CN114596426B - 基于点线面几何特征的数模对齐方法及装置 - Google Patents

基于点线面几何特征的数模对齐方法及装置 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种基于点线面几何特征的数模对齐方法及装置，所述方法包括获取待测工件的设计模型的几何特征和待测工件的实时点云数据的几何特征，所述设计模型的几何特征包括平面A、线A和点A；所述实时点云数据的几何特征包括平面B，线B，点B，且所述平面A与所述平面B对应，所述线A和线B对应，点A和点B对应；根据预设对齐顺序，获得变换矩阵M，所述变换矩阵M使得所述实时点云数据与所述设计模型的对齐。针对不同的待测工件，根据预设对齐顺序实现数模对齐，再对工件测量、检测，实现对工件的全覆盖测量、检测等，保证工件质量，检测效率高。

Description

基于点线面几何特征的数模对齐方法及装置
技术领域
本申请涉及工件测量技术领域，尤其涉及一种基于点线面几何特征的数模对齐方法及装置。
背景技术
在工件制造加工等行业中，工件制造加工完成后，需要测量工件的尺寸等，对工件的测量是保证工件质量的重要手段。
相关技术中，工件的测量是检测人员通过检具对工件的各个尺寸进行人工测量；然而，对于精度要求高或者结构复杂的工件，通用人工测量无法达到测量精度或测量范围的要求，测量效率低。
发明内容
本申请提供了一种基于点线面几何特征的数模对齐方法及装置，以解决现有的工件测量技术对于精度要求高或者结构复杂的工件无法达到测量精度或测量范围的技术问题。
为了达到上述目的，本申请实施例采用以下技术方案：
第一方面，本申请实施例提供一种基于点线面几何特征的数模对齐方法，包括：
获取待测工件的实时点云数据和所述待测工件的设计模型；
获取所述设计模型的几何特征和所述实时点云数据的几何特征，所述设计模型的几何特征包括平面A、线A和点A；所述实时点云数据的几何特征包括平面B，线B，点B，且所述平面A与所述平面B对应，所述线A和线B对应，点A和点B对应；
根据预设对齐顺序，获得变换矩阵M，所述变换矩阵M使得所述实时点云数据与所述设计模型的对齐；所述预设对齐顺序包括面线点对齐、面点线对齐、线面点对齐、线点面对齐、点面线对齐、点线面对齐
其中，当预设对齐顺序为面线点对齐时，所述变换矩阵M的获得，包括：
旋转平面B使得平面B法向量与设计模型平面A的法向量平行，获得旋转矩阵R0，并沿平面A法向量方向平移，使得平面B与平面A处于同一平面，获得平移矩阵T0；确定变换矩阵M0(R0，T0)，所述变换矩阵M0通过R0与T0构造；线B通过变换矩阵M0变换得到线B1；线B1以平面A的法向量为旋转轴旋转，当线B1与线A角度最小时，获得旋转矩阵R1；确定变换矩阵M1，所述变换矩阵M1通过变换矩阵M0与转矩阵R1构造；点B通过变换矩阵M1变换得到点B1；以线A投影到平面A上的投影线A1为轴，当点B1沿投影线A1平移使得点B1与点A距离最小时，获得平移矩阵T1；确定变换矩阵M，所述变换矩阵M通过变换矩阵M1与平移矩阵T1构造。
结合第一方面，在一种可实现方式中，当预设对齐顺序为面点线对齐时，所述变换矩阵M的获得，包括：
旋转平面B使得平面B法向量与设计模型平面A的法向量平行，获得旋转矩阵R0，并沿平面A法向量方向平移，使得平面B与平面A处于同一平面，获得平移矩阵T0；确定变换矩阵M0(R0，T0)，所述变换矩阵M0通过R0与T0构造；点B通过变换矩阵M0变换得到点B1，构建平行于平面A且过点B1的平面P；确定点A在平面P上的投影点B2；移动点B1到点B2，获得平移矩阵T1；确定变换矩阵M1，所述变换矩阵M1通过变换矩阵M0与平移矩阵T1构造；线B通过变换矩阵M1变换得到线B1，且过点A且以平面A的法向量为方向的线L；线B1以线L为轴旋转，当线B1与线A的角度最小时，获得旋转矩阵R1；确定变换矩阵M，所述变换矩阵M通过变换矩阵M1与旋转矩阵R1矩构造。
