專利名稱：一種用于相對于基本參考數據對掃描點云數據定向的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及掃描系統(tǒng)和用于相對于基本參考數據(base reference data )定向掃描點云數據(scan cloud data )的方法。本 發(fā)明雖然并不排他，但尤其用于測量掃描點云數據相對于基本參考數 據的調整為未知的表面。本發(fā)明還與通過使用劃分裝置確定一表面的 掃描點云數據中的特征有關。貫穿該說明書，除非上下文中另有要求，單詞"包括(comprise)" 或其諸如"包括(comprises)"或"包括(comprising)"的變型， 將被理解為意味著包含所述的整體或整體組，但并不將任何其他的整 體或整體組排除在外。
背景技術：
以下對背景技術的討論僅意在幫助理解本發(fā)明。該討論并非確認 或承認所提及的任何內容是公知常識的一部分或者如在本申請的優(yōu)先 權曰已成為7>知常識的一部分。本申請人之前在公開文本WO 2007/000010中公開了一種用于相對 于參考表面測量和繪制一表面的系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要提供掃描器的使用 以收集掃描點云數據，然后相對于參考表面測量和繪制該掃描點云數 據，在所描述的特定實施方案中，該參考表面為轉動圓柱形磨機的內 表面。如該公開文本中所公開的，盡管該掃描器被放置得離磨機的中 心盡可能近，但是定位決不會精確。因此，基本參考數據和掃描點云 數據需要以可達到的最大精確度對齊。在采礦工業(yè)中的礦物粉碎過程中，碎的礦石被分為碎塊并可以隨 后被裝進轉動圓柱形磨機。磨機繞其軸線的轉動導致礦石碎塊在重力 作用下翻滾，從而將礦石磨為越來越小的碎片。 一些種類的磨碎機裝 有在磨碎過程中進行輔助的次級磨碎系統(tǒng)，諸如鐵或鋼球(球磨機)、 鋼棒(棒磨機)或燧石子(礫磨機)。對磨機中磨損的精確測量尤其重要，因為錯誤預測哪些襯筒(liner)需要更換的成本很高。如果磨損的性質可以被精確地確定， 那么磨損圖紋也可以被確定從而優(yōu)化磨機的工作。另外的測量值，諸如次級磨碎系統(tǒng)的體積、次級磨碎系統(tǒng)部件的 尺寸、排出設備中的篩分系統(tǒng)的尺寸，也很難測得。測量裝球(ballcharge)體積的目前的方法使用手持巻尺這樣實 現即測量從裝球表面到某一預計的縱向中心軸線的距離；測量橫過 該表面從一個角到另 一個角的對角線距離。接著這些測量值通過簡單的幾何學被用于計算體積。該方法的問 題在于該表面決不會是完全平坦的并且基本參考數據未知。例如，被 裝球覆蓋的襯筒是不確定的。除非精確地知道裝球表面位于其上方的 參考平面，那么裝球體積的計算將不可避免地不精確。裝球體積在從磨機獲得最優(yōu)化磨碎和生產量方面是一個重要因 素。據報告，與最優(yōu)化裝球存在僅4%的變化會導致生產量減少5%至 10%。改善該測量值的精確度將提高控制水平和磨機性能。進一步，沒有已知的方法用于確定磨機中多大比例的剩余對象可 歸因于與次級磨碎系統(tǒng)的對象相對的、被磨碎的材料。 一種測量鋼球 與礦石比的方法是將磨機倒空，將組分分離并對它們進行稱重。另一 種已知的方法是監(jiān)測進入磨機的礦石、水和球的總質量流量。然而， 很難從出口流出物中將這些組分相互分離出，所以得到的最好結果為 一粗略估計。球與礦石之比對于最優(yōu)化磨機性能非常重要。如果存在 太多礦石，那么球要花更多時間將礦石磨碎到適當尺寸并且限制了生 產量。如果相對于礦石存在太多球，那么球冒撞擊暴露襯筒的風險并 且顯著增加磨損率。在測量組成次級磨碎系統(tǒng)的部件或對象的尺寸的情況下，不存在 最優(yōu)的方法來測量它們的個體尺寸。在球磨碎系統(tǒng)中，僅知的測量這 些球的尺寸的方法為將它們物理地從磨機中取出，如前所述，個別地 測量它們。由于導致相當多的停機時間，這對運轉中的磨機是不實用 的。可以每日將球加入到磨機，并且數量和尺寸是重要的性 參數。 球的尺寸很重要，因為隨著球磨損且尺寸減小，其沖擊能力減小并且 其分解礦石的效果降低。典型地，當球體的直徑減小到其原始尺寸一半時，質量將減小八分之七。此時，該鋼球被認為是無效的并僅僅占 用了磨機中的有用空間，限制了產量。較小的球也將生產更精細的產 品，并且磨機的礦物釋放系統(tǒng)下游的設計對產品磨碎尺寸高度敏感。 將球尺寸與產品尺寸定位匹配以及控制這些參數通常對得到的礦物產 量至關重要。最后，為了評估磨機的性能，測量在磨機中使用的篩分系統(tǒng)的尺 寸很重要。構成篩分系統(tǒng)的篦條篩將磨礦介質擋住。隨著篦條篩孔磨 損，它們將允許更大的磨礦介質通過并且降低磨碎過程的效率。僅知 的測量這些篦條篩的方法為手工地進入磨機并個別地測量篦條篩孔。 典型地每個磨機中有數百個蓖條篩孔。假定重復這種手工測量數百個 篦條篩的任務，這個過程也高度易受人工誤差的影響。發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于改善、減輕或克服至少一個上述與現有技術的 磨機測量技術有關的問題，或者至少為公眾提供一種用于磨機測量的 可供選擇系統(tǒng)的有利選擇。然而，從上述目的可以意識到，本發(fā)明決不僅限于磨機襯筒測量方面的應用，并且如"i兌明書其他部分所討論的可以具有其他的應用。依照本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于相對于基本參考數據對 一表面的掃描點云數據定向的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個適于提供所述掃 描點云數據的輸入源發(fā)生器； 一個用于相對于基本參考數據對所述點 云數據定向的傾斜修正裝置；以及一個用于從累積的點云數據中過濾 假點數據的數據編輯裝置。優(yōu)選地，該數據編輯裝置還包括劃分裝置，用于將所述點云數據 劃分成與所述表面的不同幾何形狀區(qū)域對應的離散部分(segment)。 優(yōu)選地，該數據編輯裝置適于在傾斜修正裝置之前運作。 優(yōu)選地，該數據編輯裝置包括以下程序中的至少一個或多個(i) 一個掃描器結構過濾器，用于去除可歸因于任意用于定位、穩(wěn)定或保 護該掃描裝置的支撐裝置的點；(ii)一個強度過濾器，用于去除累 積的點云數據中任意在門限強度值以上的點；以及(iii) 一個范圍過 濾器，用于去除累積的點云數據中任意小于最小門限或大于最大門限12的點。