[實用新型]一種復(fù)雜曲面的配準(zhǔn)系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200920210164.1
• 申請日: 2009-09-25
• 公開（公告）號: CN201576308U
• 公開（公告）日: 2010-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭慧;林大鈞;潘家禎
• 申請（專利權(quán)）人: 華東理工大學(xué)
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G01B21/00
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 葉敏華

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及機(jī)械設(shè)計及檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)雜曲面的配準(zhǔn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

復(fù)雜曲面配準(zhǔn)技術(shù)廣泛應(yīng)用于形狀誤差檢測、多視點云重定位、逆向工程、虛擬現(xiàn)實等領(lǐng)域中，它是實現(xiàn)模型評估、誤差分析以及數(shù)據(jù)拼合的前提條件。由于CAD模型是在CAD設(shè)計軟件坐標(biāo)系中設(shè)計的，測量是在測量設(shè)備的坐標(biāo)系中進(jìn)行的，復(fù)雜曲面測量坐標(biāo)系與設(shè)計坐標(biāo)系(CAD坐標(biāo)系)在客觀上是相互獨立的，測量數(shù)據(jù)與CAD模型沒有明確的尺寸對應(yīng)關(guān)系，加上復(fù)雜曲面沒有明顯的基準(zhǔn)特征，復(fù)雜曲面數(shù)學(xué)模型非常復(fù)雜，在復(fù)雜曲面的測量基準(zhǔn)與設(shè)計基準(zhǔn)之間難以找到準(zhǔn)確的尺寸對應(yīng)關(guān)系，因此復(fù)雜曲面配準(zhǔn)一直是問題關(guān)鍵和難點。二者如果不統(tǒng)一必然會影響后續(xù)的誤差檢測、模型評估等的計算結(jié)果。

目前比較常見的配準(zhǔn)方法是最小二乘方法和迭代最近點方法，這兩種方法都存在一些不足。

最小二乘法的基本原理是以二者之間的殘差平方和最小為目標(biāo)，具有計算簡單、易于實現(xiàn)的優(yōu)點，但按最小二乘法計算的結(jié)果精度不夠高，往往比精確結(jié)果大1.8％-30％，因而不適合精度要求高的復(fù)雜曲面配準(zhǔn)。

迭代最近點法首先必須在點集與點集之間找出兩個對應(yīng)的子集，然后求出兩個點集的變換矩陣，其算法簡單，精度較高，它的不足一是要求兩個匹配點集中的一個點集是另外一個點集的子集，二是對兩個點集的相對初始位置要求較高，兩個點集的相對初始位置不能相差太大，在兩組點集初始位置相差較大時易陷入局部最小值，而且收斂方向可能不確定。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種穩(wěn)定性高、精確度好、應(yīng)用廣泛的復(fù)雜曲面的配準(zhǔn)系統(tǒng)。

本實用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種復(fù)雜曲面的配準(zhǔn)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括曲面CAD建模裝置、三坐標(biāo)測量機(jī)及配準(zhǔn)求解器，所述的曲面CAD建模裝置包括曲面的幾何信息，與配準(zhǔn)求解器的一邊的端口連接，所述的三坐標(biāo)測量機(jī)與配準(zhǔn)求解器的另一邊的端口連接。

所述的曲面CAD建模裝置為安裝有CAD設(shè)計軟件的計算機(jī)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點：

(1)理論模型精確：CAD模型是最理想的比較的依據(jù)，NURBS曲面具有廣泛通用性，根據(jù)曲面的CAD設(shè)計信息建立其理論模型對誤差評定有著至關(guān)重要的作用；

(2)配準(zhǔn)的穩(wěn)定性：利用遺傳算法的魯棒性、并行性以及具有全局搜索能力的特點，對復(fù)雜進(jìn)行曲面的粗配準(zhǔn)，能快速尋找恰當(dāng)初始配準(zhǔn)變換，克服了傳統(tǒng)的迭代最近點法對初值要求高的缺點，可從任意初始相對位置出發(fā)，保證求解的收斂性，提高了計算效率，可以加快獲得理想的配準(zhǔn)結(jié)果；

(3)配準(zhǔn)的精確性：粗配準(zhǔn)后再應(yīng)用迭代最近點算法進(jìn)行二次精配準(zhǔn)。利用了迭代最近點法技術(shù)精度較高特點，克服了遺傳算法方法后期耗時較長的不足，提高了配準(zhǔn)精確度；

(4)實現(xiàn)多維變量配準(zhǔn)：可獲得單純迭代最近點法無法獲得的結(jié)果，對三維數(shù)據(jù)配準(zhǔn)中的多變量配準(zhǔn)具有較強(qiáng)的魯棒性；

(5)應(yīng)用的廣泛性：可應(yīng)用于用NURBS表示的任意復(fù)雜曲面，NURBS曲面表達(dá)方式不但具有局部可控性、規(guī)范性、可微性等性質(zhì)，還為標(biāo)準(zhǔn)曲面的解析形狀(如二次曲面、回轉(zhuǎn)面等)和自由曲面的精確表示與設(shè)計提供了一個公共的數(shù)學(xué)形式，在CAD/CAM與計算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域中，NURBS曲面得到廣泛的應(yīng)用。

附圖說明

圖1為該系統(tǒng)的示意圖；

圖2為汽輪機(jī)葉片凹片配準(zhǔn)前的模型數(shù)據(jù)及測量數(shù)據(jù)；

圖3為遺傳算法迭代50次的粗配準(zhǔn)結(jié)果；

圖4為迭代最近點精配準(zhǔn)的結(jié)果；

圖5為單純ICP配準(zhǔn)結(jié)果。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。

實施例

一種復(fù)雜曲面的配準(zhǔn)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，該系統(tǒng)包括曲面CAD建模裝置、三坐標(biāo)測量機(jī)及配準(zhǔn)求解器，曲面CAD建模裝置為安裝有CAD設(shè)計軟件的計算機(jī)，包括曲面的幾何信息，采用NURBS函數(shù)構(gòu)建曲面NURBS模型，與配準(zhǔn)求解器的一邊的端口連接，三坐標(biāo)測量機(jī)檢測曲面實物原型并處理獲取測量點數(shù)據(jù)，與配準(zhǔn)求解器另一邊的端口連接。配準(zhǔn)求解器采用遺傳算法比對、計算及修正曲面NURBS模型與處理后的數(shù)據(jù)。