[发明专利]一种特征自适应激光扫描投影图形控制点提取及优化方法

说明书

本发明公开了一种特征自适应激光扫描投影图形控制点提取及优化方法，在待投影零部件的理论数模中提取待投影轮廓线，并将其保存成IGES格式文件；对IGES格式文件进行解析，得到轮廓线上数据点的三维坐标信息；并依据各相邻点的曲率和法向量夹角划分待投影图形的特征区域和非特征区域，实现针对不同图形特征的投影控制点自适应分布。同时研究了基于人眼空间分辨率的控制点数量稀释和优化方法；并用稀释优化后的点作为投影图形的控制点实现轮廓线框图形的投影。本发明能够依据投影图形的特征变化程度进行投影点疏密程度的自适应分布，能够在使用最少扫描控制点的前提下，仍然保证足够的扫描投影图形形状准确度。

技术领域

本发明属于先进光电测试仪器领域，尤其涉及一种特征自适应的激光扫描投影图形控制点提取及优化方法，具体应用于先进制造装配领域中的智能辅助装配定位等。

背景技术

现代制造业对生产速度和效率有较高要求。产品的快速生产、大规模定制和柔性制造是现代生产的中心主题。而大型复杂产品的现场装配过程仍大多采用熟练技术操作人员手工完成，生产装配效率和产品质量水平无法完全满足现代制造业发展要求。激光扫描投影系统能够辅助操作人员进行零部件的精准定位和辅助装配等操作，能够大幅提高生产效率和制造装配精度，实现制造装配生产的数字化与智能化，现已广泛应用于先进制造企业。该系统能够将零部件外形轮廓以1:1的准确形状精确地投影到待装配定位区域，完成三维空间上零部件外形轮廓的精准投影。操作人员即可依据上述投影出的激光轮廓线完成数字化的、高效的零部件定位和装配等操作。

在进行投影操作前，关键需要已知投影点的三维坐标。该系统能够依据待投影零部件的CAD数模文件，将数模中的三维坐标位置信息转换为扫描振镜的驱动控制电压，再驱动双轴振镜完成激光光束的快速偏折，从而在三维空间上准确投影出零部件的外形。

现阶段对于投影点三维坐标的获取，可以通过对投影图形数模的IGES格式文件进行解析获得。然而，基于上述方法解析得到的数据点坐标是通过均匀取点方式完成的。该方法取点会造成在曲线特征变化很小的邻域即非特征区域中，保留较多的数据点来表征该区域曲线，而在曲线特征变化较大的邻域即特征区域中，表征该区域曲线所需的数据点却不足等问题。而另一方面，为了保证局部特征区域的精度，通常会选择较多的点来进行整幅投影图形的扫描，这又会由于投影点过多导致扫描频率小于20Hz而引起“图形闪烁”问题，即解析点少投影图形不准确，解析点多投影图形发生闪烁。这就需要针对解析得到的数据点进行精简优化处理，不能直接将解析得到的数据点用作投影。而常用的利用点几何参数信息进行精简优化的方法应用到投影图形点的精简过程中会出现图形缺失、空白现象，且不能在保证投影图形精度的同时根据投影图形特征来保留点。

更严重的问题是，上述投影图形闪烁和缺失现象会严重影响零部件装配定位的准确度，使装配结果出现偏差，拖慢装配工作效率，降低激光扫描投影系统在制造装配现场的实用价值。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种特征自适应激光扫描投影图形控制点提取及优化方法。引入点曲率和法向量夹角参数设置特征判别参数和阈值，对解析获取的数据点进行特征区域划分，实现针对不同图形特征的投影控制点自适应分布。并引入人眼空间分辨率作为判据对不同区域的点集进行稀释优化处理，能够根据投影图形的不同特征实现自适应的投影控制点提取，实现不同密度的光点投影，尽可能减少投影图形控制点数的同时保证扫描投影图形精度，进而缩短投影图形所需的时间，提高扫描频率，降低“图形闪烁”和投影图形缺失现象的发生。本发明以B样条曲线为例进行了解释说明，B样条曲线是表征复杂图形特征的广泛应用形式，也是IGES文件中最复杂的特征形式。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种特征自适应激光扫描投影图形控制点提取及优化方法，包括以下步骤：

S1.建立待投影零部件的理论数模，在理论数模中提取待投影轮廓线，并将其保存成IGES格式文件；