面度测量方法无法拟合得到准确平面所导致的最终的平面度准确性差的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种工业结构件平面度的测量方法，包括：

获取待测量工业结构件的点云数据，并对所述点云数据进行网格划分，得到多个点云网格；

根据预设局部分块原则获取当前点云网格的局部分块，其中，所述局部分块为所述当前点云网格和与所述当前点云网格相邻的点云网格组成的分块；

对所述局部分块内的点云数据进行平面拟合，并基于拟合得到的平面方程计算所述当前点云网格的平面度；

返回执行根据预设局部分块原则获取当前点云网格的局部分块的步骤，直至遍历所有点云网格，得到所有点云网格的平面度；

根据所述所有点云网格的平面度计算所述待测量工业结构件的整体平面度。

进一步的，对所述点云数据进行网格划分，包括：

获取预设网格尺寸，其中，所述预设网格尺寸为根据采集所述点云数据的传感器的精度确定的；

在预设平面上按照所述预设网格尺寸对所述点云数据进行网格划分，得到所述多个点云网格。

进一步的，对所述局部分块内的点云数据进行平面拟合，包括：

采用随机采样一致性算法对所述局部分块内的点云数据进行平面拟合，得到所述平面方程。

进一步的，当采用随机采样一致性算法对所述局部分块内的点云数据进行平面拟合时，迭代次数

其中，t表示所述迭代次数，η表示平均真值评估次数，γ表示局内点概率，

P_inlier表示局内点数量，P_meshi,j表示所述局部分块内的点数量，其中，当点云数据到平面方程的距离在容许误差内，则确定所述点云数据为局内点，所述容许误差为根据采集所述点云数据的传感器的精度确定。

进一步的，基于拟合得到的平面方程计算所述当前点云网格的平面度，包括：

计算所述当前点云网格内的各点云数据到所述平面方程的距离；

剔除所述距离中的异常距离，得到剩余距离，其中，所述异常距离为大于预设阈值的距离，所述预设阈值为根据容许误差确定的；

根据所述剩余距离计算所述当前点云网格的平面度。

进一步的，根据所述所有点云网格的平面度计算所述待测量工业结构件的整体平面度，包括：

计算所述所有点云网格的平面度的平均值；

将所述平均值作为所述待测量工业结构件的整体平面度。

进一步的，当所述当前点云网格为mesh_i,j时，与所述当前点云网格相邻的点云网格包括：mesh_i-1,j+1、mesh_i,j+1、mesh_i+1,j+1、mesh_i-1,j、mesh_i+1,j、mesh_i-1,j-1、mesh_i,j-1、和mesh_i+1,j-1。

第二方面，本发明实施例还提供了一种工业结构件平面度的测量装置，包括：

获取和网格划分单元，用于获取待测量工业结构件的点云数据，并对所述点云数据进行网格划分，得到多个点云网格；

获取单元，用于根据预设局部分块原则获取当前点云网格的局部分块，其中，所述局部分块为所述当前点云网格和与所述当前点云网格相邻的点云网格组成的分块；

平面拟合和计算单元，用于对所述局部分块内的点云数据进行平面拟合，并基于拟合得到的平面方程计算所述当前点云网格的平面度；

返回执行单元，用于返回执行根据预设局部分块原则获取当前点云网格的局部分块的步骤，直至遍历所有点云网格，得到所有点云网格的平面度；

计算单元，用于根据所述所有点云网格的平面度计算所述待测量工业结构件的整体平面度。

第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面任一项所述的方法的步骤。

第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有机器可运行指令，所述机器可运行指令在被处理器调用和运行时，所述机器可运行指令促使所述处理器运行上述第一方面任一项所述的方法。

