基于点云配准的零件加工精度检测软件的研究与实现

论文摘要

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ICP算法的精配准的配准流程。从而降低算法的迭代次数,提高配准的效率和准确率。研究了点云数据的拟合算法,设计并实现拟合模块对产品表面的测量点云数据重建产品外形,能够直观反映产品的外形特征。再利用拟合结果计算产品的误差评定参数。研究了最小二乘法对产品表面上的直线、平面、二次曲面(包括圆柱面、圆锥面)进行拟合计算,从而得到每个待处理对象的参数。设计并实现了具有通过配准点云采集数据和标准点云数据后可以对产品外形的制造误差进行误差评估的软件系统。本系统运用了 MATLAB的数据分析和数值计算能力,提高了处理点云数据的效率,采用Microsoft Visual Studio 2010进行界面制作。在此系统中,可以直观地看到由拟合得到的真实物体的三维模型;点云配准结果可以通过色阶图直接反应出产品的制造误差情况,便于用户对产品的整体结构及误差分布有直观的了解。

论文目录

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 课题来源及目的和意义

1.2 国内外研究情况

1.2.1 配准技术的发展

1.2.2 点云模型的发展

1.3 课题主要研究内容

第2章系统需求和功能划分

2.1 软件的功能需求

2.1.1 零件加工精度检测软件的功能需求

2.1.2 点云数据的简介

2.2 系统总体功能划分

2.3 系统软硬件环境及性能需求

2.3.1 软硬件环境

2.3.2 系统性能需求

2.4 本章小结

第3章点云配准与拟合算法研究和功能的实现

3.1 配准的简介

3.2 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

3.3.2 精配准算法

3.4 拟合的简介

3.5 拟合功能的划分和流程设计

3.5.1 三角剖分功能

3.5.2 拟合功能算法设计

3.6 本章小结

第4章误差评定功能的实现与算法设计

4.1 基于拟合结果的加工误差评定

4.1.1 平行度误差评定

4.1.2 垂直度误差评定

4.1.3 平面度误差评定

4.1.4 曲面轮廓度误差评定

4.2 本章小结

第5章软件的验证与测试

5.1 软件整体界面介绍

5.2 点云配准

5.3 三角剖分与拟合

5.3.1 对配准结果三角剖分

5.3.2 模型分段与分片

5.3.3 特征的拟合与关系的计算

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢

个人简历

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 房德楠

导师: 张旭堂

关键词: 点云数据,配准,外形拟合,制造误差

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 物理学,机械工业,无线电电子学,计算机软件及计算机应用

单位: 哈尔滨工业大学

分类号: TH161.1;TN249;TP311.52

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.006116

总页数: 71

文件大小: 4201k

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