结合第一方面，在一种可实现方式中，当预设对齐顺序为线面点对齐时，所述变换矩阵M的获得，包括：
确定实时点云数据的线B旋转平移与线A重合，且方向一致时，得到变换矩阵M0；将平面B以变换矩阵M0变换得到平面B1；以线A为轴旋转平面B1，当平面B1与平面A夹角最小时，获得旋转矩阵R0；确定变换矩阵M1，所述变换矩阵M1通过变换矩阵M0与旋转矩阵R0构造；点B以变换矩阵M1变换得到点B1；以线A为轴平移点B1，当点B1与点A距离最小时，获得平移矩阵T0；确定变换矩阵M，所述变换矩阵M通过变换矩阵M1与平移矩阵T0构造。
结合第一方面，在一种可实现方式中，当预设对齐顺序为线点面对齐时，所述变换矩阵M的获得，包括：
确定实时点云数据的线B旋转平移与线A重合，且方向一致时，得到线A的变换矩阵M0；点B以变换矩阵M0变换得到点B1，以线A为轴平移点B1；当点B1与点A距离最小时，获得平移矩阵T0；确定变换矩阵M1，所述变换矩阵M1通过变换矩阵M0与平移矩阵T0构造；平面B以变换矩阵M1变换得到平面B1；以线A为轴旋转平面B1，当平面B1与平面A夹角最小时，获得旋转矩阵R0；确定变换矩阵M，所述变换矩阵M通过变换矩阵M1与旋转矩阵R0构造。
结合第一方面，在一种可实现方式中，当预设对齐顺序为点面线对齐时，所述变换矩阵M的获得，包括：
确定实时点云数据的线B旋转至与线A平行时的旋转矩阵R0；平面B以旋转矩阵R0变换得到平面B1；平面B1以线A为轴旋转，当平面B1与平面A夹角最小时，获得旋转矩阵R1；按旋转矩阵R1*R0旋转得到点B1；获得点B1平移到点A的平移矩阵T0；确定变换矩阵M，所述变换矩阵M通过平移矩阵T0、旋转矩阵R1和旋转矩阵R0构造。
结合第一方面，在一种可实现方式中，当预设对齐顺序为点线面对齐时，所述变换矩阵M的获得，包括：
确定实时点云数据的平面B旋转至与平面A平行时的旋转矩阵R0；线B以旋转矩阵R0变换得到线B1；线B1以平面A的法向量为轴旋转，当线B1与线A的夹角最小时，获得旋转矩阵R1；点B按旋转矩阵R1*R0变换得到点B1；获得点B1平移到点A的平移矩阵T0；确定变换矩阵M，所述变换矩阵M通过平移矩阵T0、旋转矩阵R1和旋转矩阵R0构造。
由以上技术方案可知，本申请提供一种基于点线面几何特征的数模对齐方法，包括获取所述设计模型的几何特征和所述实时点云数据的几何特征，所述设计模型的几何特征包括平面A、线A和点A；所述实时点云数据的几何特征包括平面B，线B，点B，且所述平面A与所述平面B对应，所述线A和线B对应，点A和点B对应；根据预设对齐顺序，获得变换矩阵M，所述变换矩阵M使得所述实时点云数据与所述设计模型的对齐。针对不同的待测工件，根据预设对齐顺序实现数模对齐匹配，数模对齐后，再对工件测量、检测，实现对工件的全覆盖测量、检测等，保证工件质量，检测效率高。
第二方面，本申请实施例提供一种基于点线面几何特征的数模对齐装置，采用第一方面所述的一种基于点线面几何特征的数模对齐方法，其特征在于，所述数模对齐装置包括数据获取模块、数据分析模块和对齐模块；
所述数据获取模块，用于获取待测工件的实时点云数据和所述待测工件的设计模型；
所述数据分析模块，用于获取所述设计模型的几何特征和所述实时点云数据的几何特征，所述设计模型的几何特征包括平面A、线A和点A；所述实时点云数据的几何特征包括平面B，线B，点B，且所述平面A与所述平面B对应，所述线A和线B对应，点A和点B对应；
所述对齐模块，用于根据预设对齐顺序，获得变换矩阵M，所述变换矩阵M使得所述实时点云数据与所述设计模型的对齐。