在本发明实施例中，提供了一种工业结构件平面度的测量方法，包括：先获取待测量工业结构件的点云数据，并对点云数据进行网格划分，得到多个点云网格；然后，根据预设局部分块原则获取当前点云网格的局部分块；进而，对局部分块内的点云数据进行平面拟合，并基于拟合得到的平面方程计算当前点云网格的平面度；再返回执行根据预设局部分块原则获取当前点云网格的局部分块的步骤，直至遍历所有点云网格，得到所有点云网格的平面度；最后，根据所有点云网格的平面度计算待测量工业结构件的整体平面度。通过上述描述可知，本发明的测量方法，在进行平面拟合时，不仅利用了当前点云网格的点云数据，还利用了与当前点云网格相邻的点云网格的点云数据，足够多的数据量参与平面拟合使得拟合得到的平面方程更加准确，此外，相较于对待测量工业结构件的全部点云数据进行平面拟合的方式，本发明采用对上述全部点云数据的局部化点云数据平面拟合，使得当待测量工业结构件不够平整时，也能拟合得到准确的平面方程，进而根据拟合得到的准确的平面方程计算得到的各点云网格的平面度更加准确，最后根据各点云网格的平面度计算得到的待测量工业结构件的整体平面度也更加准确，鲁棒性好，缓解了现有的平面度测量方法无法拟合得到准确平面所导致的最终的平面度准确性差的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种工业结构件平面度的测量方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的对点云数据进行网格划分的方法流程图；

图3为本发明实施例提供的基于拟合得到的平面方程计算当前点云网格的平面度的方法流程图；

图4为本发明实施例提供的根据所有点云网格的平面度计算待测量工业结构件的整体平面度的方法流程图；

图5为本发明实施例提供的一种工业结构件平面度的测量装置的示意图；

图6为本发明实施例提供的一种电子设备的示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

目前，在利用点云数据对工业结构件的平面度进行测量时，先去除点云数据中的噪点数据，然后再对余下的所有点云数据进行平面拟合，进而获得工业结构件的平面度。上述对去除噪点后的所有点云数据进行平面拟合确定工业结构件平面度的方式中，当工业结构件不够平整时，平面拟合得到平面方程准确性差，进而根据准确性差的平面方程计算得到的平面度也不够准确。

基于此，本实施例提供了一种工业结构件平面度的测量方法，该方法在进行平面拟合时，不仅利用了当前点云网格的点云数据，还利用了与当前点云网格相邻的点云网格的点云数据，足够多的数据量参与平面拟合使得拟合得到的平面方程更加准确，此外，相较于对待测量工业结构件的全部点云数据进行平面拟合的方式，本发明采用对上述全部点云数据的局部化点云数据平面拟合，使得当待测量工业结构件不够平整时，也能拟合得到准确的平面方程，进而根据拟合得到的准确的平面方程计算得到的各点云网格的平面度更加准确，最后根据各点云网格的平面度计算得到的待测量工业结构件的整体平面度也更加准确，鲁棒性好。

下面结合附图对本发明实施例进行进一步介绍。

实施例一：

根据本发明实施例，提供了一种工业结构件平面度的测量方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明实施例的一种工业结构件平面度的测量方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S102，获取待测量工业结构件的点云数据，并对点云数据进行网格划分，得到多个点云网格；

具体的，本发明的测量方法可以由处理器或服务器等执行，本发明实施例对上述执行主体不进行具体限制。

在进行测量时先获取待测量工业结构件的点云数据，令点云数据为：P＝{p₁,p₂,...,p_k,...,p_n}，其中，p_k的x，y，z值分别为第k个点云数据的x坐标，y坐标，z坐标，当点云数据在txt文件中进行存储时，p_k的x，y，z值分别为第k行的第一个元素(x)，第二个元素(y)，第三个元素(z)。

在得到上述点云数据后，对点云数据进行网格划分，下文中再对该过程进行详细描述，在此不再赘述。

步骤S104，根据预设局部分块原则获取当前点云网格的局部分块，其中，局部分块为当前点云网格和与当前点云网格相邻的点云网格组成的分块；

发明人考虑到只采用当前点云网格的点云数据进行平面拟合时，由于网格尺寸过小，数据量太少，拟合得到的平面方程不准确，不稳定，为了保证有足够多的点云数据来拟合高准确度的平面方程，发明人设定了局部分块原则，根据预设局部分块原则获取当前点云网格的局部分块，该局部分块中不仅包含当前点云网格的点云数据，还包含与当前点云网格相邻的点云网格的点云数据，后续进行平面拟合时，不仅利用了当前点云网格的点云数据，还利用了与当前点云网格相邻的点云网格的点云数据，这样拟合得到的平面方程更加准确。

