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基于三个基准点的点云拼接对齐方法_混合对齐

时间:2011-07-15  作者:秩名
  本文选用Imageware软件中适合上述算法的混合对齐模式,即将一个实体群组与另一个实体群组通过匹配将对应的实体对齐。采用混合对齐,对齐的两块点云须至少有三个公共点。

对于表面有许多贯通孔的零件,可以用孔的中心为三个公共点来进行对齐。扫描测量出零件的内、外表面点云后,通过拟合出外表面点云上三个孔的圆,以及内表面点云上对应的三个孔的圆,然后再用混合对齐模式中的点对齐,通过对应三个圆心两两对齐即可,如例电动工具外壳,都带有许多贯通的螺钉孔,可以采用零件本身的三个孔的中心来拼接对齐,如图1所示。

逆向工程

图1 电动工具外壳

但对于大多数零件,可能找不到三个公共点,这时可以设法加上三个公共点。一般的方法是贴上固定球。这里提出一种新的方法:粘贴固定孔。自制三块带圆孔的薄壁塑料片,用模具胶水把它粘贴在零件的分型面的不同位置上。以扫描玩具鸭身为例,粘贴方法如图所示期刊网。

逆向工程

图2 塑料片粘贴示例

从图中可以看出,这样粘贴塑料片,不管是扫描外表面还是内表面,三个孔都能扫到。因为是薄壁塑料片,故厚度影响可以忽略不计,我们可以通过外表面点云的三个孔的中心与内表面对应三个孔的中心对齐,来拼接点云数据。实践证明,粘贴固定孔比固定球更方便、易操作。

下面以没有贯通孔的玩具鸭身的内、外表面扫描并对齐为例,描述具体的实施过程,有贯通孔的零件对齐方法同理,具体实施过程如下:

(1)在玩具鸭身有分型上用模具胶水贴上三块自制的带孔的薄硬塑料片,并喷上显影剂。

(2)为了使扫描出的点云质量高,没有孔洞,把标志点贴在工作台上,如图3所示

图3 标志点粘贴

(3)扫描出零件的外表面点云,保存文件名为External.acs,如图4所示。扫描出零件的内表面点云混合对齐,保存文件名为Internal.acs,内部点云有筋板和支柱,如图5所示。

图4 外表面点云图5 内表面点云

(4)把多次扫描的原始数据External.acs读入 Imageware 系统经过去点云合并、除噪声点、数据采样、点云分块等处理后,通过点云拟合命令,拟合出三个圆InCircle、InCircle2和InCircle3,如图6所示。

(5)调入Internal.acs,对Internal.acs采取第(4)步同样的操作拟合出三个圆InCircle4、InCircle5和InCircle6,如图7所示。

(6)针对External.acs点云上的拟合出的圆InCircle、InCircle2和InCircle3创建隶属于External.acs点云的实体群组,选择 Imageware 中的混合对齐模式, 软件自动以External.acs点云上的三个圆(InCircle、InCircle2和InCircle3)的圆心为来源对象,以Internal.acs点云上的三个圆(InCircle4、InCircle5和InCircle6)的圆心为目的对象,开始进行三片点云的对齐,得到如图8所示的最终对齐结果。

图8 点云对齐结果

3结论

逆向工程的第一步就是实现实物转变为数字化模型,其主要过程包括:点处理、曲线处理和面处理过程。上述多视拼合是逆向工程技术中数据处理的关键技术之一,本文基于逆向设计软件imageware提供的对齐技术,对于本文的多视数据采用混合对齐模式进行多视拼合,在误差允许范围内对于解决基于自由形态曲面的配准问题,具有很好的效果,可以快速完成多视数据拼合,得到点云数据的完整模型。

获得完成的点云数据后,再按照点―线―面的基本步骤就可完成模型重构,本文在具体曲面重构方面不作详述。完成模型重构后,可快速成型或进行模具加工,形成模具型芯和型腔,注塑成型出塑件成品。


参考文献:
[1]孙世为,王耕耘,李志刚.逆向工程中多视点云的拼合方法[J].计算机辅助工程, 2002 1.
[2]任正义刘静娜基于Imageware的多视点云拼合技术研究和应用 机电产品开发与创新2010,(1):86~87
[3]金涛童水光等编著逆向工程技术机械工业出版社2003:120~122
 

 

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