结合第二方面，在一种可实现方式中，所述数据获取模块包括点云数据单元和设计模型单元；
所述点云数据单元，用于获取待测工件的实时点云数据；
所述设计模型单元，用于获取待测工件的设计模型。
结合第二方面，在一种可实现方式中，所述数据分析模块包括分析判断单元、点云数据分析单元和设计模型分析单元；
所述点云数据分析单元，用于获取所述设计模型的几何特征，所述实时点云数据的几何特征包括平面B，线B，点B；
所述设计模型分析单元，用于获取所述设计模型的几何特征，所述设计模型的几何特征包括平面A、线A和点A；
所述分析判断单元，用于判定所述平面A与所述平面B是否对应，所述线A和线B是否对应，点A和点B是否对应。
结合第二方面，在一种可实现方式中，所述对齐模块包括面线点对齐单元、面点线对齐单元、线面点对齐单元、线点面对齐单元、点面线对齐单元、点线面对齐单元；
所述面线点对齐单元，用于根据面线点的对齐顺序获得变换矩阵M，所述变换矩阵M使得所述实时点云数据与所述设计模型的对齐；
所述面点线对齐单元，用于根据面点线的对齐顺序获得变换矩阵M，所述变换矩阵M使得所述实时点云数据与所述设计模型的对齐；
所述线面点对齐单元，用于根据线面点的对齐顺序获得变换矩阵M，所述变换矩阵M使得所述实时点云数据与所述设计模型的对齐；
所述线点面对齐单元，用于根据线点面的对齐顺序获得变换矩阵M，所述变换矩阵M使得所述实时点云数据与所述设计模型的对齐；
所述点面线对齐单元，用于根据点面线的对齐顺序获得变换矩阵M，所述变换矩阵M使得所述实时点云数据与所述设计模型的对齐；
所述点线面对齐单元，用于根据点线面的对齐顺序获得变换矩阵M，所述变换矩阵M使得所述实时点云数据与所述设计模型的对齐。
由以上技术方案可知，本申请提供一种基于点线面几何特征的数模对齐装置，所述数模对齐装置包括数据获取模块、数据分析模块和对齐模块；所述数据获取模块，用于获取待测工件的实时点云数据和所述待测工件的设计模型；所述数据分析模块，用于获取所述设计模型的几何特征和所述实时点云数据的几何特征，所述设计模型的几何特征包括平面A、线A和点A；所述实时点云数据的几何特征包括平面B，线B，点B，且所述平面A与所述平面B对应，所述线A和线B对应，点A和点B对应；所述对齐模块，用于根据预设对齐顺序，获得变换矩阵M，所述变换矩阵M使得所述实时点云数据与所述设计模型的对齐。针对不同的待测工件，根据预设对齐顺序实现数模对齐匹配，数模对齐后，再对工件测量、检测，实现对工件的全覆盖测量、检测等，保证工件质量，检测效率高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请实施例一种基于点线面几何特征的数模对齐方法的图；
图2为本申请实施例一种基于点线面几何特征的数模对齐装置的结构图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
随着图像技术的提高，可通过实时获取工件的实时点云数据与工件设计模型进行数模对齐匹配，数模对齐后，再对工件测量、检测，实现对工件的全面测量、检测等。本申请实施例提供一种基于点线面几何特征的数模对齐方法和装置，通过工件设计模型的点、线、面集合特征与实际获得实时点云数据的点、线、面几何特征对齐，基于数模对齐的测量工件。
本申请部分实施例提供一种基于点线面几何特征的数模对齐方法，如图1所示，所述数模对齐方法包括如下步骤：
S101、获取待测工件的实时点云数据和所述待测工件的设计模型。
实时采集获取待测工件点云数据，所述实时点云数据可以通过激光扫描仪获得。所述待测工件的设计模型可以是CAD设计模型。
S102、获取所述设计模型的几何特征和所述实时点云数据的几何特征，所述设计模型的几何特征包括平面A、线A和点A；所述实时点云数据的几何特征包括平面B，线B，点B，且所述平面A与所述平面B对应，所述线A和线B对应，点A和点B对应。
