一种面向薄壁零件加工余量优化的两步配准方法与流程

本发明属于计算机图形学和三维点云配准领域，尤其涉及一种是适用于航天领域面向薄壁零件加工余量优化的两步配准方法。

背景技术：

1、厚度小于等于2mm的薄壁零件作为航天领域广泛应用的零件，因其尺寸大、造型复杂、曲率变化大、刚度低等特点，加工精度及加工质量难以保证。随着三维测量技术的发展，激光扫描仪等测量仪器可以方便快捷的扫描出待测工件的外形数据，为了准确获得薄壁零件的实际轮廓数据，得到完整的模型表面点云数据，便于判断零件的外形、尺寸是否满足要求，需要将在机测得的薄壁零件点云数据与设计理论模型相匹配。

2、目前的点云配准技术分为粗配准和精配准两种，粗配准方法大致可总结为依靠仪器的配准方法、人机交互的配准方法和自动配准方法。依靠仪器的配准方法需要依靠硬件设备记录的信息完成配准，多适用于大型零件，但对设备的数据采集要求较高且价格比较昂贵，不适用于工厂大批量生产；人机交互的配准方法对操作人员自身要求较高，需要操作时根据经验选择合适的视角对数据进行处理，方法较为简单但效率较低，不适用于大批量大型零件；自动配准方法主要是基于经典粗配准算法进行创新，计算变换参数完成点云配准，该方法成本低、效率高、适应性强。当前精配准方法使用较为广泛的是icp配准，多为point-to-point(点对点)icp配准，只考虑了点与点的距离，缺少对点云结构信息的利用，在点云数量较多的时候，查找最近点的计算时间较长、工作量大，对初值变换敏感；针对特征变化不太明显的零件，使用普通的plane-icp算法容易陷入局部最优解。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种薄壁零件截面测量点与模型的两部配准方法，针对精度要求高的薄壁零件，通过pca算法和基于加工余量优化改进的plane-icp算法，实现了测量源点云和模型目标点云的余量优化精确配准。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：

3、一种面向薄壁零件加工余量优化的两步配准方法，包括以下步骤：

4、步骤一、制作点云：使用若干参考平面截取薄壁零件理论数模的截面线，在截面线上获取采样点，生成模型点云q；在采样点处对实体零件进行接触式测量，生成测量点云p；

5、步骤二、计算出两点云的主方向和质心，求出初始变换参数旋转向量r0和平移向量t0，并判断初始变换参数是否需要矫正并求出矫正后的初始变换参数；

6、步骤三、利用基于加工余量优化改进的plane-icp算法进行迭代精配准，获取最优变换参数。

7、本发明与现有技术相比，其显著优点是：

8、本发明为薄壁零件的截面测量点云与模型中获取的目标点云的配准提供了pca粗配准和基于加工余量优改进的plane-icp精配准的两步配准方法，解决了薄壁零件截面测量点与模型的配准问题，提高了薄壁零件外形和尺寸测量精度，有利于提高薄壁零件的加工精度和质量。

技术特征：

1.一种面向薄壁零件加工余量优化的两步配准方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的面向薄壁零件加工余量优化的两步配准方法，其特征在于，所述参考平面是法向量平行于理论模型主方向的平面；建立若干法向量平行于理论模型主方向的参考平面与理论数模相交，得到若干交线即理论模型截面线，将截面线采用弦高差法离散成若干采样点；将截面线离散成的若干点作为测量程序路径点，对薄壁零件进行测量，获得实体零件在采样点处的坐标值。

3.根据权利要求1所述的面向薄壁零件加工余量优化的两步配准方法，其特征在于，初始变换参数旋转向量r0和平移向量t0的求解过程为：

4.根据权利要求1所述的面向薄壁零件加工余量优化的两步配准方法，其特征在于，判断初始变换参数是否需要矫正并求出矫正后的初始变换参数过程为：

5.根据权利要求4所述的面向薄壁零件加工余量优化的两步配准方法，其特征在于，基于加工余量优化改进的plane-icp算法进行迭代精配准，具体过程如下：

技术总结本发明提供了一种面向薄壁零件加工余量优化的两步配准方法，步骤包括：制作点云，在UG中使用若干参考平面截取薄壁零件理论数模的截面线，在截面线上获取采样点，生成模型点云；使用激光传感器在采样点处进行采样，生成测量点云；利用PCA算法计算出两点云的主方向和质心，求出初始变换参数旋转向量R<subgt;0</subgt;和平移向量T<subgt;0</subgt;，并判断初始变换参数是否需要矫正；利用基于余量优化改进的Plane‑ICP算法进行迭代精配准，获取最优变换参数。本发明与现有技术相比，具有操作简单、无需对点云进行分割或特征提取、计算速度较快、配准收敛性和精度都较好等优点。技术研发人员：申运锋,杨生国,孙雅琪,单恺,鲍延华,赵正彩,李度,林圣涛受保护的技术使用者：南京晨光集团有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/8/5