点云数据与CAD模型数字化比对检测技术的研究及应用

发布时间：2009年3月21日 8时08分

目前，自由曲面以及标准解析曲面等组成的复杂型面已被广泛地应用在产品设计和制造过程中。对于这些具有复杂型面的工件，为了保证其加工质量并提高生产效率，需要进行快速精确地误差检测。传统检测方法由于自身诸多不足已远远不能满足实际生产需要。而数字化比对检测技术的出现为解决这一难题提供了新的途径。数字化比对检测技术不仅克服了传统方法的缺点，而且能够快速、全面、直观地表达出偏差检测结果。本文对基于点云数据的数字化比对检测的关键技术进行了深入地研究，主要的研究内容和成果如下：

(1) 研究实现了点云数据与CAD模型的初步坐标匹配。研究了多种点云数据与CAD模型初步坐标匹配算法，在此基础上通过三点法实现初步坐标匹配。根据点云数据与CAD模型中的几何特征交互选择三组对应点对，利用点对坐标信息计算得到坐标变换矩阵从而实现初步匹配。

(2) 研究实现了点云数据与CAD模型的精确坐标匹配。利用改进迭代最近点（ICP）法实现点云数据与CAD模型的精确坐标匹配。对点云数据采用kD树（kD-Tree）的空间搜索策略，快速找出CAD模型中各顶点在点云数据中所对应的最近点。进而通过改进迭代最近点法实现点云数据与CAD模型的精确坐标匹配。

(3) 研究实现了点云数据与CAD模型各几何元素对应关系的建立。采用半边数据结构（half-edge）表达CAD模型表面上所有点、边以及三角面片的几何拓扑关系，快速遍历所需要的几何元素信息。通过kD树以及半边数据结构快速准确地建立点云数据与CAD模型的对应关系。

(4) 研究实现了检测结果的可视化表达。利用色斑图全面、直观地将计算得到的检测结果可视化表达出来。

最后，经过试验分析，结果表明本文所研究的数字化比对检测的关键技术满足实际要求，并取得了较好的使用效果。

导入的数模   　　　　 　 　 　 　 　   对齐之后的数模和点云

偏差图预览                                          偏差图