当当前点云网格为mesh_i,j(即第(i，j)号点云网格)时，表示为mesh_i,j＝{p_(i,j)1,p_(i,j)2,...,p_(i,j)k,...,p_(i,j)n}，与当前点云网格相邻的点云网格包括：mesh_i-1,j+1、mesh_i,j+1、mesh_i+1,j+1、mesh_i-1,j、mesh_i+1,j、mesh_i-1,j-1、mesh_i,j-1、和mesh_i+1,j-1。即将上述8个相邻的点云网格内的点云数据加入到第(i，j)号点云网格的局部分块中，如此，第(i，j)号点云网格的局部分块的点云数据P_meshi,j可表示为

需要注意的是，若当前点云网格为边界点云网格时，与当前点云网格相邻的点云网格则跳过越界的下标即可。

步骤S106，对局部分块内的点云数据进行平面拟合，并基于拟合得到的平面方程计算当前点云网格的平面度；

如上述步骤S104中在举例，对

进行平面拟合，拟合得到平面方程。由于参与拟合的数据量足够多，另外，局部化的点云数据相较于待测量工业结构件全局的点云数据，其更加平整(就是说当待测量工业结构件不够平整时，其局部可看做是平整的，)，因此，不管是相较于单个点云网格的点云数据拟合得到的平面方程，还是相较于所有的点云数据拟合得到的平面方程，本发明所拟合得到的平面方程都更加准确。

下文中再对基于拟合得到的平面方程计算当前点云网格的平面度的过程进行详细介绍。

步骤S108，是否遍历完所有点云网格；若未遍历完所有点云网格，则返回步骤S104；若已遍历完所有点云网格，则执行步骤S110；

步骤S110，获取所有点云网格的平面度；

步骤S112，根据所有点云网格的平面度计算待测量工业结构件的整体平面度。

在本发明实施例中，提供了一种工业结构件平面度的测量方法，包括：先获取待测量工业结构件的点云数据，并对点云数据进行网格划分，得到多个点云网格；然后，根据预设局部分块原则获取当前点云网格的局部分块；进而，对局部分块内的点云数据进行平面拟合，并基于拟合得到的平面方程计算当前点云网格的平面度；再返回执行根据预设局部分块原则获取当前点云网格的局部分块的步骤，直至遍历所有点云网格，得到所有点云网格的平面度；最后，根据所有点云网格的平面度计算待测量工业结构件的整体平面度。通过上述描述可知，本发明的测量方法，在进行平面拟合时，不仅利用了当前点云网格的点云数据，还利用了与当前点云网格相邻的点云网格的点云数据，足够多的数据量参与平面拟合使得拟合得到的平面方程更加准确，此外，相较于对待测量工业结构件的全部点云数据进行平面拟合的方式，本发明采用对上述全部点云数据的局部化点云数据平面拟合，使得当待测量工业结构件不够平整时，也能拟合得到准确的平面方程，进而根据拟合得到的准确的平面方程计算得到的各点云网格的平面度更加准确，最后根据各点云网格的平面度计算得到的待测量工业结构件的整体平面度也更加准确，鲁棒性好，缓解了现有的平面度测量方法无法拟合得到准确平面所导致的最终的平面度准确性差的技术问题。

上述内容对本发明的工业结构件平面度的测量方法进行了简要介绍，下面对其中涉及到的具体内容进行详细描述。

在本发明的一个可选实施例中，参考图2，上述步骤S102，对点云数据进行网格划分，具体包括如下步骤：

步骤S201，获取预设网格尺寸，其中，预设网格尺寸为根据采集点云数据的传感器的精度确定的；

发明人考虑到当网格尺寸L过大时，会失去较多的局部信息；而当网格尺寸L过小时，平面拟合时的点云数据的数据量不够，导致拟合得到的平面不稳定，准确性低。因此，发明人将上述预设网格尺寸设置为采集点云数据的传感器精度的10倍，该预设网格尺寸能够保证局部信息足够多的同时也能利用相邻信息保证平面拟合的稳定性，也就是可以保证有足够多的点云数据进行平面拟合，也能够保证平面拟合的准确性。

步骤S202，在预设平面上按照预设网格尺寸对点云数据进行网格划分，得到多个点云网格。

具体的，忽略z值，在XOY平面上对点云数据进行正方形网格划分。

若点云数据P中，x，y的最大最小值分别为x_max，x_min，y_max，y_min。当预设网格尺寸为L时，划分得到的多个点云网格的数量m为：

在本发明的一个可选实施例中，上述步骤S104，对局部分块内的点云数据进行平面拟合，具体包括：采用随机采样一致性算法对局部分块内的点云数据进行平面拟合，得到平面方程。