点的几何特征由点的坐标组成，如(X、Y、Z)；线的几何特征由线方向和线上的点组成；面的几何特征由法向量和面上的点组成，本申请中线不垂直与面：线A与面A不垂直，线B与面B不垂直。
几何特征中的点可以指定，如角点、拐点等，线可以通过拟合或其他方式构造，面可以通过拟合或其他方式构造。所述几何特征中的点可以在面上的点或者线上的点，也可以不是面上的点或/和线上的店。
在一种实施例中，构造方式可以是由参数构造的。
S103、根据预设对齐顺序，获得变换矩阵M，所述变换矩阵M使得所述实时点云数据与所述设计模型的对齐。
所述预设对齐顺序包括：面线点对齐(先对齐面、再对齐线、最后对齐点)，面点线对齐(先对齐面、在对齐点、最后对齐线)，线面点对齐(先对齐线、再对齐面、最后对齐点)，线点面对齐(先对齐线、再对齐点、最后对齐面)，点面线对齐(先对齐点、再对齐面、最后对齐线)，点线面对齐(先对齐点、再对齐线、最后对齐面)。
当预设对齐顺序为面线点对齐时，所述实时点云数据通和所述设计模型的对齐过程包括：
旋转平面B使得平面B法向量与设计模型平面A的法向量平行，获得旋转矩阵R0，并沿平面A法向量方向平移，使得平面B与平面A处于同一平面，获得平移矩阵T0；确定变换矩阵M0(R0，T0)，所述变换矩阵M0通过R0与T0构造，即所述实时点云数据通过变换矩阵M0(R0，T0)刚性变换，使得平面B与平面A共面。
再将实时点云数据的线B通过变换矩阵M0变换得到线B1；线B1以平面A的法向量为旋转轴旋转，当线B1与线A角度最小时，获得旋转矩阵R1；确定变换矩阵M1，所述变换矩阵M1通过变换矩阵M0与旋转矩阵R1构造。
最后将实时点云数据的点B通过变换矩阵M1变换得到点B1，实时点云数据以线A投影到平面A上的投影线A1为轴；当点B1沿投影线A1平移使得点B1与点A距离最小时，获得平移矩阵T1；确定变换矩阵M，所述变换矩阵M通过变换矩阵M1与平移矩阵T1构造。
步骤S101中获得的实时点云数据通过变换矩阵M与所述设计模型的对齐。
当预设对齐顺序为面点线对齐时，所述实时点云数据通和所述设计模型的对齐过程包括：
旋转平面B使得平面B法向量与设计模型平面A的法向量平行，获得旋转矩阵R0，并沿平面A法向量方向平移，使得平面B与平面A处于同一平面，获得平移矩阵T0；确定变换矩阵M0(R0，T0)，所述变换矩阵M0通过R0与T0构造，即所述实时点云数据通过变换矩阵M0(R0，T0)刚性变换，使得平面B与平面A共面。
再将实时点云数据的点B通过变换矩阵M0变换得到点B1，构建平行于平面A且过点B1的平面P，得到点A在平面P上的投影点B2，确定点B1移动到点B2的平移矩阵T1；确定变换矩阵M1，所述变换矩阵M1通过变换矩阵M0与平移矩阵T1构造。
最后实时点云数据的线B以变换矩阵M1做刚性变换得到线B1，且过点A且以平面A的法向量为方向的线L；线B1以线L为轴旋转，当线B1与线A的角度最小时，获得旋转矩阵R1；确定变换矩阵M，所述变换矩阵M通过变换矩阵M1与旋转矩阵R1矩构造。
步骤S101中获得的实时点云数据通过变换矩阵M与所述设计模型的对齐。
当预设对齐顺序为线面点对齐时，所述实时点云数据通和所述设计模型的对齐过程包括：
先确定实时点云数据的线B旋转平移与线A重合，且方向一致时，得到变换矩阵M0。
再将实时点云数据平面B以变换矩阵M0变换得到平面B1；以线A为轴旋转平面B1，当平面B1与平面A夹角最小时，获得旋转矩阵R0；确定变换矩阵M1，所述变换矩阵M1通过变换矩阵M0与旋转矩阵R0构造。
最后将实时点云数据点B以变换矩阵M1变换得到点B1；以线A为轴平移点B1，当点B1与点A距离最小时，获得平移矩阵T0；确定变换矩阵M，所述变换矩阵M通过变换矩阵M1与平移矩阵T0构造。
