基于点云配准的零件加工精度检测软件的研究与实现
发布时间：2021-01-24 00:03
近年来,随着激光测距技术的发展,三维激光测量仪器在当前产品的制造中的应用越来越广泛,采用三维激光扫描技术可以直接得到真实物体表面的空间采样点,即点云数据。将点云技术运用到零件加工精度的检测技术中,通过对测量点云与CAD标准点云的比对,可以准确体现出被测零件的加工误差,从而提高精度管理工作的效率。这种基于光学的非接触式测量所获得测量点云数据具有数据量庞大、无序排列的特点。在本文中将介绍一种点云处理系统,该系统通过对采样数据和标准数据进行比对分析和计算,实现对被测零件外形特别是具有连续复杂曲线外形的误差状况的评估。系统主要分为两个功能模块:一个对导入的测量点云和标准点云进行处理和配准,计算零件的整体加工误差情况;另一个是通过拟合算法重构出制造样件的特征。根据拟合结果对形位误差进行计算和评定,例如:平面度、平行度、轮廓度等制造误差。软件通过对产品的设计、制造过程的优化提供数据分析支持。整个论文的研究内容如下:研究了采集点云数据后的初步的去噪,以及对两片点云数据的标定和配准技术。研究了基于点云几何特征的标定技术。研究了先基于PCA算法的粗配准,使两片点云变换到大致重叠的位置。之后再进行基于IC...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－４对零件的三维扫描过程??
哈？磨纖大欒截论文??次迭代后的平均误差结果，并在对话框集中显示出来。为了更直观，模型??显．示区以可视化色块的形式表达配准结果，颜色越深代表误差越小，相反??颜色越浅误差越大。并且在模型上选点显示该点处测量点和其对应点的误??差值《??总体的功能划分如图３－１所示。???１「?自动??｜—?粗配准???１厂?设定坐标面????Ｌ?手动?—???配准功能模块一?■?＿匕设定参考点???１?［－?整体配准??—?精配准?－?—???Ｉ?Ｌ?功能面配准????Ｐ?时间线??－?配准信息显示?＿????、口?－ｙｒ??图３－１配准功能：划分??３．３配准功能算法及流程设计??３．３．１粗配准算法??三维点云数据的坐标变换包括平移、旋转。因为在变换过程中要保??持点云数据所代表的几何形体不变，所以变换中的比例和错切变换就要避??免。进行粗配准的最简单有效的方法是通过人工选取控制点来完成。而过??多的人工参自然会降低软件的适用度，受某种场合的限制等，所以更有的??处理方案是将研发的重心放在寻找自动寻找参考点的方法上。??一个好的配准算法主要趋向于满足两点要求：一是配准效率高；＾??－１２－??
哈？磨纖大欒截论文??是配准结果尽可能的靠近。这样才能降低精配准的迭代次数，提高运算效??率。因为三个线性无观点可以表示一个完整的坐标系，因此可以用３对匹??配点，通过计算匹配点之间的对应关系，通过寻找最小二乘逼近的坐标变??换矩阵来实现配准运算》??使用ＰＣＡ（Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ?Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ?Ａｎａｌｙｓｉｓ）算：法计算测量点云的嘗个＇主??方向。得到测暈，点云的三个主：方＇向后，．逋过计算；点云中个点．．到水乎和竖：直??方向的距离可以找到三个点，这三个点分别为最高点＃左侧和右侧最远??点。对ＣＡＤ点云也做如此处理，便得．到了测量：点云和ＣＡＤ点云：中的??对对应点点云企方向计算结果如图３?－２所示ａ??图３－２模型主方向??假设上述过程得到的对应点分别为：ｐｕ、ｐ１２、ｐ１３和ｑｎ、ｑｌ２、ｑｌ３；将??包含Ｐｉｉ、Ｐｉ２、Ｐｉ３的平面变换到包含ｑｕ、ｑｉ２、ｑｉ３的平面上》求变换矩阵Ｒ??和Ｔ的步骤如下：??１）首先对Ｊ＾＿．ｐｉｌ、ｐｉ２、Ｐ１３进行处理建立旋转矩阵Ｒｌ??２）同样的对点集ｑｕ、ｑｉ２、ｑｉ３建立旋转矩阵Ｒｉ??３）通过凡和队可以求出两个点集的旋转矩阵Ｒ，Ｒ满足??４）通过旋转矩阵可以求得平移矩阵Ｔ，满足??经过上面的步骤就可以求出刚体变换矩阵。??粗配准流程中通过单位四元数法获得坐标变换矩阵。该方法通过对两??个对应点集的协方差矩阵求取特征值和特征向量得到最佳的旋转和平移矩??－１３－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]同一物体不同视角的点云配准方法[J]. 陈卓,宋丽梅,陈昌曼,唐欢. 天津工业大学学报. 2014(01)
[2]扫描点云的一种自动配准方法[J]. 薛耀红,梁学章,马婷,梁英,车翔玖. 计算机辅助设计与图形学学报. 2011(02)
[3]一种基于RANSAC的柱面图像配准算法[J]. 刘相滨,邹北骥. 湖南大学学报(自然科学版). 2010(08)
[4]ICP算法在3D点云配准中的应用研究[J]. 杨现辉,王惠南. 计算机仿真. 2010(08)
[5]三维点云法向量估计综述[J]. 李宝,程志全,党岗,金士尧. 计算机工程与应用. 2010(23)
[6]面对面的平行度误差数据处理[J]. 周景亮,林志熙. 工具技术. 2010(06)
[7]空间直线拟合的一种方法[J]. 袭杨. 齐齐哈尔大学学报. 2009(02)
[8]空间直线平行度误差高精度算法与程序开发[J]. 林翔. 福建商业高等专科学校学报. 2008(05)
[9]反求建模中常见二次曲面拟合方法[J]. 田怀文,郭仕章. 西南交通大学学报. 2007(05)
[10]平面度误差各种评定方法的比较[J]. 黄富贵. 工具技术. 2007(08)
本文编号：2996173
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－４对零件的三维扫描过程??
