[发明专利]基于改进ICP算法的损伤零部件精确配准方法

说明书

技术领域

本发明涉及到逆向工程技术领域，具体地说，是一种基于改进ICP算法的损伤零部件精确配准方法。

背景技术

在逆向工程辅助零部件再制造过程中，有时需要知道零部件的损伤量或损伤形貌，在利用传统尺寸测量法难以测量或者测量精度不够时，通常采取的做法是将损伤后的零部件进行三维扫描获得损伤后的数据模型，并与标准模型进行对准分析，从而可以快速准确地得到零部件的损伤量和形貌。而损伤后数据模型与原始模型的配准精度直接影响到损伤量的测量精度。

在实际应用中，由于失效零部件表面存在损伤，扫描得到的点云模型与原始模型相比有一定的差异，尤其当损伤区域比较大时，若采用ICP算法对两模型进行最佳拟合(Best-Fit)，模型上所有的点都将参与配准运算，则损伤区域的误差会被均匀化，导致配准结果不理想。如图1所示，图1(a)为某废旧零部件原始模型(点划线)与损伤模型(实线)配准前的情况，根据该零件的服役状况得知，零部件损伤集中在上端(圆圈区域内)，其他部位则没有损伤或损伤极小；图1(b)为采用传统ICP算法配准的结果，由于损伤区域与原始模型上对应区域差别较大，损伤区域的误差分摊给了损伤小的区域，使得原本没有损伤或损伤极小的区域出现了误差；而我们需要的理想的配准效果则为图1(c)所示。

针对这一问题，目前解决方法主要有两种，一是根据两模型中的基本特征(如轴线，平面等)进行配准，如饶锡新等人以齿轮模型为例，首先截取出齿轮点云模型中呈圆柱分布的点云，并由此拟合出圆柱面，将拟合圆柱面的中心线与原始模型的中心线对齐，最后通过最佳拟合实现两模型的配准；二是只选取点云模型中未磨损或轻微磨损区域的点云进行最佳拟合，如杨义以叶片配准为例，通过选取叶片点云模型中未磨损且曲率变化较大的区域与叶片原始模型进行最佳拟合，得到理想的配准结果。

然而，第一种方法中，用于拟合基本特征的点云由手工截取，可能会包含磨损区域的点云，影响拟合特征的精度，且该方法只适用于点云模型中存在完整或较为完整的包含基本特征的点云。第二种方法中，同样是通过手工选取点云模型中未磨损区域的点云，耗时、效率低下，且不能保证选取到的点云的质量，将直接影响最终的配准精度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于改进ICP算法的损伤零部件精确配准方法，该方法能够对损伤点云进行识别并将损伤点云剔除，能够准确获得非损伤区域的对应点，实现非损伤区域的精确配准，从而快速准确的获得损伤区域形貌。

为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种基于改进ICP算法的损伤零部件精确配准方法，其关键在于按照以下步骤进行：

步骤1：采用三点对齐法，以原始模型点集Q₀为参考基准，对损伤模型点集P₀进行预配准，得到第k＝1次迭代后的损伤模型点集P_k，其中：