具体的，当采用随机采样一致性算法对局部分块内的点云数据进行平面拟合时，迭代次数

其中，t表示迭代次数，η表示平均真值评估次数，γ表示局内点概率，

P_inlier表示局内点数量，P_meshi,j表示局部分块内的点数量，其中，当点云数据到平面方程的距离在容许误差内，则确定点云数据为局内点，容许误差为根据采集点云数据的传感器的精度确定。

发明人考虑到现有技术的测量方法中，是采用最小二乘法对每个点云网格内的点云数据进行平面拟合的，但是工业结构件的点云数据有很多情况会出现单个网格内部不只是一个平面的情况，比如PCB板上存在电容、电阻、芯片等零件，当存在不是噪点的局外点的情况下，采用最小二乘法无法拟合得到准确的平面方程。而随机采样一致性算法拟合平面的方法可以保证即使数据存在局外点，也能够鲁棒的提取出近似于真值的平面方程。

下面对上述平面拟合的过程进行详细说明：

将局部分块内的点云数据

作为输入进行随机采样一致性算法(RANSAC)平面拟合，输出得到平面方程。

上述算法通过反复选择点云数据中的一组随机子集来达成目标。被选取的子集被假设为局内点(inlier)，并用下述方法进行验证：

假设：随机取三点为局内点拟合一个假设平面方程；

判断：如果某个点在容许误差以内，则将该点记录为该平面方程的局内点；

统计：统计局内点个数；

迭代：上述过程迭代t次；

估计：如果在t次迭代过程中发现了更好的(局内点更多的)平面方程，则更新保存该平面方程直到更好的平面方程出现。

上述迭代次数越多结果越收敛，平面方程越接近真值，为了保证平面方程的准确性，就必须保证迭代次数能够满足平面方程足够收敛，但是在实际处理中，不可能把迭代次数t设置为某一个很大的固定值来保证结果的准确性，因为这样会耗费很多无用的计算时间，本发明提出了一种平均真值评估次数的概念来保证平面方程足够收敛。γ表示局内点概率，计算公式为：

P_inlier表示局内点数量，P_meshi,j表示局部分块内的点数量。

若随机取得的三点全部落在真值上的次数为η(即平均真值评估次数)，则迭代次数

表示在迭代次数t内，随机取得的三点有η次落在了真值上，这样就把棘手的迭代次数t的值难以设置的问题巧妙的转换成了平均真值评估次数的设置，而平均真值评估次数即使设置为1也能够保证平面方程收敛。本发明中，为了保证性能和精度的平衡，将平均真值评估次数η设置为10-50次。

另外一个关键阈值则是平面方程的容许误差ε，其表示点到平面方程的距离在容许误差以内时，则认为该点为局内点；反之，则为局外点。该容许误差ε是根据采集点云数据的传感器的精度确定的。例如，采集点云数据的传感器的精度σ为0.4μm时，因为激光雷达点云数据符合正态分布，考虑到尽最大可能保持点云数据精度，取±3σ范围内(即6个σ范围内)的点云数据保证99％的点云数据都能包含在该平面方程中。所以，在该传感器采集的点云数据拟合平面时，容许误差应设定为0.4μm×6＝2.4μm。

上述内容对平面拟合的过程进行了详细介绍，下面对计算当前点云网格的平面度的过程进行详细描述。

在本发明的一个可选实施例中，参考图3，上述步骤S106，基于拟合得到的平面方程计算当前点云网格的平面度，具体包括如下步骤：

步骤S301，计算当前点云网格内的各点云数据到平面方程的距离；

具体的，若得到的平面方程为：Ax+By+Cz＝0，点p_(i,j)k到平面方程的距离d可由下式求得：

那么，当前点云网格内的各点云数据{p_(i,j)1,p_(i,j)2,...,p_(i,j)k,...,p_(i,j)n}到平面方程的距离记为D＝{d₁,d₂,...,d_n}。

步骤S302，剔除距离中的异常距离，得到剩余距离，其中，异常距离为大于预设阈值的距离，预设阈值为根据容许误差确定的；

具体的，上述预设阈值的大小可以为100倍的容许误差，也就是当距离中的某一距离大于100倍的容许误差时，则确定与该距离对应的点游离在工业结构件的点云数据之外，是噪点，并将上述确定得到的异常距离剔除，得到剩余距离。