優(yōu)選地，所述基本參考數據包括半徑和長度變量，并且其中所述 范圍過濾器從所述半徑和所述長度推導得出門限。優(yōu)選地，該傾斜修正裝置包括一個點云數據定向裝置，其中所述點云數據定向裝置包括 一個臨時點去除裝置，用于臨時地去除與被 掃描器結構過濾器去除的點基本縱向平行的點； 一個轉動值裝置，用 于計算待用于掃描點云數據的轉動值； 一個掃描點云數據轉動程序；以及一個點復位裝置，由此被臨時點去除裝置去除的點被復位到累積 的點云數據。優(yōu)選地，基本參考為一個大體圓柱形殼體并且所述關鍵參考數據 為描述該基本參考幾何形狀的臨界參數，其中所述劃分裝置包括以下 程序中的至少一個或多個(i) 一個相對端面分割裝置；(ii)一個 不固定對象(floating-object)分割裝置，用于分割累積的點云數據 中可歸因于不可固定地連接到所述表面的對象的點；以及(iii ) 一個 凸部(belly)分割裝置，用于分割累積的點云數據中可歸因于所述圓 柱形殼體的點，其中所述相對端面分割裝置包括以下程序中的至少一 個或多個a)—個平面端面分割裝置，用于當所述基本參考數據指示 一個大體平面端面時分割累積的點云數據中的點；以及b)—個錐形 端面分割裝置，用于當所述基本參考數據指示一個大體錐形端面時分 割累積的點云數據中的點。優(yōu)選地，該平面端面分割裝置和錐形端面分割裝置包括一個端面 分割軟件應用程序，該端面分割軟件應用程序包括 一個頻率計算器 程序，用于計算累積的點云數據中各縱坐標的頻率； 一個最大頻率計 算器程序，用于確定正、負縱坐標的最大所述頻率； 一個門限加法程 序，用于將門限值加到所述最大正、負頻率值；并且由此所述錐形端 面分割裝置還包括 一個最小位置計算器程序，用于掃描所述縱坐標 頻率從而確定從所述最大正負頻率值朝著所述掃描器的位置的最小位 置； 一個分割程序，用于根據所述最小位置分割累積的點云數據中可 歸因于平面端面的點；并且由此所述錐形端面分割裝置使用最小位置 計算器程序的最大正負頻率值分割累積的點云數據中可歸因于錐形端 面的點。優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括一個不可固定地連接的體積測量裝置，用 于測量不可固定地連接到所述表面的對象的體積。
優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括一個孔測量裝置，用于測量在所述表面中 的孔的尺寸。
優(yōu)選地，該不可固定地連接的體積測量裝置還包括一個球-礦石辨 別裝置，用于測量一組球與非球材料的比。
優(yōu)選地，該不可固定地連接的體積測量裝置還包括一個球尺寸測 量裝置，用于測量圓柱形殼體內一組球的尺寸。
依照本發(fā)明的另一方面，提供一種用于確定一表面的掃描點云數 據中的特征的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個適于提供所述掃描點云數據的輸
入源發(fā)生器；以及一個用于將所述點云數據劃分為與所述表面的不同 幾何形狀區(qū)域對應的離散部分的劃分裝置。
優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括一個不可固定地連接的體積測量裝置，用 于測量不可固定地連接到所述表面的對象的體積。
優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括一個孔測量裝置，用于測量在所述表面中 的孔的尺寸。
優(yōu)選地，該不可固定地連接的體積測量裝置還包括一個球-礦石辨 別裝置，用于測量一組球與非球材料的比。
優(yōu)選地，該不可固定地連接的體積測量裝置還包括一個球尺寸測 量裝置用于測量圓柱形殼體內 一組球的尺寸。


附圖示出了用于實施本發(fā)明的最佳方式的特定實施方案的詳細特 征，附圖中
圖1示出了使用激光掃描器和托架(boom)布置形式的輸入源發(fā)
生器來采集掃描點云數據的實例；
圖2-7示出了一個數據編輯裝置和該軟件的轉換處理器部件。 圖8為示出了來自掃描器的所接收的掃描點云數據中一組典型的
點的三維圖像。
圖8a-8d為來自數據編輯裝置的最終分割輸出的三維圖像。 圖9是大致在其中心布置有激光掃描器的典型磨機的剖視圖。圖10a和10b為分別以側視圖和俯視圖示出用于保護激光掃描器
免受不定墜落尾礦影響的保護罩的示圖。
圖11為數據編輯裝置所使用的調整過程的形象描述。
圖12示出了關于保護罩而去除的一些點以及為了抵消旋轉估計
中的偏差而去除的部分點。
圖13示出了一種關于橫軸和高度軸確定和修正殘余傾斜的方法。 圖14和15描述了用于分別關于橫軸和豎軸修正傾斜的點數據。 圖16和17分別為示出了用于平面端面磨機和錐形端面磨機的、
分割磨機端面點的方法的直方圖。
圖18為示出了一種分割可歸因于給定磨機的裝球的點的方法的
直方圖。
圖19為一種為了去除多余的數據點而將裝球點擬合到一平面的 方法的形象描述。
圖20為一種針對所有凸部點擬合一圓柱體以修正傾斜并去除掃 描點云數據中的偏心的程序的形象描述。
圖21示出了一種使用基于半徑的過濾器的精細分割凸部端面的 方法。
圖22形象地示出了將裝球點擬合到一平面從而去除多余的數據點。
圖23形象地示出了一種使用環(huán)形喉部襯筒(throat liner)半徑 精細分割數據點的方法。
圖24形象地示出了一種使用圓錐形進一步精細分割在磨機端面 和凸部之間的點的方法。
圖25形象地示出了一種使用在襯筒背面的(back-of-liner )表 面的錐形體的、用于錐形端面磨機的數據點細化方法。
圖26a和26b分別示出了具有使碎礦石能通過的篦條篩孔的排出 端面襯筒和該襯筒的一部分。
圖27a和27b示出了排出端面一部分的點云掃描(point cloud scan)和一個蓖條篩孔的邊緣被探測出的該相同部分。
具體實施方式
現在將參照本發(fā)明的一個特定實施方案和若干其他選擇性實施方 案對用于實施本發(fā)明的最優(yōu)方式進行說明。對該特定實施方案的描述 參照附圖進行。因此，在此提及的參考標記在附圖中被使用從而示出 在實施方案中描述的相應特征。
該特定實施方案目的在于測量在采礦工業(yè)的礦物粉碎中使用的轉 動圓柱形磨機的磨機襯筒的磨損。
更換磨機襯筒是一項與轉動圓柱形磨機的運轉相關聯的昂貴但必
