基于海量点云的复杂曲面重构及误差分析-南京工业职业技术学院学报.pdf

第１０卷第４期 南 京 工 业 职 业技 术 学 院 学报 Ｖｏｌ．１０，Ｎｏ．４ ２０１０年１２月 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＩｎｄｕｓｔｒｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｅｃ．，２０１０ 基于海量点云的复杂曲面重构及误差分析 金　葵 （新疆工业高等专科学校　机械工程系，新疆　乌鲁木齐　８３００９１） 摘　要：对逆向重构技术在实践应用中出现的一些技术问题，以海量点云数据为基础对曲面重构方法和技巧进行了探 讨研究，并应用３Ｄ点云对重构模型进行了误差分析。将该方法应用于工业产品复杂曲面的实际制造中，提高了设计 精度，缩短了生产周期，对实际生产具有重要意义。 关键词：逆向工程；点云处理；曲面重构；误差分析 中图分类号：ＴＰ３９１．４１　　　　　文献标识码：Ａ　　　　　文章编号：１６７１ ４６４４（２０１０）０４ ００１３ ０３ １．２　点云数据采集与预处理 引言 数据采集技术是通过特定的测量设备和测量方法获取 常见工业产品中有大量的复杂曲面，如轮毂、叶片、夹具 零件表面离散点的几何坐标数据，是曲面重构的基础。 等。这些曲面的设计制造直接影响了产品的性能和效率。 在逆向工程的数据采集过程中，通常采用密集采样方 由于复杂曲面制造样板需经过反复的试验与修改，因此开发 式。由于测量得到的“点云”数据非常庞大，但测量精度并非 设计周期较长，校核判断复杂。 和测量数据点数量成正比，其中包含大量无用的数据给后续 逆向工程是在消化现有技术基础上进行更高水平的再 工作带来了困难；另外，应用三维光学测量系统采集复杂曲 创造过程，是对现有设计的再设计。应用逆向曲面重构技术 面原始测量数据时，扫描得到的产品外型数据会不可避免的 可使设计者在设计和制造过程的各个阶段从物体模型（实 引入数据误差，尤其是尖锐边和边界附近的测量数据，测量 物）上获得数据信息并生成准确的设计替代模型，以获得物 数据中的坏点，可能使该点及其周围的曲面片偏离原曲面； 体模型和设计模型之间的比较差异，使新产品的设计与制 还有，由于测量采用的是光学原理，受光照条件、测量工件表 造，起点高，周期短，成效快。 面的反射特性和传感器噪声等的影响，测量数据还会存在大 在海量点云采集的基础上，应用曲面重构基本理论，结 量无用的数据，即所谓“噪声”点，这些数据的存在对零件的 合正逆向工程软件，取长补短，对复杂曲面进行逆向三维重 ［１］ 造型有害无益，要将其剔除 。通常，对原始点云数据的预 构设计，建立精确的光顺的ＣＡＤ数字模型，并应用３Ｄ点云 处理的方法主要有以下几种。 对齐的方式对重构模型进行误差分析，以达到最佳的重构 （１）去噪音点 效果。 数据获取的方法虽然多样，但在实际的测量过程中受到 人为或随机因素的影响，都不可避免会引入不合理的噪音 １　曲面逆向重构关键技术 点，这部分数据约占数据总量的０．１－５％。去除噪音点常用 １．１　样件模型分析及方案制定 的检查方法是将点云显示在图形终端上，或者生成曲线曲 在产品进行三维实体重构前首先应做以下分析方可制 面，采用半交互半自动的光顺方法对点云数据进行检查 定建模方案。