相较于现有技术中的通过设定固定阈值的方式剔除噪点(将每个网格的点云序列中排在前面5％的点云作为噪点剔除)，本发明中的剔除异常距离方式更加准确，更能适应多变的测量环境。因为通过设定固定阈值的方式剔除噪点会导致当点云数据很多的情况下，点云数据会被误删除；而当点云数据较少的情况下，噪点删除不干净，上述剔除异常距离的方式中，异常距离是根据容许误差确定的，更加科学、准确。

步骤S303，根据剩余距离计算当前点云网格的平面度。

具体的，当前点云网格mesh_i,j的平面度：

即当前点云网格mesh_i,j的平面度为剩余距离中的最大距离与剩余距离中的最小距离的差。

上述内容对计算当前点云网格的平面度的过程进行了详细描述，下面对计算待测量工业结构件的整体平面度的过程进行详细介绍。

在本发明的一个可选实施例中，参考图4，上述步骤S112，根据所有点云网格的平面度计算待测量工业结构件的整体平面度，具体包括如下步骤：

步骤S401，计算所有点云网格的平面度的平均值；

具体的，按照

计算所有点云网格的平面度的平均值，其中，F表示平均值，n表示所有点云网格的总个数，length表示横轴方向点云网格的个数，width表示纵轴方向点云网格的个数，

表示第(i，j)号点云网格(mesh_i,j)的平面度。

步骤S402，将平均值作为待测量工业结构件的整体平面度。

下面对本发明测量方法的各关键点进行说明：

关键点1：网格划分。本发明虽然也采用了网格划分进行点云局部化，但是网格划分的出发点与现有技术完全不同。现有技术对点云数据进行网格划分的目的是为了降噪，而本发明进行网格划分的目的有两个：一是不仅能获取工业结构件每个部位的局部平面度信息(即点云网格的平面度)，也能获取工业结构件的整体平面度信息；二是当工业结构件本身不够平整时，比如笔记本外壳发生轻微弯曲，根据整体的点云数据是不能够拟合出准确平面方程的，针对该种情况，需要对整体点云进行局部分块，局部分块相对较为平整，进而根据局部分块的点云便可以拟合出准确的平面方程；

关键点2：相邻的点云网格的利用。一般情况下认为平面越大越稳定，准确度越高，但是当工业结构件不够平整时，必须对整体点云进行局部分块处理，之后再根据局部分块中的点云数据拟合平面方程。在此种情况下，不同于现有技术中的只利用单个点云网格内的点云数据进行平面拟合，本发明不仅利用当前点云网格内的点云数据来拟合平面方程，还利用了相邻点云网格的点云数据一起拟合平面方程，确保了足够多的数据量参与平面拟合，使得拟合得到的平面方程更加准确；

关键点3：随机采样一致性算法拟合平面方程。现有技术采用最小二乘法对每个点云网格内的点云数据进行平面拟合后，再根据网格内的各点到拟合得到的平面方程的距离进行去噪，但是工业结构件的点云数据有很多情况会出现单个点云网格内不只存在一个平面，例如，PCB板上存在电容、电阻、芯片等零件时，当存在不是噪点的局外点的情况下，采用最小二乘法无法拟合得到准确的平面方程，进而，基于不准确的平面方程来对点云网格内的点云数据进行去噪本身也不合理。本发明采用鲁棒性强的RANSAC算法进行平面拟合，在存在噪点和局外点(非噪点，不属于平面方程的其它结构)的情况下，也能够确保拟合得到收敛的、准确性高的平面方程。

关键点4：关键参数的设置。在平面拟合的过程中，把棘手的迭代次数难以设置的问题巧妙的转换成了平均真值评估次数的设置，而平均真值评估次数即使设置为1，也能够保证平面方程收敛。通常，为了保证性能和精度的平衡，将平均真值评估次数设置为10-50。另外一个关键参数为平面方程的容许误差，其是按照传感器的精度设定的，由于激光雷达点云数据符合正态分布，考虑到尽最大可能保持点云数据的精度，取±3σ(σ表示传感器的精度)范围内的数据，保证99％的数据都能包含在平面方程中。

