[发明专利]一种三维交叠式建模方法

说明书

本发明公开了一种三维交叠式建模方法，运动系统控制线激光传感器以“弓”字形路径对配件进行高度信息采集；根据运动系统的移动速度、距离及线激光传感器参数生成每一次测量的激光阵列点云数据；通过交叠点云数据区域的重合特征对配件的单面点云进行拼接；依次完成剩余多个曲面的点云数据采集；根据距离权值优化ICP拼接算法进行点云的立体拼接；对配件的点云模型进行精简、三角网格化处理。本发明激光点云数据信息完整度非常高，和交叠率R_OA的选取成正相关；距离权值优化ICP拼接算法有效缩减配准点云规模，大大减少了点云立体拼接的时间；激光测量在工业环境下稳定性强，模型精确还原配件的空间扭转特征。

技术领域

本发明属于航空航天配件损伤修复领域，具体涉及一种三维交叠式建模方法。

背景技术

航空航天器件的大部分配件长期工作在高温高压的恶劣环境中，容易发生断裂、划道、形变等损伤。损伤配件的三维数字建模一直是其增材修复的关键步骤，模型的精度直接影响到熔覆制造的质量。现有技术中，模型的测量大体分为接触式与非接触式两类，包括：传统的接触式三坐标机测量法，测量过程需要频繁更换测针、工作效率低、易产生二次损伤；非接触式的基于立体视觉系统的散斑模式建模方法，针对如发动机叶片等光滑金属表面物体，反光线性严重、精度低；非接触式的基于结构光的光栅投影三维重建方法，稳定性受环境光干扰大、杂乱点云拼接方法复杂；非接触式的基于线激光的建模方法环境适应性好，但测量精度随测量范围增加大大的降低、阵列点云冗余数据量大。

介于以上问题，会大大影响航空航天配件的数字模型精度和基于三维数字点云拼接处理的效率。

传统线激光建模方法主要采用多轴运动系统配合线激光传感器实现，具体为将被测物体置于水平台上，驱动系统搭载激光对物体的各表面进行点云采集。之后，将各表面的高度信息转化为阵列点云数据进行拼接处理。点云拼接主要采用迭代最近点(ICP)算法，该方法利用点集间的几何信息进行多次迭代，求取刚体变换矩阵的最优解，但对点云块初位置要求高，且迭代中计算量大。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种三维交叠式建模方法，激光点云数据信息完整度非常高，和交叠率R_OA的选取成正相关；生成三维点云数据的效率高，激光阵列点云空间分布均匀，处理方便；距离权值优化ICP拼接算法有效缩减配准点云规模，大大减少了点云立体拼接的时间；激光测量在工业环境下稳定性强，模型精确还原配件的空间扭转特征。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种三维交叠式建模方法，包括以下步骤：

步骤1)根据航空航天配件的表面形状特征，按顺时针划分数个相连区域；

步骤2)线激光传感器的光路根据沙姆定律和直射式激光三角法进行设计，标定后固定于多轴运动系统上；

步骤3)所述配件放置于单轴旋转平台上，其轴心与所述线激光传感器零位置面重合；

步骤4)所述运动系统控制所述线激光传感器以“弓”字形路径对所述配件进行高度信息采集，每次测量范围为A×B，每次平动距离为D，每次采样范围的交叠率

步骤5)根据所述运动系统的移动速度、距离及所述线激光传感器参数生成每一次测量的激光阵列点云数据(x_ij,y_j,h_ij),其中i和j分别表示点云块的序号和当前点云块中的帧序号；

步骤6)通过交叠点云数据区域的重合特征对所述配件的单面点云进行拼接；

步骤7)转动所述旋转平台，依次完成剩余多个曲面的点云数据采集；

步骤8)根据距离权值优化ICP拼接算法进行点云的立体拼接；