步骤S101中获得的实时点云数据通过变换矩阵M与所述设计模型的对齐。上述变换矩阵M0可通过两个向量变换矩阵得到。
当预设对齐顺序为线点面对齐时，所述实时点云数据通和所述设计模型的对齐过程包括：
先确定实时点云数据的线B旋转平移与线A重合，且方向一致时，得到变换矩阵M0。
再将实时点云数据点B以变换矩阵M0变换得到点B1，以线A为轴平移点B1，当点B1与点A距离最小时，获得平移矩阵T0；确定变换矩阵M1，所述变换矩阵M1通过变换矩阵M0与平移矩阵T0构造。
最后将实时点云数据平面B以变换矩阵M1变换得到平面B1；以线A为轴旋转平面B1，当平面B1与平面A夹角最小时，获得旋转矩阵R0；确定变换矩阵M，所述变换矩阵M通过变换矩阵M1与旋转矩阵R0构造。
步骤S101中获得的实时点云数据通过变换矩阵M与所述设计模型的对齐。上述变换矩阵M0可通过两个向量变换矩阵得到。
当预设对齐顺序为点面线对齐时，所述实时点云数据通和所述设计模型的对齐过程包括：
先确定实时点云数据的线B旋转至与线A平行时的旋转矩阵R0。
再将实时点云数据的平面B以旋转矩阵R0变换得到平面B1；平面B1以线A为轴旋转，当平面B1与平面A夹角最小时，获得旋转矩阵R1。
最后实时点云数据按旋转矩阵R(R＝R1*R0)旋转得到点B1；获得点B1平移到点A的平移矩阵T0；确定变换矩阵M，所述变换矩阵M通过平移矩阵T0与旋转矩阵R构造。
步骤S101中获得的实时点云数据通过变换矩阵M与所述设计模型的对齐。
当预设对齐顺序为点线面对齐时，所述实时点云数据通和所述设计模型的对齐过程包括：
先确定实时点云数据的平面B旋转至与平面A平行时的旋转矩阵R0。
再将实时点云数据的线B以旋转矩阵R0变换得到线B1；线B1以平面A的法向量为轴旋转，当线B1与线A的夹角最小时，获得旋转矩阵R1；
最后实时点云数据的点B按旋转矩阵R(R＝R1*R0)变换得到点B1；获得点B1平移到点A的平移矩阵T0；确定变换矩阵M，所述变换矩阵M通过平移矩阵T0与旋转矩阵R构造。
步骤S101中获得的实时点云数据通过变换矩阵M与所述设计模型的对齐。
由以上技术方案可知，本申请提供一种基于点线面几何特征的数模对齐方法，包括获取所述设计模型的几何特征和所述实时点云数据的几何特征，所述设计模型的几何特征包括平面A、线A和点A；所述实时点云数据的几何特征包括平面B，线B，点B，且所述平面A与所述平面B对应，所述线A和线B对应，点A和点B对应；根据预设对齐顺序，获得变换矩阵M，所述变换矩阵M使得所述实时点云数据与所述设计模型的对齐。针对不同的待测工件，根据预设对齐顺序实现数模对齐，再对工件测量、检测，实现对工件的全覆盖测量、检测等，保证工件质量，检测效率高。
本申请部分实施例提供一种基于点线面几何特征的数模对齐装置，如图2所示，所述数模对齐装置包括数据获取模块、数据分析模块和对齐模块，各个模块之间数据通信连接。
所述数据获取模块，用于获取待测工件的实时点云数据和所述待测工件的设计模型；所述数据获取模块包括点云数据单元和设计模型单元；所述点云数据单元，用于获取待测工件的实时点云数据；所述设计模型单元，用于获取待测工件的设计模型。
所述数据分析模块，用于获取所述设计模型的几何特征和所述实时点云数据的几何特征，所述设计模型的几何特征包括平面A、线A和点A；所述实时点云数据的几何特征包括平面B，线B，点B，且所述平面A与所述平面B对应，所述线A和线B对应，点A和点B对应；所述数据分析模块包括分析判断单元、点云数据分析单元和设计模型分析单元；所述点云数据分析单元，用于获取所述设计模型的几何特征，所述实时点云数据的几何特征包括平面B，线B，点B；所述设计模型分析单元，用于获取所述设计模型的几何特征，所述设计模型的几何特征包括平面A、线A和点A；所述分析判断单元，用于判定所述平面A与所述平面B是否对应，所述线A和线B是否对应，点A和点B是否对应。