本发明的工业结构件平面度的测量方法具有以下优点：

1、全自动化：整个处理过程完全自动化，智能化程度高；

2、鲁棒性强：本发明的方法在点云网格内存在噪点和局外点的情况下，也能拟合得到准确的平面方程；

3、智能的参数设定：整个过程中设置的参数都可以参考激光雷达(即采集点云数据的传感器)的精度来设置，理解性强，设置方便；

4、既有局部平面度信息，也有整体平面度信息，更加全面。

实施例二：

本发明实施例还提供了一种工业结构件平面度的测量装置，该工业结构件平面度的测量装置主要用于执行本发明实施例一中所提供的工业结构件平面度的测量方法，以下对本发明实施例提供的工业结构件平面度的测量装置做具体介绍。

图5是根据本发明实施例的一种工业结构件平面度的测量装置的示意图，如图5所示，该装置主要包括：获取和网格划分单元10、获取单元20、平面拟合和计算单元30、返回执行单元40和计算单元50，其中：

获取和网格划分单元，用于获取待测量工业结构件的点云数据，并对点云数据进行网格划分，得到多个点云网格；

获取单元，用于根据预设局部分块原则获取当前点云网格的局部分块，其中，局部分块为当前点云网格和与当前点云网格相邻的点云网格组成的分块；

平面拟合和计算单元，用于对局部分块内的点云数据进行平面拟合，并基于拟合得到的平面方程计算当前点云网格的平面度；

返回执行单元，用于返回执行根据预设局部分块原则获取当前点云网格的局部分块的步骤，直至遍历所有点云网格，得到所有点云网格的平面度；

计算单元，用于根据所有点云网格的平面度计算待测量工业结构件的整体平面度。

在本发明实施例中，提供了一种工业结构件平面度的测量装置，包括：先获取待测量工业结构件的点云数据，并对点云数据进行网格划分，得到多个点云网格；然后，根据预设局部分块原则获取当前点云网格的局部分块；进而，对局部分块内的点云数据进行平面拟合，并基于拟合得到的平面方程计算当前点云网格的平面度；再返回执行根据预设局部分块原则获取当前点云网格的局部分块的步骤，直至遍历所有点云网格，得到所有点云网格的平面度；最后，根据所有点云网格的平面度计算待测量工业结构件的整体平面度。通过上述描述可知，本发明的测量装置，在进行平面拟合时，不仅利用了当前点云网格的点云数据，还利用了与当前点云网格相邻的点云网格的点云数据，足够多的数据量参与平面拟合使得拟合得到的平面方程更加准确，此外，相较于对待测量工业结构件的全部点云数据进行平面拟合的方式，本发明采用对上述全部点云数据的局部化点云数据平面拟合，使得当待测量工业结构件不够平整时，也能拟合得到准确的平面方程，进而根据拟合得到的准确的平面方程计算得到的各点云网格的平面度更加准确，最后根据各点云网格的平面度计算得到的待测量工业结构件的整体平面度也更加准确，鲁棒性好，缓解了现有的平面度测量方法无法拟合得到准确平面所导致的最终的平面度准确性差的技术问题。

可选地，获取和网格划分单元还用于：获取预设网格尺寸，其中，预设网格尺寸为根据采集点云数据的传感器的精度确定的；在预设平面上按照预设网格尺寸对点云数据进行网格划分，得到多个点云网格。

可选地，平面拟合和计算单元还用于：采用随机采样一致性算法对局部分块内的点云数据进行平面拟合，得到平面方程。

可选地，当采用随机采样一致性算法对局部分块内的点云数据进行平面拟合时，迭代次数

其中，t表示迭代次数，η表示平均真值评估次数，γ表示局内点概率，

P_inlier表示局内点数量，P_meshi,j表示局部分块内的点数量，其中，当点云数据到平面方程的距离在容许误差内，则确定点云数据为局内点，容许误差为根据采集点云数据的传感器的精度确定。

可选地，平面拟合和计算单元还用于：计算当前点云网格内的各点云数据到平面方程的距离；剔除距离中的异常距离，得到剩余距离，其中，异常距离为大于预设阈值的距离，预设阈值为根据容许误差确定的；根据剩余距离计算当前点云网格的平面度。

可选地，计算单元还用于：计算所有点云网格的平面度的平均值；将平均值作为待测量工业结构件的整体平面度。

本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

如图6所示，本申请实施例提供的一种电子设备600，包括：处理器601、存储器602和总线，所述存储器602存储有所述处理器601可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器601与所述存储器602之间通过总线通信，所述处理器601执行所述机器可读指令，以执行如上述工业结构件平面度的测量方法的步骤。

