点云配准在大型曲面工件定位中的应用.pdf

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1、第32卷第8期计算机应用研究Vo1．32No．82015年8月ApplicationResearchofComputersAug．2015点云配准在大型曲面工件定位中的应用米王冬，周凯(清华大学机械工程系，北京100084)摘要：针对X-3,k生产中大尺寸薄壁工件的高精度加工需求，利用点云配准技术解决弱刚度及缺少定位信息等实际问题，对工件位姿进行迭代调整。最近点迭代(ICP)算法对于平坦曲面和有限点数据的精度不高，结合ICP算法和曲面点参数反求方法，减小了在边缘和角点的匹配误差，提高了整体匹配效果。仿真结果表明，该方法能够在保证整体性能的前提下得到较

2、优的局部匹配精度，为解决大型曲面工件的主动寻位和自动调位问题提供了一条有效途径。关键词：点云配准；曲面定位；弱刚度曲面；曲面点反求中图分类号：TP273文献标志码：A文章编号：1001-3695(2015)08．2347—03doi：10．3969／j．issn．1001—3695．2015．08．026Applicationofpointcloudregistrationinlocalizationforlarge·-sizework—-piecesurfaceWangDong，ZhouKai(Dept．ofMechanicalEngineerin

3、g，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)Abstract：Inthemanufacturingprocessoflarge—sizethin—wallwork—piece，weaklyrigidandlackoflocatinginformationmaketheaccuratelocalizationandclampingdificult．Pointcloudregistrationcouldovercomethisproblembyiterativelyadjustingthepositionofwork

4、—piece．Iterativeclosestpoint(ICP)isthemostpopularalgorithminpointcloudregistration．Butthemaindrawbackisitsweaknessonflatplaneespeciallywhenlittledatapointscanbesampled．Thispaperproposedatwo-stepmethodcombiningICPandsurfacepointinversionalgorithmstoreducethemismatchonedgesandcor

5、ner—points．Theresultsshowthatthetwo—stepmethodcangainbetteroverallperformanceandnicelocalprecision．Itcanbeaneffectivewaytolocalizationandauto—aligningofwork—piecesurface．Keywords：pointcloudregistration；surfacelocalization；weaklyrigidsurface；surfacepointinversion支承阵列是对工件曲面的离散采样，

6、因此定位过程可以看1问题描述成是两个点云数据(工件曲面采样点和理论曲面采样点)的迭大尺寸薄壁件在工业生产，特别是航空航天产品中广泛采代配准。三维点云数据的配准方法有多种类型，如基于几用。将工件精准地放置于工装上是保证加工质量的前提和基何特征的方法，包括轮廓l5J、曲率’、水平集等，也有基于础。但实际生产中，由于尺寸大、极易变形，且半成品工件的周迭代最近点(iterativeclosestpoint，ICP)川的方法。基于几何边往往为毛边，缺少精确定位信息，使对于这类弱刚度工件的特征的方法是利用被测点领域的几何形状变化情况寻找参考加工难度非常大⋯。仅凭

7、借操作者的经验和观察对工件位置点云中相匹配的对应点，对点云初始位置没有严格要求，但配进行调整，难以实现高精度的匹配，严重影响了制造质量。针准精度也不高，因此常用于粗略配准中。而ICP算法使用最小对上述问题，本文在弹性工件刚性化加工技术的基础上，利二乘法迭代地最小化点对之间的距离，重复寻找匹配点、计算用点云配准技术实现无精确定位信息曲面工件的最优调位。变换矩阵的过程，因此广泛应用于点云的精确配准中。由于ICP算法对初始位置、边界点和外点以及配准点对的选择等因1．1曲面工件定位问题与点云配准技术素较为敏感，许多学者对其中距离、搜索、边界点判断等方面进弹性

8、工件刚性化加工技术通过可控的离散定位／支承阵列行了优化”，以提高算法的收敛速度和运算效率。来约束工件的变形，