(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211360827.4 (22)申请日 2022.11.02 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 210000 江苏省南京市秦淮区御道街 29号 (72)发明人 汪俊　吴斯帛　李子宽　肖坤　 (74)专利代理 机构 合肥汇融专利代理有限公司 34141 专利代理师 张雁 (51)Int.Cl. G06T 7/60(2017.01) G06T 7/11(2017.01) G06V 10/44(2022.01) G06V 10/46(2022.01) G06V 10/75(2022.01)G06V 10/764(2022.01) G06V 10/774(2022.01) (54)发明名称 一种基于点云的零件几何特征测量方法、 装 置及系统 (57)摘要 本发明涉及数字化检测技术领域， 解决了传 统接触式零件检测方法存在误差大、 效率低、 对 检测人员技术要求高的技术问题， 涉及一种基于 点云的零件几何特征测量方法、 装置及系统， 尤 其涉及一种基于点云的零件几何特征测量方法， 包括以下过程： 获取已标注基元的机械零部件点 云模型的训练集D， 训练集D中包含若干单点数据 Di； 采用C4.5算法根据训练集D生成用于基元提 取的决策树T； 获取机械零部件点云模型M， 云模 型M中包含若干单点的点云Mi。 本发明实现了对 精密加工构 件的智能化测量， 通过将三维激光扫 描技术、 测量误差理论与平差技术、 智 能分析技 术的有机融合， 提高对精密加工构 件的几何精度 检测效率以及准确率， 具有较好的实用性。 权利要求书3页 说明书13页 附图5页 CN 115409886 A 2022.11.29 CN 115409886 A 1.一种基于点云的零件几何特 征测量方法， 其特 征在于， 包括以下 过程： 获取已标注基元的机 械零部件点云模型的训练集D， 训练集D中包 含若干单点数据Di； 采用C4.5算法根据训练集D生成用于基元提取的决策树T； 获取机械零部件点云模型M， 云模型M中包 含若干单点的点云Mi； 对点云模型M中每个单点的点云Mi进行临近点查询， 并计算点云Mi的局部特征记为集合 N； 将集合N输入决策树T中进行基元提取， 得到基元提取后的点云组P； 采用区域增长算法对点云组P进行分割， 得到分割后的点云组Q； 对点云组Q进行目标面的几何特 征计算、 识别与分组得到零件几何特 征的测量数据； 根据零件几何特 征的测量数据判断是否满足零件设计标准。 2.根据权利要求1所述的零件 几何特征测量方法， 其特征在于： 在采用C4.5算法根据训 练集D生成用于基元提取的决策树T这 一过程中， 还 包括以下步骤： S201、 对训练集D中的每 个单点数据Di使用kd‑tree进行临近点 查询； S202、 计算每 个单点数据Di的高斯曲率K； S203、 计算单点数据Di的PFH描述子F； S204、 计算训练集D的经验熵 ； S205、 将步骤S202 ‑S203得到的特征记为特征A， 计算特征A对训练集D的经验条件熵 ； S206、 根据经验条件熵 计算信息增益 ； S207、 根据信息增益 计算信息增益比 ； S208、 选择信息增益比 中最大的特征 ， 对特征 的每一可能值 ， 依 将训练集D分割为若干非空的单点数据Di， 将其中实例数最大的类作为标记构 建子节点， 由节点i及其子节点构成决策树T； S209、 对节点i， 以单点数据Di为训练集， 以 为特征集， 递归调用步骤S204 ‑S208进行循环， 直到训练集D中所有实例属于同 一类Ck得到决策树T。 3.根据权利要求1所述的零件几何特征测量方法， 其特征在于： 在对点云模型M中每个 单点的点云Mi进行临近点查询， 并计算点云Mi的局部特征记为集合N这一过程中， 详细过程 包括： 对点云模型M的每个单点的点云Mi进行临近点查询， 基于临近点计算该点高斯曲率K和 PFH描述子F， 记为 集合N。 4.根据权利要求1所述的零件几何特征测量方法， 其特征在于： 在将集合N输入决策树T 中进行基元提取， 得到基元提取后的点云组P这 一过程中， 详细过程包括： 将集合N输入决策树T中， 得到集合N中每个单点的点云Mi的样本分类结果， 即为基元分 割结果， 输出分割后的点云组P。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115409886 A 25.根据权利要求1所述的零件几何特征测量方法， 其特征在于： 在采用区域增长算法对 点云组P进行分割， 得到分割后的点云组Q 这一过程中， 还 包括以下步骤： S601、 在点云组P中任意选取一 点p作为种子点， 设种子点p的曲率 为 ； S602、 对种 子点p进行临近点搜索得到临近点pi， 设临近点pi的曲率为 ， 设定曲率变 化阈值为 ； 若 ， 则将临近点pi与种子点p聚合， 并将临近点pi作为新的种子点， 直到 所有点均完成聚类得到分割后的点云组Q。 6.根据权利要求1所述的零件几何特征测量方法， 其特征在于： 在对点云组Q进行目标 面的几何特征计算、 识别与分组得到零件几何特征 的测量数据这一过程中， 还包括以下步 骤：  S701、 使用RANSAC对圆柱面 进行拟合， 得到拟合后的圆柱面中心线 ， 根据圆柱面 的高度 、 半径 计算中心线 与其他圆柱面中心线间的距离， 选取最近和最远 的 距离记为 和 ， 构建圆柱面 的特征算子； S702、 使用RANSAC对平面 进行拟合， 得到拟合后的平面， 根据拟合后的平面中心点位 置 、 平面法向量 计算 面积 ， 构建平面 的特征算子； S703、 构建零件标准件中的每个圆柱面 的特征算子， 并根据每个圆柱面 的特征 算子完成哈希 表 的创建；  S704、 构建零件标准件中的每个平面 的特征算子， 并根据每个平面 的特征算子 完成哈希 表 的创建； S705、 将特征算子 和哈希表 相匹配， 获得特征对 ， 实现对零 件几何特 征圆柱面的识别； S706、 将特征算子 和哈希表 相匹配， 获得特征对 ， 实现对零件 几何特征平面的识别； S707、 依据零件设计标准， 得到所需检验的几何尺度；  S708、 对于所需检验机械零部件的两平面间的距离， 分别计算两平面 间的距权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115409886 A 3