要的工作。如W0 2007/000010中所公開的且參照圖1包含在本說明書 中的，能以首先使用激光掃描器11從具有圓柱形殼體25的磨機采集 掃描點云數據的方式使用輸入源發(fā)生器，該殼體具有供給端面31和排 出端面33。其次，該掃描點云數據可以接著被儲存在數據庫或其他合 適的數字儲存介質中。然后，構成數據處理系統(tǒng)一部分的轉換處理器 存取由輸入源發(fā)生器產生的掃描點云數據，如本領域技術人員可以認 識到的。
基本參考數據可以從該磨機的CAD模型獲得或者從村筒未被安裝 就位時對內部殼體的掃描獲得，并且由此參考其自己的坐標系，該坐 標系的X軸由該磨機的縱軸確定。由此，基本參考數據的特征在于包 含臨界磨機參數的關鍵參考數據，所述臨界磨機參數描述了磨機基本 參考的幾何形狀，也即殼體的半徑和殼體圓柱形部分的長度。
對于具有錐形端面而非平面端面的磨機，相對于圓柱體軸線的錐
角和在供給端面頂點和排出端面頂點之間的距離也構成關鍵參考數 據。
儲存在數據庫中的磨機的基本參考數據接著通過轉換處理器與從 激光掃描器獲得的位移數據相關聯。
原因在于，由激光掃描器獲得的位移數據的坐標系參考激光掃描 器的參考點，然而該磨機的基本參考數據參考其自己的與磨機幾何形 狀相關的坐標系。因此為了得出指示在任意特定點的磨機襯筒分割厚 度的精確位移數據，兩組數據需要被關聯。因此，轉換處理器的一個 重點就是用于提供該關聯。
由于激光掃描器11在接近球形的視野中收集數據，所以原始點云 數據還包含當激光束經過在供給端面和排出端面中的各個孔時所收集的、來自磨機外部的假點。這些多余的點首先通過數據編輯裝置從累 積的點云數據中被濾掉，所述數據編輯裝置也構成數據處理系統(tǒng)的一 部分。
基本參考數據通常代表一個具有相對端面的大體圓柱形殼體并且
所述臨界參數包括殼體中心縱軸線的位置；殼體的半徑；以及殼體的 圓柱形部分的長度。
數據編輯裝置的運作如圖2-7中的流程圖所概述的。該實施方案 的數據編輯裝置的流程圖始于圖2。
在圖8和8a-8d中分別提供了輸入該數據編輯裝置的掃描點云數 據以及來自該數據編輯裝置的輸出結果的形象描述。
該數據編輯裝置使用坐標轉換軟件應用程序以實現為累積的點云 數據中的每個點建立一個球坐標，所述坐標變換軟件應用程序包括一 個轉動程序用于以轉換每個點。在245，該轉換軟件應用程序對每個 所述點的計算基于笛卡爾坐標。對每個點，球坐標計算如下<formula>formula see original document page 17</formula>
由于保護小屋240阻隔了掃描器的視野，所以可歸因于該結構的 掃描點云數據的點需要在247被分離和去除。這包括小屋屋頂和用于 支撐該小屋屋頂的支撐梁。 一個掃描器結構過濾器用于分離和去除這 些點。 一種掃描器結構過濾器使用一種通過確定對應于保護小屋240 的幾何形狀的水平和豎直角度門限來分離和去除該保護小屋240的掃 描點的方法。使用掃描點云數據的球坐標，以下方法可以接著在247
被用于去除可歸因于保護小屋240的錯誤點
"i >ta
以下容限去除源于屋頂的支撐物的點并在水平方向的角度的基礎 上在247 ;陂應用
-、<^<-(用于去除接近6=0。的點)03J 、(用于去除接近6=180°的點) 由激光掃描器測得的距離變量可能不準確。精確度的一個決定因 素為一個給定點的強度。為了改善得到的掃描點云數據的精確度，一 個強度過濾器被使用。 一種強度過濾器在249將大于用戶定義的門限 強度值的所有點去除
該數據編輯裝置還使用范圍過濾器用于將不在預定距離范圍內的 點去除。 一種范圍過濾器通過將測得的范圍與根據基本參考數據的磨 機半徑和磨機長度得出的在251的最大門限和在253的最小門限比較 來去除掃描點云數據中的點
Pi《
該系統(tǒng)使用點云數據定向裝置以改善后面所述程序的精確度。首
先， 一個臨時點去除裝置在使用保護小屋240的情況下被使用。 一種 臨時點去除裝置基于之前為慮及小屋支撐物244的存在而在247被去 除的點的外周邊邊界，臨時地去除部分掃描點云數據。在該實施方案 中，這通過臨時地去除這樣的點來實現，所述點基本縱向地平行于之 前為顧及小屋支撐物244的存在而在247被去除的點。因此，所有在
用戶定義的橫坐標范圍內的點被臨時地去除
_ty <yf <ty
這在259抵消了轉動值裝置中的偏差，為顧及小屋支撐物244的 存在而在247被去除的點原本會導致該偏差。通過臨時點去除裝置進 行的臨時點去除在圖12中被形象地描述，該圖概述了當使用保護小屋 240并且可歸因于該保護小屋的點248在247被去除時掃描點云數據 實例的俯視圖。關于保護小屋240去除的點以圓形陰影區(qū)域248示出。 在本實施方案中，被大體矩形形狀250界定的陰影區(qū)域表示臨時被去 除的點。
激光掃描器11只是近似被置于磨機的中部，并且由此縱向252、 橫向254和高度268尺寸也是近似的。因此，內部激光掃描器坐標系 需要在263與磨機坐標系對齊。該對齊過程的一個實例形象地示于圖11。參照圖11，初始的掃描點云數據256參考激光掃描器的坐標系258, 該坐標系258相對于磨機坐標系260被任意地定位和定向。在263的 掃描點云轉動程序用于將磨機和掃描器坐標系對齊。在完成在263的 掃描點云轉動程序之后，該掃描點云數據基本與磨機坐標系262對齊。 該掃描點云轉動程序需要轉動值以執(zhí)行轉動。 一個轉動值裝置在 263用于計算該轉動值。在該實施方案中，轉動值包括轉動值軟件應 用程序，該應用程序首先在255使用一個轉換器程序將掃描點云數據 轉換到剩余數據的形心<formula>formula see original document page 19</formula>
該轉動值接著通過使用該掃描點云數據的協(xié)方差矩陣的特征值分
解的計算器程序被確定
<formula>formula see original document page 19</formula>
接著根據由轉動值裝置產生的轉動值，使用轉動值軟件應用程序， 將包括在257被臨時去除的點的掃描點云數據在259通過掃描點云數 據轉動程序轉動，由此轉動程序確保x-縱向、y-橫向以及z高度軸一 致
y
完成在263的掃描點云數據轉動程序之后，在257臨時被去除的 點在261使用點復位裝置被復位到掃描點云數據中。在該實施方案中， 之前被臨時點去除裝置標記的點被復位到累積的點云數據中。
在265根據每個給定點的縱坐標是否超出根據磨機長度得到的門