所述对齐模块，用于根据预设对齐顺序，获得变换矩阵M，所述变换矩阵M使得所述实时点云数据与所述设计模型的对齐。所述对齐模块包括面线点对齐单元、面点线对齐单元、线面点对齐单元、线点面对齐单元、点面线对齐单元、点线面对齐单元。
所述面线点对齐单元，用于根据面线点的对齐顺序获得变换矩阵M，所述变换矩阵M使得所述实时点云数据与所述设计模型的对齐。
所述面点线对齐单元，用于根据面点线的对齐顺序获得变换矩阵M，所述变换矩阵M使得所述实时点云数据与所述设计模型的对齐。
所述线面点对齐单元，用于根据线面点的对齐顺序获得变换矩阵M，所述变换矩阵M使得所述实时点云数据与所述设计模型的对齐。
所述线点面对齐单元，用于根据线点面的对齐顺序获得变换矩阵M，所述变换矩阵M使得所述实时点云数据与所述设计模型的对齐。
所述点面线对齐单元，用于根据点面线的对齐顺序获得变换矩阵M，所述变换矩阵M使得所述实时点云数据与所述设计模型的对齐。
所述点线面对齐单元，用于根据点线面的对齐顺序获得变换矩阵M，所述变换矩阵M使得所述实时点云数据与所述设计模型的对齐。
上述各个对齐单元互不影响，相互独立。
由以上技术方案可知，本申请提供一种基于点线面几何特征的数模对齐装置，所述数模对齐装置包括数据获取模块、数据分析模块和对齐模块；所述数据获取模块，用于获取待测工件的实时点云数据和所述待测工件的设计模型；所述数据分析模块，用于获取所述设计模型的几何特征和所述实时点云数据的几何特征，所述设计模型的几何特征包括平面A、线A和点A；所述实时点云数据的几何特征包括平面B，线B，点B，且所述平面A与所述平面B对应，所述线A和线B对应，点A和点B对应；所述对齐模块，用于根据预设对齐顺序，获得变换矩阵M，所述变换矩阵M使得所述实时点云数据与所述设计模型的对齐。针对不同的待测工件，根据预设对齐顺序实现数模对齐，再对工件测量、检测，实现对工件的全覆盖测量、检测等，保证工件质量，检测效率高。
以上内容仅为说明本申请的技术思想，不能以此限定本申请的保护范围，凡是按照本申请提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本申请权利要求书的保护范围之内。
此外，除非权利要求中明确说明，本申请所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本申请流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本申请实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。
同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
针对本申请引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档等，特此将其全部内容并入本申请作为参考。与本申请内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本申请权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本申请中的)也除外。需要说明的是，如果本申请附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本申请所述内容有不一致或冲突的地方，以本申请的描述、定义和/或术语的使用为准。

Claims (10)