哈？磨纖大欒截论文??次迭代后的平均误差结果，并在对话框集中显示出来。为了更直观，模型??显．示区以可视化色块的形式表达配准结果，颜色越深代表误差越小，相反??颜色越浅误差越大。并且在模型上选点显示该点处测量点和其对应点的误??差值《??总体的功能划分如图３－１所示。???１「?自动??｜—?粗配准???１厂?设定坐标面????Ｌ?手动?—???配准功能模块一?■?＿匕设定参考点???１?［－?整体配准??—?精配准?－?—???Ｉ?Ｌ?功能面配准????Ｐ?时间线??－?配准信息显示?＿????、口?－ｙｒ??图３－１配准功能：划分??３．３配准功能算法及流程设计??３．３．１粗配准算法??三维点云数据的坐标变换包括平移、旋转。因为在变换过程中要保??持点云数据所代表的几何形体不变，所以变换中的比例和错切变换就要避??免。进行粗配准的最简单有效的方法是通过人工选取控制点来完成。而过??多的人工参自然会降低软件的适用度，受某种场合的限制等，所以更有的??处理方案是将研发的重心放在寻找自动寻找参考点的方法上。??一个好的配准算法主要趋向于满足两点要求：一是配准效率高；＾??－１２－??
哈？磨纖大欒截论文??是配准结果尽可能的靠近。这样才能降低精配准的迭代次数，提高运算效??率。因为三个线性无观点可以表示一个完整的坐标系，因此可以用３对匹??配点，通过计算匹配点之间的对应关系，通过寻找最小二乘逼近的坐标变??换矩阵来实现配准运算》??使用ＰＣＡ（Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ?Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ?Ａｎａｌｙｓｉｓ）算：法计算测量点云的嘗个＇主??方向。得到测暈，点云的三个主：方＇向后，．逋过计算；点云中个点．．到水乎和竖：直??方向的距离可以找到三个点，这三个点分别为最高点＃左侧和右侧最远??点。对ＣＡＤ点云也做如此处理，便得．到了测量：点云和ＣＡＤ点云：中的??对对应点点云企方向计算结果如图３?－２所示ａ??图３－２模型主方向??假设上述过程得到的对应点分别为：ｐｕ、ｐ１２、ｐ１３和ｑｎ、ｑｌ２、ｑｌ３；将??包含Ｐｉｉ、Ｐｉ２、Ｐｉ３的平面变换到包含ｑｕ、ｑｉ２、ｑｉ３的平面上》求变换矩阵Ｒ??和Ｔ的步骤如下：??１）首先对Ｊ＾＿．ｐｉｌ、ｐｉ２、Ｐ１３进行处理建立旋转矩阵Ｒｌ??２）同样的对点集ｑｕ、ｑｉ２、ｑｉ３建立旋转矩阵Ｒｉ??３）通过凡和队可以求出两个点集的旋转矩阵Ｒ，Ｒ满足??４）通过旋转矩阵可以求得平移矩阵Ｔ，满足??经过上面的步骤就可以求出刚体变换矩阵。??粗配准流程中通过单位四元数法获得坐标变换矩阵。该方法通过对两??个对应点集的协方差矩阵求取特征值和特征向量得到最佳的旋转和平移矩??－１３－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]同一物体不同视角的点云配准方法[J]. 陈卓,宋丽梅,陈昌曼,唐欢. 天津工业大学学报. 2014(01)
[2]扫描点云的一种自动配准方法[J]. 薛耀红,梁学章,马婷,梁英,车翔玖. 计算机辅助设计与图形学学报. 2011(02)
[3]一种基于RANSAC的柱面图像配准算法[J]. 刘相滨,邹北骥. 湖南大学学报(自然科学版). 2010(08)
[4]ICP算法在3D点云配准中的应用研究[J]. 杨现辉,王惠南. 计算机仿真. 2010(08)
[5]三维点云法向量估计综述[J]. 李宝,程志全,党岗,金士尧. 计算机工程与应用. 2010(23)
[6]面对面的平行度误差数据处理[J]. 周景亮,林志熙. 工具技术. 2010(06)
[7]空间直线拟合的一种方法[J]. 袭杨. 齐齐哈尔大学学报. 2009(02)
[8]空间直线平行度误差高精度算法与程序开发[J]. 林翔. 福建商业高等专科学校学报. 2008(05)
[9]反求建模中常见二次曲面拟合方法[J]. 田怀文,郭仕章. 西南交通大学学报. 2007(05)
[10]平面度误差各种评定方法的比较[J]. 黄富贵. 工具技术. 2007(08)
本文编号：2996173
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