限，重復去除多余的數據的迭代，如果合適，錐角在265進行去除多余的數據的第二次迭代之后，使用傾斜修正裝 置在267確定和修正任意剩余傾斜，該傾斜修正裝置包括傾斜修正軟 件應用程序。在267的傾斜修正軟件應用程序在269關于橫軸并且在 271關于高度軸作用于點云數據。
參照圖13, —種傾斜修正裝置使用如下方法通過首先在磨機266 的頂部分離一窄帶的、平行于縱軸252定向的點——目的在于確保這 些點基本齊平一一在269確定和修正關于橫軸的剩余傾斜。該程序可 以依如下所述執(zhí)行
i. 一個提取器程序在以下用戶定義的約束條件下將一組臨時點(P) 266從凸部取出
小t，
一個減法器程序從所取出的這組點中減去x坐標平均值
, 1 P
其中
iii. 對在所取出的這組點中的每個點，構成以下二維線方程:
iv. —個最小二乘法計算器計算斜率的最小二乘法估計m,為
糾
v. —個轉動角度計算器程序計算轉動角度cp。圖14中提供的圖形象 地描述了繞橫軸254的典型的傾斜修正。該轉動角度(J)計算如下
(()=arctan(m)
vi. —個累積掃描點轉動器程序接著轉動該累積的掃描點數據
/x'、
y
/x人
y
其中
/■cos<|) 0 _sin<|)、
0 1 0 、sin<|) 0 cos(j),
其次，將在磨機264 —側在形心高度處的一窄帶的點分離，以便 確保這些點基本與縱軸252平行。該程序可以如下所述執(zhí)行 i.在以下用戶定義的約束條件下將一組臨時點(p) 264從凸部取出W<tx y 、
ii.從所取出的這組點中減去x坐標平均值
其中
Hi.對在所取出的這組點中的每個點，構成以下二維線方程
yi = + b
iv.計算斜率的最小二乘法估計m，為
m:
s(x;:V.
VI
計算轉動角度K。圖15中提供的圖形象地描述了繞高度軸268的 典型的傾斜修正。該轉動角度K計算如下
k = arctan(m)
接著轉動該掃描點云數據y.
/x、
r3(k:
y
r3(K)=
/ cosk sinK O人 一sinK cosk 0 \ 00 1,
其中
在本實施方案中，劃分裝置在273給掃描點云數據分派標簽為屬 于磨機端面、在270的裝球或者在272的凸部。
一個相對端面分割裝置用于將掃描點云數據中可歸因于在275的 磨機端面的點分離并標記，其使用一端面分割軟件應用程序。該相對 端面分割裝置根據基本參考數據指示該磨機為平面端面還是錐形端面 而不同。
在平面端面的情況下，使用平面端面分割裝置。該平面端面分割 裝置在277使用一端面分割軟件應用程序，該端面分割軟件應用程序 使用頻率計算器程序計算在累積的掃描點云數據中的每個縱252坐標 的頻率。該數據可以表現為一直方圖。在圖16中示出了一典型的這種 直方圖的實例。左邊和右邊的尖峰表示正的和負的縱坐標的最大所述 頻率274。這些對應于磨機端面的尖峰被定位。該尖峰值位置274,在 通過門限加法程序加上或減去預定門限值的情況下，確定將點分配到供給端面282或排出端面284的門限276。在該實施方案中，左邊的 尖峰確定供給端面
、<
并且右側的尖峰確定排出端面
、> XPR
在錐形端面的情況下，在279使用錐形端面分割裝置。在該實施 方案中，錐形端面分割裝置使用端面分割軟件應用程序的頻率計算器 程序計算在累積的掃描點云數據中的每個縱252坐標的頻率。該數據 也可以表示為一直方圖。圖17示出了一典型的這種直方圖的實例?？v 坐標的所述頻率的正負尖峰280通過最大頻率計算器程序計算。
從這些正的和負的尖峰280，直方圖通過最小值位置計算器程序 朝著掃描器11的位置向內搜索最小值位置278，該最小值位置278對 應于錐形端面與凸部相交的位置。
最小值位置278，在通過門限加法程序加上或減去門限值的情況 下，由分割程序用來確定將點分配到平面端面的門限290。在該實施 方案中，左邊的最小值位置確定供給端面
并且右邊的最小值位置確定排出端面
<formula>formula see original document page 22</formula>
在對應于磨機端面的掃描點云數據通過相對端面分割裝置在275被分 割的情況下，表示裝球270的點可以使用不固定對象分割裝置從掃描 點數據中被分割，該不固定對象分割裝置包括不固定對象軟件應用程 序用于分割在累積的點云數據中可歸因于不可固定地連接到磨機的對 象的點。如果在345存在裝球，那么數據編輯裝置適用于確定和分割 這部分掃描點云數據。
為了確定裝球270的點， 一個半徑頻率計算器計算在281計算出 的每個圓柱半徑值的頻率，其中<formula>formula see original document page 22</formula>
每個圓柱半徑的該頻率可以形象地通過直方圖描述。圖18示出了 一典型的這種直方圖的實例。圓柱半徑284的最大頻率表示凸部襯筒272的點，如尖峰值確定程序所確定的。在該尖峰位置處的半徑284, 在減去用戶定義的容限的情況下，用作將點分配到裝球的門限286:
ri <rP
在我們圖18的直方圖實例中，從右邊數第二個凸起(lobe) 288 包括裝球的點；在該第二個凸起288左邊的更小的凸起包括源于三腳 架、保護小屋240或該保護小屋的支撐梁246的點。
參照圖19，在283的分割裝球的點中的第二步包括 i.使用分割擬合程序通過基于特征值的分解將所有裝球270的點擬合 到一平面。特征值分解如之前所述 一個掃描點云轉換程序將m個點的整個點云轉換到形心
/x'、
y
、"
/x、
y
z
y
、z/
其中
(x、
y—2y
、^入
一個特征值分解程序確定裝球點云的協(xié)方差矩陣的特征值分解:
A = MCMT
其中
C
/x'、
y'
(x' y' z')
ii.該平面模型由ax+by+cz-d=0給出，其中(a， b， c )是對應于最小 特征值的特征向量的元素(element),且
d = (a b y
、/
Hi.使用一個剩余偏差計算程序，根據每個點的最優(yōu)擬合平面計算剩 余偏差v:
ax; + byf + ex; - d = Vi iv.使用一個點丟棄程序，以丟棄平面294之上的之后可被丟棄的點。 被丟棄的點是那些殘差(residual)大于殘差的標準偏差兩倍且 在平面292之上的點，也即僅僅為內部的異常點
23Vi < —!2cr
其中a為最小特征值的平方根(注對于裝球表面上方的點，vi
的符號為負，對于裝流表面下方的點，vi的符號為正)。
在283的第二步可接著在285重復一次或多次迭代以進一步細化