1.一种基于点线面几何特征的数模对齐方法，其特征在于，包括：
获取待测工件的实时点云数据和所述待测工件的设计模型；
获取所述设计模型的几何特征和所述实时点云数据的几何特征，所述设计模型的几何特征包括平面A、线A和点A；所述实时点云数据的几何特征包括平面B，线B，点B，且所述平面A与所述平面B对应，所述线A和线B对应，点A和点B对应；
根据预设对齐顺序，获得变换矩阵M，所述变换矩阵M使得所述实时点云数据与所述设计模型的对齐；所述预设对齐顺序包括面线点对齐、面点线对齐、线面点对齐、线点面对齐、点面线对齐、点线面对齐；
其中，当预设对齐顺序为面线点对齐时，所述变换矩阵M的获得，包括：
旋转平面B使得平面B法向量与设计模型平面A的法向量平行，获得旋转矩阵R0，并沿平面A法向量方向平移，使得平面B与平面A处于同一平面，获得平移矩阵T0；
确定变换矩阵M0(R0，T0)，所述变换矩阵M0通过R0与T0构造；
线B通过变换矩阵M0变换得到线B1；
线B1以平面A的法向量为旋转轴旋转，当线B1与线A角度最小时，获得旋转矩阵R1；
确定变换矩阵M1，所述变换矩阵M1通过变换矩阵M0与转矩阵R1构造；
点B通过变换矩阵M1变换得到点B1；
以线A投影到平面A上的投影线A1为轴，当点B1沿投影线A1平移使得点B1与点A距离最小时，获得平移矩阵T1；
确定变换矩阵M，所述变换矩阵M通过变换矩阵M1与平移矩阵T1构造。
2.根据权利要求1所述的一种基于点线面几何特征的数模对齐方法，其特征在于，当预设对齐顺序为面点线对齐时，所述变换矩阵M的获得，包括：
旋转平面B使得平面B法向量与设计模型平面A的法向量平行，获得旋转矩阵R0，并沿平面A法向量方向平移，使得平面B与平面A处于同一平面，获得平移矩阵T0；
确定变换矩阵M0(R0，T0)，所述变换矩阵M0通过R0与T0构造；
点B通过变换矩阵M0变换得到点B1，构建平行于平面A且过点B1的平面P；
确定点A在平面P上的投影点B2；
移动点B1到点B2，获得平移矩阵T1；
确定变换矩阵M1，所述变换矩阵M1通过变换矩阵M0与平移矩阵T1构造；
线B通过变换矩阵M1变换得到线B1，且过点A且以平面A的法向量为方向的线L；
线B1以线L为轴旋转，当线B1与线A的角度最小时，获得旋转矩阵R1；
确定变换矩阵M，所述变换矩阵M通过变换矩阵M1与旋转矩阵R1矩构造。
3.根据权利要求1所述的一种基于点线面几何特征的数模对齐方法，其特征在于，当预设对齐顺序为线面点对齐时，所述变换矩阵M的获得，包括：
确定实时点云数据的线B旋转平移与线A重合，且方向一致时，得到变换矩阵M0；
将平面B以变换矩阵M0变换得到平面B1；
以线A为轴旋转平面B1，当平面B1与平面A夹角最小时，获得旋转矩阵R0；
确定变换矩阵M1，所述变换矩阵M1通过变换矩阵M0与旋转矩阵R0构造；
点B以变换矩阵M1变换得到点B1；
以线A为轴平移点B1，当点B1与点A距离最小时，获得平移矩阵T0；
确定变换矩阵M，所述变换矩阵M通过变换矩阵M1与平移矩阵T0构造。
4.根据权利要求1所述的一种基于点线面几何特征的数模对齐方法，其特征在于，当预设对齐顺序为线点面对齐时，所述变换矩阵M的获得，包括：
确定实时点云数据的线B旋转平移与线A重合，且方向一致时，得到变换矩阵M0；
点B以变换矩阵M0变换得到点B1，以线A为轴平移点B1；
当点B1与点A距离最小时，获得平移矩阵T0；
确定变换矩阵M1，所述变换矩阵M1通过变换矩阵M0与平移矩阵T0构造；
平面B以变换矩阵M1变换得到平面B1；
以线A为轴旋转平面B1，当平面B1与平面A夹角最小时，获得旋转矩阵R0；
确定变换矩阵M，所述变换矩阵M通过变换矩阵M1与旋转矩阵R0构造。
