一种基于三维特征提取的快速逆向建模方法技术

一种基于三维特征提取的快速逆向建模方法，该方法利用大型结构件拼接测量的特点，在拼接测量的同时，实现对大型结构件的快速逆向建模。该方法在拼接测量测头移动过程中，对大型结构件的单视场测量点云进行降噪、滤波预处理，再利用点云的曲率和法向量信息提取三维特征，对点云数据进行分割，根据分割结果计算拼接参数并对若干单视场数据进行快速拼接，点云数据处理与多个视场的拼接测量同步进行，实现快速逆向建模，指导生产加工与工艺优化。本发明专利技术的点云数据处理除了速度快，还保留了点云的三维特征，能够实现点云数据处理与拼接测量同时进行，满足快速模型重建的要求。

A Fast Reverse Modeling Method Based on 3D Feature Extraction

A fast reverse modeling method based on three-dimensional feature extraction is proposed. This method utilizes the characteristics of large-scale structural parts splicing measurement to realize fast reverse modeling of large-scale structural parts while splicing measurement. In the moving process of the stitching probe, noise reduction and filtering pretreatment are carried out for the point cloud of single field of view measurement of large structural parts. Then the curvature and normal vector information of the point cloud are used to extract three-dimensional features, and the point cloud data are segmented. The stitching parameters are calculated according to the segmentation results, and several single field of view data are quickly stitched together. The point cloud data processing and stitching measurement of multiple field of view are carried out. Simultaneously, it realizes rapid reverse modeling and directs production, processing and process optimization. The point cloud data processing of the present invention not only has fast speed, but also retains the three-dimensional characteristics of the point cloud, and can realize the point cloud data processing and mosaic measurement simultaneously, thus meeting the requirements of fast model reconstruction.

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维特征提取的快速逆向建模方法
本专利技术涉及一种基于三维特征提取的快速逆向建模方法，本方法可用于对大型结构件快速逆向建模。本专利技术属于三维点云处理和逆向建模领域。
技术介绍
大型结构件因其在残余应力、尺寸精度方面具有优势，不仅能够提高性能和质量，并且具有材料成本低，利用率高的优势，在航空航天、船舶、汽车等领域广泛应用，在先进制造领域，传统的大型结构件制造方法已不能满足要求。相对于由板材毛坯件直接经过机械加工得到整体结构件的传统工艺而言，用精铸件或模锻件作为毛坯件，经过少许加工得到整体结构件的方法在残余应力、尺寸精度等方面更具有优势。大型结构件的成型方式加工量较小，尺寸控制要求严格，通过对大型结构件三维点云的数据处理及模型的快速重建，并与标准CAD模型进行对比，分析误差规律进而改进生产工艺，实现快速制造。大型结构件三维数据需要多次测量才能得到，研究针对多次测量的三维点云数据的快速处理是亟待解决的问题，对大型结构件的加工制造具有重要的应用和推广价值。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：提出一种基于三维特征提取的快速逆向建模方法，针对大型结构件三维点云数据的特点，对单视场测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三维特征提取的快速逆向建模方法，其特征在于在拼接测量过程中同时进行快速逆向建模，包括以下步骤：(1)进行单个视场三维测量，得到大型结构件局部单视场三维点云；(2)删除单视场三维点云的噪声点，然后采用二次曲面拟合的方法对三维点云进行滤波补偿。(3)对滤波后的单视场三维点云进行平面拟合并计算点云法向量；(4)使用曲面拟合计算单视场三维点云中每个点的曲率；(5)以三维点云数据的曲率和法向量作为信息，提取点云数据的线、面等几何特征，以这些特征作为约束条件，对点云进行分割；(6)通过拼接测量实现大型结构件完整三维点云获取，将所有视场分割后的三维点云合并成统一的数据。(7)对大型结构件的完整三...

【技术特征摘要】
1.一种基于三维特征提取的快速逆向建模方法，其特征在于在拼接测量过程中同时进行快速逆向建模，包括以下步骤：(1)进行单个视场三维测量，得到大型结构件局部单视场三维点云；(2)删除单视场三维点云的噪声点，然后采用二次曲面拟合的方法对三维点云进行滤波补偿。(3)对滤波后的单视场三维点云进行平面拟合并计算点云法向量；(4)使用曲面拟合计算单视场三维点云中每个点的曲率；(5)以三维点云数据的曲率和法向量作为信息，提取点云数据的线、面等几何特征，以这些特征作为约束条件，对点云进行分割；(6)通过拼接测量实现大型结构件完整三维点云获取，将所有视场分割后的三维点云合并成统一的数据。(7)对大型结构件的完整三维点云进行曲面模型拟合，通过曲面的延伸、裁剪建立独立曲面之间的拓扑关系，最后缝合不同曲面，实现曲面重构。2.根据权利要求1所述的一种基于三维特征提取的快速逆向建模方法，其特征在于：步骤(1)在进行过程中，同时进行步骤(2)～(6)，即(2)～(6)在对当前单视场三维点云处理的同时，进行步骤(1)，对下一个视场进行三维测量，实现拼接测量与快速逆向建模并行。3.根据权利要求1所述的一种基于三维特征提取的快速逆向建模方法，其特征在于：所述的(2)采用邻域取距离均值的方法删除噪声点，首先搜索邻近点，然后计算当前点与邻近点距离的平均值，对整个点云遍历上述操作，得到所有点云与邻近点距离的平均值。计算整个点云的平均距离，根据设定的阈值条件，判断噪声点并对其进行删除。随机误差不属于噪声点，对随机误差的处理采用曲面拟合的方法，首先搜索邻近点云，以二次曲面方程为目标进行拟合，以拟合结果代替原始值，实现点云滤波。4.根据权利要求1所述的一种基于三维特征提取的快速逆向建模方法，其特征在于：所述的(3)对点云进行邻近点搜索，得到每个点的邻近点集并采用最小二乘法拟合局部平面，以局部平面的法向量作为该点的法向量。首先搜索邻近点，以这些邻近点构造最小二乘平面作为该点的切平面，并计算切平面...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵慧洁，刘成浩，姜宏志，李旭东，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，中国航空工业集团公司，沈阳飞机工业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11