裝球數據組。在該實施方案中，該程序重復五次。
該程序形象地在圖19中示出。在該裝球部分的云數據實例中，該
圖示出了
i. 源于三腳架腿的點和多余的數據點296;
ii. 用于去除多余的內部數據點的門限292;以及
iii. 對于裝球數據的最優(yōu)擬合平面294。
回到圖3的數據編輯裝置流程圖，如果在287裝球在掃描點云數 據中不存在，如果激光掃描器ll使用了三腳架，那么在289去除"三 腳架"的點。在該實施方案中，這通過從掃描點云數據中去除來自激 光掃描器11之下的特定錐形的點實現
A < t<w
已從掃描點云數據中分割出了磨機端面和裝球的點，剩余的數據 為對應于在291的凸部的點。 一個凸部分割裝置通過利用凸部分割軟 件應用程序使用這些點作為其計算的基礎。
在該實施方案中，凸部分割裝置的第一步是通過使用圓柱體擬合 程序去除磨機位置方面的任何偏心和傾斜。在該實施方案中，該圓柱 體擬合程序在293針對所有凸部點擬合一圓柱體，如圖20所示。然后， 數據被相應地轉換。
圓柱體擬合程序示于圖20，且包括最優(yōu)擬合圓柱體軸線298和最 優(yōu)擬合圓柱半徑(r) 300的描述。在293的圓柱體擬合程序包括圓柱 體擬合軟件應用程序，4吏用以下方法 i.對每個凸部點，使用一個方程形成程序構成以下方程
fe -$)x5|-r = 0
其中，給定觀察點向量 給定圓柱體位置向量3-(0 yc z。)t
以及給定圓柱體軸線向量
fi - (a b c]F
ii. 一個加權約束加法程序，用于增加加權約束a2+b2+c2-l=0并按參 量的最小二乘方求解
iii. 一個圓柱體位置轉換程序用于通過圓柱體位置向量轉換整個點云
x'、
y'
z'
/x、
y
/o、 y
、z'
iv. —個轉動值計算器程序用于計算轉動角度cj)和K:
<j) = arctan(2
k = arctanl
'一b、
和
并且一個掃描點云轉換程序用于轉換整個點云
、"、 /x'\
y
y
、z'/
M-7 3(k:)及》)
其中
執(zhí)行的下一步是在295的粗略凸部分割，由此圓柱半徑小于容限 的點被去除。
"、
回到圖4上的流程圖，如果基本參考數據在301包括喉部村筒半 徑，那么具有小于特定喉部襯筒半徑的圓柱半徑的、被分割和標記為 磨機端面的掃描點云數據的點在303被去除
■xl
基于在277的平面端面方法或在279的錐形端面方法，將磨機端 面從掃描點云數據分割到磨機端面的程序，在305重復。由于自在275 的分割的第一次迭代以后在進行期間的掃描點云數據的轉換，該第二 次迭代更加精確。
回到圖4上的流程圖，如果在297在磨機中不存在裝球，那么可 以在299使用一個基于半徑的過濾器執(zhí)行精細的凸部分割。在該實施 方案中進行精細分割的方法包括去除任意位于表示到襯筒的最小半徑的半徑內部的剩余假點或者位于磨機外部的點。
ri < 、 或 A > trBOL
這在圖21中示出，由此弧線代表用于去除磨機外部的錯誤數據和 /或多余數據的襯筒半徑門限302以及用于去除磨機內部的錯誤數據 和/或多余數據的半徑門限304的背面。
凸部點分割的第一步為通過在293針對所有凸部點擬合一圓柱體 并且相應地轉換數據，去除在磨機位置方面的任意偏心和傾斜，這些 接著在307被重復。
在掃描點云數據更加精確地被定向的情況下，之前被分割、被去 除或被分派標簽的點被復位到單個掃描點云數據組309中，之前與下 述項有關地被去除的那些點除外
i. 在247的保護小屋240;
ii. 在289的源于三腳架腿的點296;
iii. 在249的強度門限值；
iv. 具有根據基本參考數據的磨機半徑和磨機長度得到的在 251的最大門限和在253的最小門限的測得范圍的限定距 離范圍。
接著在311重復以下之前已描述過的步驟
i. 通過將測得的范圍與根據基本參考數據的磨機半徑和磨機長度得到 在251的最大門限和在253的最小門限相比較，去除掃描點云數據 中的點；
ii. 在275該程序將掃描點云數據中可歸因于磨機端面的點標記；
iii. 在345如果存在裝球，那么確定并分割掃描點云數據的這部分；
iv. 在293通過針對所有凸部點擬合一圓柱體并相應地轉換數據，去 除磨機位置方面的任意偏心和傾斜。
v. 在295進行粗略凸部分割，由此具有小于容限的圓柱半徑的點被去 除
vi. 如果在301基本參考數據包括喉部襯筒半徑
a. 在303具有小于規(guī)定喉部襯筒半徑門限308的圓柱半徑的、 被分割和標記為磨機端面的掃描點云數據的點被去除；以及
b. 基于在277的平面端面方法或者在279的錐形端面方法，將
26磨機端面從掃描點云數據分割到磨機端面的程序。
vii.如果不存在裝球，那么在299使用基于半徑的過濾器執(zhí)行凸部端 面的精細分割。
在完成這些迭代時，該掃描點云數據由此在313被分割為可歸因 于磨機端面、凸部和裝球(如果存在裝球)的數據?；氐綀D6，并且 參照圖4和5,如果在315基本參考數據包括環(huán)形襯筒半徑，那么在 磨機端面分割中大于環(huán)形襯筒半徑門限306的點在317被重新分配到 凸部點分割ri>rrl。
如果基本參考數據在319包括喉部襯筒半徑，那么在磨機端面分 割中小于喉部襯筒半徑門限308的點在步驟321被從掃描點云數據中 去除ri<rtl。
參照圖7，凸部分割裝置還包括在323提供的一種使用圓錐形進 一步細化磨機端面和凸部之間的點的分割的方法。在該實施方案中， 該進一步細化的方法通過以下步驟實現
i. 一個形心細化器程序，用于通過使用相同數量的點(以防止偏差) 計算凸部點云的每個端面的平均值來細化點云在縱向尺寸中的形 心
1 p一
并且
1 $ +
"， 使得 n
El丄 使得 n n'
其中—和+分別表示來自凸部襯筒點云左端面和右端面的點；
ii. 一個掃描點云轉換程序，用于通過這兩個平均值的平均值轉換整 個點云
— ^ = xL + XR
x,Xi一S 其中 _ 2
iii. 一個圓限定程序，用于限定一個圓，該圓是在襯筒背面的(B0L) 圓柱形凸部表面和BOL錐形或平面端面表面的相交圓
iv. —個錐形體限定程序，用于限定一個具有45。的半頂角的、以上 述圓為底并且頂點在該圓的凸部側的錐形體。圖24中提供了這種錐形體的形象描述。
v. —個點分配程序，用于將錐形體內的點分配到給定磨機端面；那些 在錐形體外的點被分配到凸部。
在進一步細化了掃描點云數據的凸部和磨機端面點分割之后，可 在325執(zhí)行最后的多余外部點去除。
