[发明专利]一种基于点云的非刚体复杂构件高精度边缘提取方法

摘要

一种基于点云的非刚体复杂构件高精度边缘提取方法，先进行修型边缘预提取，然后进行点云和边缘的匹配，再进行边缘自适应局部提取，然后进行局部点云优化和位姿匹配，再进行局部边缘优化，最后进行最优边缘；本发明适用于复杂构件修型/加工的边缘的在线高精度提取，测量时间短，测量过程无需人为干涉，过程实现自动化，满足了在线测量和自动修型的精度和效率要求，解决了复杂构件装备自动修型的核心问题。

主权项

1.一种基于点云的非刚体复杂构件高精度边缘提取方法，其特征在于，包括以下步骤：1)修型边缘预提取：基于构件的设计模型和修型区域的需求，预先提取完整的修型边缘，所有边缘点所在的点集为E＝{p_i|i＝1,2,3,…N}；2)点云和边缘的匹配：进行构件的实测点云和预提取的修型边缘点集所在坐标系的粗匹配，预提取修型边缘基于的设计模型，通过格式变换，得到参考点云模型简称参考点云，扫描仪实际获取构件的点云模型简称实测点云，计算参考点云和实测点云的位姿变换矩阵，实现边缘点集和实测点云的坐标系匹配；3)边缘自适应局部提取：以预提取边缘的每个点为中心，搜索参考点云和实测点云的最近邻域r内所有点，每个边缘点p_i在参考点云和实测点云中搜索得到的最近邻域点集为R_i和C_i，所有R_i的并集为参考局部点集R＝{R₁∪R₂…R_N}，所有C_i的并集为实测局部点集C＝{C₁∪C₂…C_N}，点集R和C根据边缘的划分进行分割，得到每个子边缘对应的局部点集；4)局部点云优化和位姿匹配：基于边缘信息完成实测局部点集的优化，局部点云优化采用缩放预提取边缘，剔除边缘轮廓分离的噪点，优化后的实测局部点集和参考局部点集计算相对位姿，实现参考局部点集和实测局部点集的位姿匹配，得到了参考局部点集相对于实测局部点集的位姿变换矩阵M_i；5)局部边缘优化：利用位姿变换矩阵M_i，优化预提取的边缘，假定边缘点p_i＝(x_i,y_i,z_i)对应的法向矢量为v_i＝(α_i,β_i,χ_i)，优化后的局部边缘点p′_i＝(x′_i,y′_i,z′_i)和对应的法向矢量v′_i＝(α′_i,β′_i,χ′_i)，优化后的坐标点和法向矢量计算公式如下:(x′_i,y′_i,z′_i)^T＝(x_i,y_i,z_i)^T·M_i(α′_i,β′_i,χ′_i)^T＝(α_i,β_i,χ_i)^T·M_i6)最优边缘：基于步骤5)优化后的边缘，计算边缘提取误差，误差计算方法为：每个边缘点p′_i＝(x′_i,y′_i,z′_i)在实测局部点集中沿法向矢量的方向搜索最近点p″_i＝(x″_i,y″_i,z″_i)，任意两个点的欧氏距离为D(p_i,p_i+1)，定义边缘的计算误差为E，计算公式如下：判断误差是否小于阈值τ_e，即E＜τ_e，否则继续执行步骤4)和5)。