5.根据权利要求1所述的一种基于点线面几何特征的数模对齐方法，其特征在于，当预设对齐顺序为点面线对齐时，所述变换矩阵M的获得，包括：
确定实时点云数据的线B旋转至与线A平行时的旋转矩阵R0；
平面B以旋转矩阵R0变换得到平面B1；
平面B1以线A为轴旋转，当平面B1与平面A夹角最小时，获得旋转矩阵R1；
按旋转矩阵R1*R0旋转得到点B1；
获得点B1平移到点A的平移矩阵T0；
确定变换矩阵M，所述变换矩阵M通过平移矩阵T0、旋转矩阵R1和旋转矩阵R0构造。
6.根据权利要求1所述的一种基于点线面几何特征的数模对齐方法，其特征在于，当预设对齐顺序为点线面对齐时，所述变换矩阵M的获得，包括：
确定实时点云数据的平面B旋转至与平面A平行时的旋转矩阵R0；
线B以旋转矩阵R0变换得到线B1；
线B1以平面A的法向量为轴旋转，当线B1与线A的夹角最小时，获得旋转矩阵R1；
点B按旋转矩阵R1*R0变换得到点B1；
获得点B1平移到点A的平移矩阵T0；
确定变换矩阵M，所述变换矩阵M通过平移矩阵T0、旋转矩阵R1和旋转矩阵R0构造。
7.一种基于点线面几何特征的数模对齐装置，采用如权利要求1-6中任意一项所述的一种基于点线面几何特征的数模对齐方法，其特征在于，所述数模对齐装置包括数据获取模块、数据分析模块和对齐模块；
所述数据获取模块，用于获取待测工件的实时点云数据和所述待测工件的设计模型；
所述数据分析模块，用于获取所述设计模型的几何特征和所述实时点云数据的几何特征，所述设计模型的几何特征包括平面A、线A和点A；所述实时点云数据的几何特征包括平面B，线B，点B，且所述平面A与所述平面B对应，所述线A和线B对应，点A和点B对应；
所述对齐模块，用于根据预设对齐顺序，获得变换矩阵M，所述变换矩阵M使得所述实时点云数据与所述设计模型的对齐。
8.根据权利要求7所述的一种基于点线面几何特征的数模对齐装置，其特征在于，所述数据获取模块包括点云数据单元和设计模型单元；
所述点云数据单元，用于获取待测工件的实时点云数据；
所述设计模型单元，用于获取待测工件的设计模型。
9.根据权利要求7所述的一种基于点线面几何特征的数模对齐装置，其特征在于，所述数据分析模块包括分析判断单元、点云数据分析单元和设计模型分析单元；
所述点云数据分析单元，用于获取所述设计模型的几何特征，所述实时点云数据的几何特征包括平面B，线B，点B；
所述设计模型分析单元，用于获取所述设计模型的几何特征，所述设计模型的几何特征包括平面A、线A和点A；
所述分析判断单元，用于判定所述平面A与所述平面B是否对应，所述线A和线B是否对应，点A和点B是否对应。
10.根据权利要求7所述的一种基于点线面几何特征的数模对齐装置，其特征在于，所述对齐模块包括面线点对齐单元、面点线对齐单元、线面点对齐单元、线点面对齐单元、点面线对齐单元、点线面对齐单元；
所述面线点对齐单元，用于根据面线点的对齐顺序获得变换矩阵M，所述变换矩阵M使得所述实时点云数据与所述设计模型的对齐；
所述面点线对齐单元，用于根据面点线的对齐顺序获得变换矩阵M，所述变换矩阵M使得所述实时点云数据与所述设计模型的对齐；
所述线面点对齐单元，用于根据线面点的对齐顺序获得变换矩阵M，所述变换矩阵M使得所述实时点云数据与所述设计模型的对齐；
所述线点面对齐单元，用于根据线点面的对齐顺序获得变换矩阵M，所述变换矩阵M使得所述实时点云数据与所述设计模型的对齐；
所述点面线对齐单元，用于根据点面线的对齐顺序获得变换矩阵M，所述变换矩阵M使得所述实时点云数据与所述设计模型的对齐；
所述点线面对齐单元，用于根据点线面的对齐顺序获得变换矩阵M，所述变换矩阵M使得所述实时点云数据与所述设计模型的对齐。
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