本技术涉及大数据处理，特别是涉及一种基于三维点云的工件建系测量方法、装置以及系统。
背景技术：
1、制造业是一项系统工程，在生产阶段进行科学的尺寸质量监控是保证工件尺寸精益生产的重要环节，而测量技术则是尺寸控制的重要手段。通常的，可以采用三坐标测量机（coordinate measuring machine，cmm）对工件进行测量，三坐标测量机是一种基于空间三维坐标测量原理的高精度测量设备，其主要由主机、测头系统、计算机控制系统等组成。三坐标测量机通过在三个坐标方向（x、y、z）上移动测头，实时获取工件的三维坐标信息，并通过计算机软件进行数据处理，最终得到工件的尺寸、位置和形状误差等数据。
2、然而，虽然三坐标测量机测量精度较高，但价格高昂，且测量时间长，测量效率不高。
技术实现思路
1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够降低测量成本、提高测量效率的基于三维点云的工件建系测量方法、装置以及系统。
2、第一方面，本技术提供了一种基于三维点云的工件建系测量方法。所述方法包括：获取工件的三维点云；获取工件中的第一基准点在三坐标测量系下的第一基准测量坐标，并基于第一基准测量坐标，获得第一基准点在点云坐标系下的第一基准法向量；基于三维点云，获取工件图纸中的第二基准点在点云坐标系下的定位点云坐标；第二基准点包括第一定位点和第二定位点，定位点云坐标包括第一定位点对应的第一定位点云坐标、以及第二定位点对应的第二定位点云坐标；基于定位点云坐标以及第一基准法向量，获得第二基准点在点云坐标系下的第二基准法向量，并基于第一基准法向量和第二基准法向量，获得工件图纸中的第三基准点在点云坐标系下的第三基准法向量；其中，第三基准点包括第一定位点；基于第一基准法向量、第二基准法向量以及第三基准法向量，将三维点云转换到三坐标测量系，获得工件测量结果。
3、在其中一个实施例中，基于第一基准法向量、第二基准法向量以及第三基准法向量，将三维点云转换到三坐标测量系，包括：基于三坐标测量系下的第一单位基向量和第一定位点在三坐标测量系下的坐标，获得三坐标测量系下的第一点坐标；基于点云坐标系下的第二单位基向量和第一定位点云坐标，获得点云坐标系下的第二点坐标；其中，第二单位基向量包括第一基准法向量、第二基准法向量以及第三基准法向量；基于第一点坐标和第二点坐标，获得点云坐标系变换到三坐标测量系的第一变换矩阵；基于第一变换矩阵，将三维点云转换到三坐标测量系。
4、在其中一个实施例中，基于第一基准法向量、第二基准法向量以及第三基准法向量，将三维点云转换到三坐标测量系，包括：获得目标基准面；其中，目标基准面包括基于第一基准法向量和第一定位点云坐标得到的第一基准面、基于第二基准法向量和第一定位点云坐标得到的第二基准面、以及基于第三基准法向量和第一定位点云坐标得到的第三基准面；基于三维点云中的每个点投影到目标基准面的目标投影点，获得每个点与目标投影点之间的投影法向量，并基于投影法向量、第一基准法向量、第二基准法向量、以及第三基准法向量，获得每个点在不同基准面上的符号判断结果；基于每个点投影到目标基准面的投影距离、符号判断结果、以及第一定位点在三坐标测量系下的坐标，获得每个点在三坐标测量系下的坐标。
5、在其中一个实施例中，第一基准测量坐标的数量包括4个，每个第一基准测量坐标均不同；基于第一基准测量坐标，获得第一基准点在点云坐标系下的第一基准法向量，包括：基于第一基准测量坐标，在三维点云中截取预设尺寸的矩形感兴趣区域，并将矩形感兴趣区域的区域中点坐标，确定为对应的第一基准点云坐标；基于对应的第一基准点云坐标的数量，获得第一基准法向量。
6、在其中一个实施例中，基于对应的第一基准点云坐标的数量，获得第一基准法向量，包括：当数量等于4时，基于三维点云中的各点的三维坐标，获得三维点云的质心坐标；对齐次方程进行奇异值分解，获得平面方程系数；其中，齐次方程基于质心坐标和基础平面方程得到；对平面方程系数进行归一化处理，获得第一基准法向量。
7、在其中一个实施例中，对平面方程系数进行归一化处理，获得第一基准法向量，包括：对平面方程系数进行归一化处理，获得归一化法向量；归一化法向量包括第一轴值、第二轴值以及第三轴值；确定第一轴值的绝对值、第二轴值的绝对值以及第三轴值的绝对值中的最大绝对值，基于最大绝对值以及剩余轴值，获得第一基准法向量；其中，剩余轴值包括第一轴值、第二轴值以及第三轴值中，除最大绝对值对应的轴值之外的其他轴值。
