逆向工程中点云处理及拟合新方法的研究

基于逆向工程软件imageware的设计基本思路,以某轧辊的点云数据作为研究对象,对点云处理及拟合方法进行对比分析。结果表明:基于点云曲率拟合基准平面能够显著减小拟合误差,提高拟合精度;B样条曲线拟合不仅拟合精度较高,而且曲线光顺性较好;基于B样条的分段拟合方法能够解决B样条曲线不能精确反映二次曲线的问题,提高拟合精度;随着截面数量的增加,曲面-点云偏差减小,当截面数量增加到一定程度时,曲面-点云偏差缓慢增加,最后趋于稳定。

姿态角扰动对机载激光雷达点云数据的影响

为研究机载平台的姿态角扰动对激光雷达点云扫描区域和密度分布,以及对由激光点云重建的三维表面模型的精度影响,首先从理论上阐明了姿态角扰动对激光点云扫描区域、密度分布及重建三维表面模型精度的影响机理;其次通过数值仿真,详细分析了姿态角扰动对激光点云扫描区域和密度分布的影响规律;最后通过半实物仿真实验,模拟了真实机载激光雷达扫描过程,验证了机载平台的姿态角扰动对激光点云扫描区域和密度分布的影响,并定量评价了姿态角扰动造成的数字表面模型(DSM)的精度变化。仿真和实验结果表明,机载平台姿态角扰动造成激光点云扫描区域偏移和局部区域点云密度降低,前者导致被扫描目标地形的部分区域漏扫;后者导致由激光点云重建的DSM失真增大。因此,姿态角扰动对机载激光雷达点云的扫描区域和密度分布,及对DSM的重建精度有显著的影响,应采取有效措施对姿态角扰动进行实时抑制或补偿。

运用Geomagic Studio实现点云数据的曲面重建及误差分析

曲面重建是逆向工程的关键,为了评定曲面重建的精度要进行相应的误差分析。研究基于三维激光扫描仪获取得到的某塑像表面完整点云数据,运用Geomagic Studio软件对点云数据经过三角网格化、曲面划分等处理构建精确曲面,从而实现此塑像表面的重建。为对重建的曲面进行误差分析,通过平面拟合方程系数以及平面拟合的中误差,验证Geomagic Studio软件中的标准偏差即是测量中由残差计算得到的中误差,进而通过Geomagic Studio软件得到所建模型与点云的标准偏差,实现曲面重建的误差分析。

基于Geomagic某款汽车模型车身逆向造型设计

逆向工程是基于现有的产品进行再设计,再生产,可以缩短研发周期、节省研发经费、提高产品效益,是现代设计非常重要的研究手段。通过激光抄数机扫描测量得到保时捷汽车模型车身的点云数据,然后使用Geomagic Studio软件对测取的点云进行优化处理,并进行多边形阶段的编辑及形状阶段的处理,构建出完整的NURBS曲面,最后对生成的车身曲面进行偏差分析,得到能用于CAD/CAM阶段的车身曲面模型。结果表明,该研究方法可以作为车身设计的一种有效的方法。

基于缺失点云的飞机表面锪孔质量检测

为了实现飞机蒙皮锪孔的高质量检测,提出一种结构光锪孔参数检测方法。该方法基于正交投影建立空间圆锥参数模型,并采用傅立叶曲线和power函数优化模型,有效地避免了实际工程中锪孔点云缺失带来的检测精度下降问题。首先对原始点云进行降噪处理,根据边缘点集中分布在一侧的特点提取了上下边缘并拟合成平面,其次根据正交投影后锥角在XOZ坐标平面或YOZ坐标平面满足傅立叶变换的特点,建立了精确的空间圆锥数学模型,进而获取评价锪孔质量的参数。另外,考虑到被检锪孔本身轴线与坐标平面Z轴会存在偏差,即拟合的空间圆锥轴线与Z轴存在偏差,基于傅立叶变换曲线得出的极值差与法向偏差角之间的关系,提出了法向偏差角的优化数学模型,进一步保证了质量参数的准确性。实验验证了该算法具有更高的精度和更好的抗噪声性能。

渐开线斜齿轮齿面点偏差求解及三维齿面偏差评定

针对渐开线斜齿轮三维齿面偏差的求解过程不明确、基于三维齿面数据与基于齿面点线数据的偏差评定关系不确定的问题,提出一种计算齿面点偏差和三维齿面偏差评定的方法。将齿面偏差视为由标准齿形偏转形成,在柱坐标系下推导渐开线斜齿圆柱齿轮齿面点与设计齿面垂直偏差的计算公式。根据现行齿面偏差定义标准建立齿面坐标系,在该坐标系下,利用二维勒让德正交多项式前6项函数图像与常见齿面偏差类型特征相似的性质,对齿面偏差点云进行拟合,推算二维勒让德正交多项式项系数与对应类型基于齿面点线数据偏差评估量值的比例关系。使用三坐标测量机对含有径向变位的6级精度斜齿渐开线圆柱齿轮进行测量试验,将试验结果与齿轮测量中心报告对比,以验证该方法的可行性。

基于NURBS曲面重建的大型曲面结构制造偏差分析方法

火箭贮箱箱底为大型曲面结构,在环缝焊接时对箱底结构的形状精度具有极高的要求,因此需要对焊装完成后的箱底结构的形状偏差进行分析与评价。利用点云测量设备获得实际构件表面的三维点云,对原始点云数据进行预处理,之后提取截面点云数据,进而采用NURBS曲面对实际构件表面进行重建,最后通过计算理论模型上测试点集到重建曲面的最小距离对形状偏差进行表征与计算。利用本文方法对贮箱箱底结构模拟件进行了形状偏差分析,得到了箱底结构测试点集的偏差大小和空间分布规律,并验证文中所提方法的准确性。

面向不同分辨率点云的NURBS曲面构建偏差分析比较

对于地面三维激光扫描建模精度分析,除了需要对三维激光点云建模与全站仪建模进行比较分析外,还应当对点云数据曲面重建进行偏差分析。本文利用Geomagic Studio软件,对泥石流沟河滩处的3组不同分辨率的点云数据,分别就点、多边形和精确曲面等对象进行了一系列处理,得到了相应的NURBS曲面。以NURBS曲面为参考与原始数据进行偏差分析得到模型与点云的标准偏差。试验结果表明,根据不同分辨率点云数据的特点设置合理的参数得到的NURBS曲面,分辨率越高,曲面重建的标准偏差越小,精度越高。