具体地，上述存储器602和处理器601能够为通用的存储器和处理器，这里不做具体限定，当处理器601运行存储器602存储的计算机程序时，能够执行上述工业结构件平面度的测量方法。

处理器601可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器601中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器601可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器602，处理器601读取存储器602中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

对应于上述工业结构件平面度的测量方法，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有机器可运行指令，所述计算机可运行指令在被处理器调用和运行时，所述计算机可运行指令促使所述处理器运行上述工业结构件平面度的测量方法的步骤。

本申请实施例所提供的工业结构件平面度的测量装置可以为设备上的特定硬件或者安装于设备上的软件或固件等。本申请实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

再例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台电子设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述车辆标记方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的范围。都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种工业结构件平面度的测量方法，其特征在于，包括：

获取待测量工业结构件的点云数据，并对所述点云数据进行网格划分，得到多个点云网格；

根据预设局部分块原则获取当前点云网格的局部分块，其中，所述局部分块为所述当前点云网格和与所述当前点云网格相邻的点云网格组成的分块；

对所述局部分块内的点云数据进行平面拟合，并基于拟合得到的平面方程计算所述当前点云网格的平面度；

返回执行根据预设局部分块原则获取当前点云网格的局部分块的步骤，直至遍历所有点云网格，得到所有点云网格的平面度；

根据所述所有点云网格的平面度计算所述待测量工业结构件的整体平面度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述点云数据进行网格划分，包括：

获取预设网格尺寸，其中，所述预设网格尺寸为根据采集所述点云数据的传感器的精度确定的；

在预设平面上按照所述预设网格尺寸对所述点云数据进行网格划分，得到所述多个点云网格。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述局部分块内的点云数据进行平面拟合，包括：

采用随机采样一致性算法对所述局部分块内的点云数据进行平面拟合，得到所述平面方程。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当采用随机采样一致性算法对所述局部分块内的点云数据进行平面拟合时，迭代次数

其中，t表示所述迭代次数，η表示平均真值评估次数，γ表示局内点概率，

P_inlier表示局内点数量，P_meshi,j表示所述局部分块内的点数量，其中，当点云数据到平面方程的距离在容许误差内，则确定所述点云数据为局内点，所述容许误差为根据采集所述点云数据的传感器的精度确定。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于拟合得到的平面方程计算所述当前点云网格的平面度，包括：

计算所述当前点云网格内的各点云数据到所述平面方程的距离；

剔除所述距离中的异常距离，得到剩余距离，其中，所述异常距离为大于预设阈值的距离，所述预设阈值为根据容许误差确定的；

根据所述剩余距离计算所述当前点云网格的平面度。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述所有点云网格的平面度计算所述待测量工业结构件的整体平面度，包括：

计算所述所有点云网格的平面度的平均值；

将所述平均值作为所述待测量工业结构件的整体平面度。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述当前点云网格为mesh_i,j时，与所述当前点云网格相邻的点云网格包括：mesh_i-1,j+1、mesh_i,j+1、mesh_i+1,j+1、mesh_i-1,j、mesh_i+1,j、mesh_i-1,j-1、mesh_i,j-1、和mesh_i+1,j-1。

8.一种工业结构件平面度的测量装置，其特征在于，包括：

获取和网格划分单元，用于获取待测量工业结构件的点云数据，并对所述点云数据进行网格划分，得到多个点云网格；

获取单元，用于根据预设局部分块原则获取当前点云网格的局部分块，其中，所述局部分块为所述当前点云网格和与所述当前点云网格相邻的点云网格组成的分块；

平面拟合和计算单元，用于对所述局部分块内的点云数据进行平面拟合，并基于拟合得到的平面方程计算所述当前点云网格的平面度；

返回执行单元，用于返回执行根据预设局部分块原则获取当前点云网格的局部分块的步骤，直至遍历所有点云网格，得到所有点云网格的平面度；

计算单元，用于根据所述所有点云网格的平面度计算所述待测量工业结构件的整体平面度。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有机器可运行指令，所述机器可运行指令在被处理器调用和运行时，所述机器可运行指令促使所述处理器运行上述权利要求1至7中任一项所述的方法。

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