8、在其中一个实施例中，基于定位点云坐标以及第一基准法向量，获得第二基准点在点云坐标系下的第二基准法向量，包括：基于第一定位点云坐标和第一基准法向量，获得第一基准面；将第二定位点云坐标投影到第一基准面，基于对应的投影坐标和第一定位点云坐标，获得第二基准法向量。
9、在其中一个实施例中，还包括：获得工件图纸中的第一基准点在三坐标测量系下的基准名义坐标；其中，工件图纸中的第一基准点包括3个均不相同的基准点；基于三坐标测量系变换到点云坐标系的第二变换矩阵，获得基准名义坐标在点云坐标系下的目标坐标；其中，第二变换矩阵是对点云坐标系变换到三坐标测量系的第一变换矩阵求逆得到；基于第一基准法向量和目标坐标，在三维点云中截取预设尺寸的长方体点云，并从预设尺寸的长方体点云中获得基准候选点；拟合基准候选点，获得拟合平面，并计算基准候选点投影到拟合平面的基准投影点；基于基准投影点，获得目标基准点云坐标，并基于目标基准点云坐标更新第一基准法向量，并返回基于定位点云坐标以及第一基准法向量，获得第二基准点在点云坐标系下的第二基准法向量的步骤，直至工件测量结果满足测量条件。
10、第二方面，本技术还提供了一种基于三维点云的工件建系测量装置。所述装置包括：点云获取模块，用于获取工件的三维点云；第一获取模块，用于获取工件中的第一基准点在三坐标测量系下的第一基准测量坐标，并基于第一基准测量坐标，获得第一基准点在点云坐标系下的第一基准法向量；第二获取模块，用于基于三维点云，获取工件图纸中的第二基准点在点云坐标系下的定位点云坐标；第二基准点包括第一定位点和第二定位点，定位点云坐标包括第一定位点对应的第一定位点云坐标、以及第二定位点对应的第二定位点云坐标；第三获取模块，用于基于定位点云坐标以及第一基准法向量，获得第二基准点在点云坐标系下的第二基准法向量，并基于第一基准法向量和第二基准法向量，获得工件图纸中的第三基准点在点云坐标系下的第三基准法向量；其中，第三基准点包括第一定位点；处理模块，用于基于第一基准法向量、第二基准法向量以及第三基准法向量，将三维点云转换到三坐标测量系，获得工件测量结果。
11、第三方面，本技术还提供了一种基于三维点云的工件建系测量系统。基于三维点云的工件建系测量系统包括：线扫相机模组，线扫相机模组用于获取工件的三维点云；处理器，处理器用于基于三维点云，执行第一方面或第一方面中任一项的工件建系测量方法的步骤。
12、上述基于三维点云的工件建系测量方法、装置以及系统，通过获取工件的三维点云，并获取工件中的第一基准点在三坐标测量系下的第一基准测量坐标，并基于第一基准测量坐标，获得第一基准点在点云坐标系下的第一基准法向量，并获取工件图纸中的第二基准点在点云坐标系下的定位点云坐标；进而，基于定位点云坐标以及第一基准法向量，获得第二基准点在点云坐标系下的第二基准法向量，并基于第一基准法向量和第二基准法向量，获得工件图纸中的第三基准点在点云坐标系下的第三基准法向量；并基于第一基准法向量、第二基准法向量以及第三基准法向量，将三维点云转换到三坐标测量系，获得工件测量结果。从而，可以在不使用三坐标测量机的情况下获得测量结果，而且，与现有使用三坐标测量机对工件进行测量，而出现的价格高昂、且测量时间长、且测量效率不高的情况相比，可以降低测量成本，提高测量效率。
1.一种基于三维点云的工件建系测量方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的工件建系测量方法，其特征在于，所述基于所述第一基准法向量、所述第二基准法向量以及所述第三基准法向量，将所述三维点云转换到三坐标测量系，包括：
3.根据权利要求1所述的工件建系测量方法，其特征在于，所述基于所述第一基准法向量、所述第二基准法向量以及所述第三基准法向量，将所述三维点云转换到三坐标测量系，包括：
4.根据权利要求1所述的工件建系测量方法，其特征在于，所述第一基准测量坐标的数量包括4个，每个第一基准测量坐标均不同；所述基于所述第一基准测量坐标，获得所述第一基准点在点云坐标系下的第一基准法向量，包括：
5.根据权利要求4所述的工件建系测量方法，其特征在于，所述基于对应的第一基准点云坐标的数量，获得所述第一基准法向量，包括：
6.根据权利要求5所述的工件建系测量方法，其特征在于，所述对所述平面方程系数进行归一化处理，获得所述第一基准法向量，包括：
7.根据权利要求1所述的工件建系测量方法，其特征在于，所述基于所述定位点云坐标以及所述第一基准法向量，获得所述第二基准点在点云坐标系下的第二基准法向量，包括：
8.根据权利要求1至7中任一项所述的工件建系测量方法，其特征在于，还包括：
9.一种基于三维点云的工件建系测量装置，其特征在于，所述装置包括：
10.一种基于三维点云的工件建系测量系统，其特征在于，包括：