對于在327的已分割凸部點，圓柱半徑超出規(guī)定B0L半徑的點在 329被去除r々r B0L
縱坐標絕對值超出規(guī)定磨機長度一半的點在331也被去除
在平面端面磨機的情況下，縱坐標絕對值超出規(guī)定磨機長度一半 的點在333被去除
在錐形端面磨機的情況下，構造位于距磨機中心距離為已知磨機 長度一半的位置的頂點。給定設計數據錐角，從該頂點構造BOL表面 的錐形體。該方法形象地示于圖25。屬于磨機端面但落在該錐形體之 外的點在335被去除。
如果存在裝球282，那么在343執(zhí)行最終細化。參照圖22，重復 以下程序若干次
i. 將所有裝球點通過基于特征值的分解擬合到一平面310，如前面在 283所述；
ii. 為殘差的標準偏差的3倍的異常點容限用于去除在最優(yōu)擬合平面 312以上和以下的點
在343的這些步驟可接著重復以進行一次或多次迭代，以進一步 細化裝球數據組。在該實施方案中，該程序重復一次。
來自數據編輯裝置的最終輸出是在337的可歸因于磨機端面的一 組點(示于圖8b和8c)、在339的可歸因于凸部的一組點(示于圖8a ) 以及如果存在的話在341的可歸因于裝球的一組點(示于圖8d)。
在該磨機使用次級磨碎系統(tǒng)的情況下，這些不可固定地連接到該
28表面的對象的體積可以有利地通過提供一個不可固定地連接的體積測 量裝置來測量。兩種在磨機中可能出現的不可固定地連接的對象為一 組球和礦石碎塊，它們共同構成本說明書中所稱的裝球。
在這種情況下，數據處理系統(tǒng)包括一個裝球體積測量裝置。該裝 球體積測量裝置根據以下原則工作，即之前通過數據分割裝置獲得的 代表裝球表面的一組點，通過最小二乘法擬合多項式或其他由函數
f (X，Y，Z)表示的合適的模型建模。裝球體積V^之后通過計算在表面 (f (XYZ))和磨機端面間的最優(yōu)擬合圓柱體c之間的體積差測得，即
VBC = jjjtf (X, Y, Z)— c(X, Y， Z]1V
v
該處理軟件19還包括一個球-礦石辨別裝置用于確定球與礦石的 比。根據球-礦石辨別裝置，在代表裝球表面的這組點中的每個點通過 曲率分析被分類為屬于球或屬于礦石碎塊。對于在該組中的每個點， 位于其緊鄰位置的預定數量的點構成的子集k被定位。根據該子集進 行包括主曲率和曲率變化在內的局部曲率度量的計算。如果一個點的 主曲率在預定容限內相等，那么該點被標記為屬于球；否則，該點屬 于礦石碎塊。在鄰域內的恒定曲率變化被用作進行標記的另一標準。
對每個點，通過球分析裝置在該點的具有k個點的鄰域內進行進 一步的分析，從而將屬于相同標記(即，球或礦石)的鄰近點集合在 一起。在該分析中使用曲率變化以確定鄰近球之間的邊界。結果為許 多包含在單獨球上的點的數據子集和許多包含在礦石碎塊上的點的數 據子集。
這些數據子集結果用于通過將襯筒和裝球表面之間的距離與磨機 的幾何形狀化為因素，估計在表面掃描之下的物質的組成。
在一個可供選擇的實施方案中，通過使用頂面數據云作為分析下 面的裝球剩余物的可能成分的基礎而獲得更加精確的估計。
該數據處理系統(tǒng)還包括球尺寸測量裝置用于計算磨機中球的尺 寸。對于球點子集中的每個子集，球的尺寸可以如下測量。最小二乘 法用于將該子集數據擬合到一球面，該球面的分析模型被給定為
(X廣Xc )2 + (Yi - YJ + & - Z0 )2 - R2 = 0
其中(Xi，Yi，Zi)為屬于該子集的點i的坐標，(Xc， Ye， Zc)為球面 中心的坐標，且R為球面半徑。R和(X。，Y。，Z。)構成要根據子集數據估計的參數。
許多磨機裝有測量磨機和其容納物的總質量MT的測壓元件或其他 設備。該質量包括襯筒質量M"裝球質量MBc以及其他磨機構件(軸承、 殼體、螺栓等)的質量ME: MT =MBC+ML+ME
所述其他磨機構件的質量ME為一已知的設計參數。磨機襯筒的質
量根據磨機村筒密度P L和磨機襯筒體積V,算得，其中磨機襯筒密度P
L為一已知設計參數
ML = pLVL
磨機襯筒體積通過已得到的襯筒厚度測量值在可見的磨機表面上 的積分算出，所述可見的磨機表面可能是不完整的，在這種情況下， 將所述可見的磨機表面乘以一個合適的因子以獲得完整磨機的體積。 因此，裝球的質量可以計算如下
MBC=MT-pLVL-ME
裝球質量進一步被分解為礦石質量M。w和球質量Mballs，
MBC = More+MbaJls
礦石的密度P 。re和球的密度P baUs為已知的設計參數，所以裝球質 量可以表示為
MBC "P咖V鵬+PballA函
進一步，從裝球測量裝置已知裝球的體積
因此，礦石和球的體積可以4艮據這兩個方程確定并且用于計算球 與》戶石的比。
排出端面襯筒包含容許碎礦石通過的孔。在一些磨機中這些孔遠 小于球的直徑，然而在另一些磨機中這些孔大得多(即，尺寸比得上 球的尺寸)并且這些孔的測量很重要。
在這種情況下，該數據處理系統(tǒng)包括一個孔測量裝置用于測量磨 機表面中的孔的尺寸。排出端面孔可以布置在多個從中心向外輻射的
扇形面341中，如圖26a所示。
由于篦條篩孔的圖案繞排出端面重復，初始數據處理被限定在角
30寬度等于一個扇形面的區(qū)域，如圖26b所示。
使用局部曲率分析、特征值分析、強度分析或者其結合在該扇形 面中探測數據邊緣。對應于一個特定篦條篩孔的所有邊緣點集合到一 起作為一個點云數據子集。圖27a示出了排出端面的被分割的點云數 據，且圖27b示出了一個蓖條篩孔343的邊緣被探測出的相同點云數 據。根據該子集計算最小寬度和最大寬度。針對扇形面中的所有篦條 篩孔，重復該步驟。接著針對下一篦條篩扇形面中的所有孔重復該過 程。
可以認識到，本發(fā)明的范圍并不限于本說明書所述的特定實施方 案。重要地，本發(fā)明并不限于在任何可獲得的磨機類型中繪制和測量 磨機襯筒的厚度。實際上，可以預期使用相同原理的其他實施方案， 其用于其他的應用，諸如容器和尤其常用于工業(yè)設備的結構，用于相 對于 一基準繪制和/或測量表面位移。
權利要求
1.一個用于相對于基本參考數據對一表面的掃描點云數據定向的系統(tǒng)，包括一個輸入源發(fā)生器，適于提供所述掃描點云數據；一個傾斜修正裝置，用于相對于基本參考數據對所述點云數據定向；以及一個數據編輯裝置，用于從累積的點云數據中過濾假點數據。
2. 權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述數據編輯裝置還包括劃分裝 置，用于將所述點云數據劃分為對應于所述表面的以幾何形狀描述的 不同區(qū)域的離散部分。
3. 權利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中所述數據編輯裝置適于在傾 斜修正裝置之前運作。
4. 權利要求2或3所述的系統(tǒng)，其中所述數據編輯裝置包括以下 程序中的至少一個或多個(i) 一個掃描器結構過濾器，用于去除可歸因于任意支撐裝置的 點，所述支撐裝置用于定位、穩(wěn)定或保護掃描裝置；(ii) 一個強度過濾器，用于去除累積的點云數據中的在門限強 度值以上的任意點；以及(iii) 一個范圍過濾器，用于去除累計的點云數據中的小于最小 門限或大于最大門限的任意點。
5. 權利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述基本參考數據包括半徑和長 度變量，并且其中所述范圍過濾器根據所述半徑和所述長度推導出門 限。
6. 前述任一權利要求所述的系統(tǒng)，其中傾斜修正裝置包括一個點 云數據定向裝置，由此所述點云數據定向裝置包括一個臨時點去除裝置，用于臨時地將基本縱向平行于被掃描器結 構過濾器去除的點的點去除；一個轉動值裝置，用于計算待用于掃描點云數據的轉動值； 一個掃面點云數據轉動程序；以及一個點復位裝置，由此使被臨時點去除裝置去除的點被復位到累 計的點云數據中。
7.前述任一權利要求所述的系統(tǒng)，當所述前述任一權利要求從屬 于權利要求6時，其中所述點云數據定向裝置包括一個轉動值軟件應 用程序，該轉動值軟件應用程序包括一個轉換器程序，用于4吏用形心還原(centroid reduction)轉 換該掃描點云數據<formula>formula see original document page 3</formula>以及一個計算器程序，用于通過該掃描點云數據的協(xié)方差矩陣的特征 值分解確定轉動值八=MCMT 其中<formula>formula see original document page 3</formula>
8.權利要求7所述的系統(tǒng)，其中轉動值軟件應用程序適于將累積 的掃描點云數據轉動，所述轉動值軟件應用程序包括一個轉動程序，用于轉動值使得x-縱向、y-橫向以及z-高度軸一致<formula>formula see original document page 3</formula>/i其中M為由所述轉動值裝置計算得到的轉動值。
9.權利要求17所述的系統(tǒng)，其中傾斜修正裝置包括一個傾斜修正 軟件應用程序用于關于一軸線確定和修正累積的掃描點云數據中的任 意剩余傾斜，包括一個提取器程序，用于在一組如下的約束條件下提取一組臨時點 (p):W《、 l小ty &>、一個減法器程序，用于從該組臨時點中減去x坐標的平均值其中<formula>formula see original document page 4</formula>為在得到的這組臨時點中的每個點形成以下二維線方程: <formula>formula see original document page 4</formula>一個最小二乘法計算器，用于計算斜率的最小二乘法估計m，如下<formula>formula see original document page 4</formula>一個轉動角度計算器程序，用于計算轉動角度^如下<formula>formula see original document page 4</formula>一個累積掃描點旋轉器程序，用于轉動累積的掃描點數據:<formula>formula see original document page 4</formula>其中<formula>formula see original document page 4</formula>
10. 前述任一權利要求所述的系統(tǒng)，當所述前述任一權利要求從屬 于權利要求2時，其中所述基本參考為一個大體圓柱形的殼體并且所 述關鍵參考數據為描述該基本參考的幾何形狀的臨界參數，其中所述 劃分裝置包括以下程序中的至少一個或多個(i) 一個相對端面分割裝置，其中所述相對端面分割裝置包括以 下程序中的至少一個或多個a) —個平面端面分割裝置，用于當所述基本參考數據表示大 體平面端面時分割累積的點云數據中的點；以及b) —個錐形端面分割裝置，用于當所述基本參考數據表示大 體錐形端面時分割累積的點云數據中的點。(ii) 一個不固定對象分割裝置，用于分割累積的點云數據中可歸 因于不可固定地連接到所述表面的對象的點；以及(i i i)一個凸部分割裝置，用于分割累積的點云數據中可歸因于 所述圓柱形殼體的點。
11. 權利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述平面端面分割裝置和錐形端面分割裝置包括一個端面分割軟件應用程序，該端面分割軟件應用程序包括一個頻率計算器程序，用于計算累積的點云數據中的每個縱坐標 的頻率；一個最大頻率計算器程序，用于確定正、負縱坐標的最大所述頻率；一個門限加法程序，用于將一個門限值加到所述最大正、負頻率值；以及由此所述錐形端面分割裝置還包括一個最小位置計算器程序，用于掃描所述縱坐標頻率從而確定從 所述最大正、負頻率值朝著所述掃描器的位置的最小位置；一個分割程序，用于根據所述最小位置分割累積的點云數據中可 歸因于平面端面的點；以及由此所述錐形端面分割裝置使用該最小位置計算器程序的最大 正、負頻率值分割累積的點云數據中可歸因于錐形端面的點。
12. 前述任一權利要求所述的系統(tǒng)，還包括一個不可固定地連接的 體積測量裝置，用于測量不可固定地連接到所述表面的對象的體積。
13. 前述任一權利要求所述的系統(tǒng)，還包括一個孔測量裝置，用于 測量在所述表面中的孔的尺寸。
14. 權利要求12或從屬于權利要求12時的權利要求13所述的系 統(tǒng)，其中所述不可固定地連接的體積測量裝置還包括一個球-礦石辨別 裝置，用于測量一組球與非球材料的比。
15. 權利要求12或從屬于權利要求12時的權利要求13或權利要 求14所述的系統(tǒng)，其中所述不可固定地連接的體積測量裝置還包括一 個球尺寸測量裝置，用于測量圓柱形殼體中一組球的尺寸。
16. 前述任一權利要求所述的系統(tǒng)，當所述前述任一權利要求從屬 于權利要求10時，其中所述不固定對象分割裝置包括一個不固定對象 軟件應用程序，該不固定對象軟件應用程序在所述相對端面分割裝置 作用于所述掃描點云數據后運作，所述不固定對象軟件應用程序包括一個半徑頻率計算器程序，用于計算在累積的掃描點云數據中的 每個圓柱半徑值的頻率；一個尖峰值確定程序，用于確定圓柱半徑頻率的尖峰值并基于所述尖峰值分割點；一個分割擬合程序，用于通過基于特征值的分解將所有被分割的 點擬合到一平面；一個掃描點云轉換程序，用于將m個點的掃描點云數據轉換到形心<formula>formula see original document page 6</formula>一個特征值分解程序A = MCMT 其中其中用于確定協(xié)方差矩陣的特征值分解<formula>formula see original document page 6</formula>一個由ax+by+cz-d=0給定的平面模型，其中(a， b， c )為對應于最小特征值的特征向量的元素，并且<formula>formula see original document page 6</formula>一個剩余偏差計算程序，用于根據每個點的最優(yōu)擬合平面計算剩余偏差v:<formula>formula see original document page 6</formula>一個點丟棄程序，用于基于殘差的標準偏差丟棄平面上方的點。
17.前述任一權利要求所述的系統(tǒng)，當所述前述任一權利要求從屬于權利要求10或16時，其中所述凸部分割裝置包括一個凸部分割軟件應用程序，該凸部分割軟件應用程序包括一個形心細化器程序，用于通過使用相同數量的點計算在所述大體圓柱形殼體的每一端面的平均值細化點云在縱軸上的形心<formula>formula see original document page 7</formula>_1姿 P=一n八 使得 n2使得其中—和+分別表示源于凸部襯筒點云左端面和右端面的點； 一個掃描點云轉換程序，用于通過這兩個平均值的平均值轉換整 個掃描點云數據, — 義=xl+XrX; - X，一 X ,其中 ； 一個圓限定程序，用于在所述大體圓柱形殼體的每個端面限定一 個圓，所述圓為所述基本參考數據的圓柱形凸部表面與基本參考數據的錐形或平面端面表面的相交圓；一個錐形體限定程序，用于限定具有45。的半頂角的、以該圓為 底且頂點在該圓的凸部側的錐形體；一個點分配程序，用于將錐形體內的每個點分配到所述大體圓柱 形殼體的給定端面并將該錐形體外部的每個點分配到所述圓柱形殼 體。
18.前述任一權利要求所述的系統(tǒng)，當所述前述任一權利要求從屬 于權利要求10時，其中所述凸部分割裝置包括一個圓柱體擬合程序， 其中所述圓柱體擬合程序包括一個圓柱體擬合軟件應用程序，該圓柱 體擬合軟件應用程序在所述相對端面分割裝置和所述不固定對象分割 裝置作用于所述掃描點云數據之后運作，所述圓柱體擬合軟件應用程 序包括一個方程形成程序，用于為在累積的掃描點云數據中的每個點形成以下方程fe一互)x司l一^0，其中觀察點向量由L J給定，圓柱體位置向量由3 = (QhZ。)t給定，并且圓柱體軸線向量由fi-(a b c]F給定一個加權約束加法程序，用于增加加權約束a2+b2+c2-1-0， 并以參量的最小二乘方求解一個圓柱體位置轉換程序，用于通過圓柱體位置向量轉換整個掃 描點云/x'人〖x、 /o人一個轉動值計算器程序(j> = arctan| —且用于計算轉動角度d)和K -b)乂 ；以及k arctan一個掃描點云轉換程序，用于轉換整個點云<formula>formula see original document page 8</formula>其中 M-A(^&W)。
19. 一種用于確定一表面的掃描點云數據中的特征的系統(tǒng)，包括 一個輸入源發(fā)生器，適于提供所述掃描點云數據；以及 一個劃分裝置，用于將所述點云數據劃分為對應于所迷表面的不同幾何形狀區(qū)域的離散部分。
20. 權利要求19所述的系統(tǒng)，還包括一個不可固定地連接的體積 測量裝置，用于測量不可固定地連接到所述表面的對象的體積。
21. 權利要求19或20所述的系統(tǒng)，還包括一個孔測量裝置，用于 測量在所述表面中的孔的尺寸。
22. 權利要求20或21所述的系統(tǒng)，其中所述不可固定地連接的體 積測量裝置還包括一個球-礦石辨別裝置，用于測量一組球與非球材料 的比。
23. 權利要求20-22中任一項所述的系統(tǒng)，其中所述不可固定地連 接的體積測量裝置還包括一個球尺寸測量裝置，用于測量在圓柱形殼 體內的一組球的尺寸。
24. —種根據權利要求1所述系統(tǒng)的相對于基本參考數據對一表 面的掃描點云數據定向的方法。
25. —種根據權利要求19所述系統(tǒng)的確定一表面的掃描點云數據中 的特征的方法。
全文摘要
一種用于相對于基本參考數據對一表面的掃描點云數據定向的系統(tǒng)。一種用于將帶有數據的掃描點云與基本參考數據對齊以測量一表面相對于基本參考的位移的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個掃描裝置，用于關于遠端表面相對于參考點的空間定向的度量生成點云數據，以限定所述表面的三維圖像，包括一個適于提供所述掃描點云數據的輸入源發(fā)生器；以及儲存裝置和一個傾斜修正裝置，該儲存裝置用于關于基本參考相對于所述表面的空間定向儲存基本參考數據，該傾斜修正裝置用于相對于基本參考數據對所述點云數據定向；以及一個數據編輯裝置和一個處理裝置，該數據編輯裝置用于從累積的點云數據過濾假點，該處理裝置用于處理所述點云數據和所述基本參考數據以確定所述表面相對于所述基本參考的相對位移。該系統(tǒng)還為測量不可固定地連接到一表面的對象的體積和測量在一表面中的孔的尺寸作準備。最后，本發(fā)明提供一種用于確定一表面的掃描點云數據中的特征的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個適于提供所述掃描點云數據的輸入源發(fā)生器；和一個劃分裝置，用于將所述點云數據劃分成對應于所述表面的不同的以幾何形狀描述的區(qū)域的離散部分。
文檔編號G01B11/10GK101632001SQ200780047887
公開日2010年1月20日 申請日期2007年12月20日 優(yōu)先權日2006年12月20日
發(fā)明者D·利克蒂, J·弗蘭克, M·P·斯圖爾特 申請人:斯甘拉伊斯股份有限公司