一种基于不变特征约束配准的C型梁变形检测方法技术

本发明专利技术提供了一种基于不变特征约束配准的C型梁变形检测方法，该方法包含：1）复材C型梁的测量点云和CAD模型的获取；2）不变特征提取，包括腹板区点云提取和镜像对称平面提取；3）利用不变特征作为约束达到精确配准，通过变形趋势和法向量相似性达到计算C型梁变形的目的。本发明专利技术的不变特征约束的C型梁检测方法能够正确的配准变形后的机翼复合材料C型梁和CAD模型，并能够正确的查找变形前后的对应点。并能够正确的查找变形前后的对应点。并能够正确的查找变形前后的对应点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于不变特征约束配准的C型梁变形检测方法


[0001]本专利技术涉及复材C型梁变形检测领域，具体为一种基于不变特征约束配准的C型梁变形检测方法。

技术介绍

[0002]复合材料C型翼梁在成型后会呈现向内收缩的变形趋势，需要对被测工件的整体变形量做出计算，随着光学测量设备的发展，已经能够快速获取被测零部件的表面三维数据，计算零部件结构变形量就是对构件的测量数据与理论模型进行比对的过程，通过统一测量点云和设计模型的坐标系，将测量点云转换到模型坐标系中，确定测量点与模型数据的对应关系，计算两者间的距离就是被测对象此处的与设计模型的偏移量。通过对齐C型梁测量点云和模型数据，可以获取C型梁的整体变形情况，检测结果可以用来进行工艺改进等操作，因此实现C型梁测量点云和模型数据的精准对齐是C型梁检测中的一个关键技术。
[0003]对于点云配准技术虽然已经做了比较详细的研究，但是对于变形后的点云配准，尤其是类似于C型梁这种薄壁类零件的配准方法还存在欠缺。在配准过程中一般都是会使用为不同的点分配不同的权重的方法以减小变形区域对配准结果的影响，但测量点与模型对应点的误判，小变形区域特征不足的问题依旧存在。现有方法不能很好地解决变形后的C型梁类构件的精确配准还存在问题，在薄壁区域不能有效的区分对应关系，这种错误的对应关系会导致C型梁变形量的计算错误，进而导致C型出现误检。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有的三复合材料C型翼梁配准算法的缺陷，提出一种改进的变形配准检测算法，该算法可以有效的解决复合材料C型梁成型后由于变形到导致无法准确配准的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种基于不变特征约束配准的C型梁变形检测方法，包括以下步骤：S1、获取复材C型梁的测量数据和CAD模型点集；S2、通过区域分割获取C型梁小变形腹板区点云，单独离散CAD模型中的腹板平面，获取相应的腹板区点集；S3、通过降维处理获取初始镜像对称平面，根据初始对称平面做测量点云的镜像点云，通过配准两点云求解精准镜像平面；S4、在配准时添加腹板区点云对齐约束和C型梁对称度约束，求解最优空间变换参数；S5、根据C型梁收缩变形的特点，在计算变形情况时根据变形趋势和法向量相似性求解正确的对应点对，计算变形量。
[0006]进一步的，所述步骤S2点云分割方法采用基于法向量区域生长的点云分割方法，分离出测量点云中C型梁腹板区点云。
[0007]进一步的，所述步骤S3中C型梁镜像平面求解的过程具体为：S31、使用主成分分析法对点云进行降维处理，根据C型梁的特征，主成分分析中次大的特征值对应的特征向量即为镜像对称平面的法向量，结合点云质心点即可确定镜像对称平面；S32、设定临近点距离阈值，在测量点云中搜索镜像点云的最近点，若两点间距离，则认定该点没有镜像点，不参与镜像平面的精确求解；S33、根据S12中的对应点关系使用迭代最近点方法配准测量点云和镜像点云，根据最佳配准参数S34、根据测量点云腹板区中心点与理论模型点集腹板区中心点形成的向量对S13那个的平面进行偏置，即可获得配准时计算对称度的镜像平面、调整初始镜像平面，得到最优镜像对称平面。
[0008]进一步的，所述步骤S4中约束配准过程如下：S41、首先建立配准数学模型：S41、首先建立配准数学模型：S41、首先建立配准数学模型：式中为空间旋转角和空间平移量，为腹板点云匹配允许误差，为C型梁测量点云的对称度均方根误差，计算方式如下：式中和分别为对称平面两侧对应点到对称平面的欧氏距离；S42、使用广义拉格朗日乘子法求约束最优解问题，得到最优空间变换参数，即为C型梁点云配准的最佳参数。
[0009]进一步的，所述步骤S5中变形量计算过程如下：S51、提取缘条区点云；S52、求测量点云和模型数据的法向量，规定法向量指向点集质心点；S53、连接测量点与模型中的对应点，向量指向测量点；S54、定义法向量相似阈值，对于缘条区点云，若对应点向量与模型点法向量的乘积小于零或者两点间的法向量夹角，发生误匹配，扩大搜索半径查找模型次近点继续进行判断；
S55、定义对应点查找距离阈值，若对应点距离大有，则该点为噪声点，舍弃；S56、根据整体点云对应关系计算变形量。
[0010]本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：1）本专利技术适用于变形后的复合材料C型梁的配准，可以有效地避免变形对配准结果的影响；2）本专利技术能够准确的查找复材C型梁变形后的对应点，避免了现有方法在变形量计算过程中点对误匹配问题。
附图说明
[0011]图1为本专利技术的基于不变特征约束配准的C型梁变形检测方法流程图。
[0012]图2为本专利技术的C型梁腹板区对应点查找流程图。
具体实施方式
[0013]为了使本
的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本申请保护的范围。
[0014]本专利技术中的步骤虽然用标号进行了排列，但并不用于限定步骤的先后次序，除非明确说明了步骤的次序或者某步骤的执行需要其他步骤作为基础，否则步骤的相对次序是可以调整的。可以理解，本文中所使用的术语“和/或”涉及且涵盖相关联的所列项目中的一者或一者以上的任何和所有可能的组合。
[0015]以下对本专利技术的变形检测方法进行示例性说明。
[0016]S1、获取成型后的C型梁测量点云和CAD模型离散点云；首先使用三维扫描仪获取复材C型梁的表面三维数据，得到测量点集P；通过对CAD表面进行采样，对CAD模型进行离散，得到模型点集Q。
[0017]S2、通过区域分割获取C型梁小变形腹板区点云，分割过程步骤如下：S21、计算点云中每点的曲率；S22、对于每个点，计算周围点与该点的法向量角度差，设定允许阈值，若法向量夹角，则认定两点属于同一平面；S23、对于CAD模型数据，可直接由设计模型腹板面离散得到腹板区点云。
[0018]S3、求解C型梁的对称平面，过程具体步骤如下：S31、对点云进行降维处理，使用主成分分析法：式中为点邻域点的数量，一般根据点云密度确定，为邻域点的三维质心。设
的三个特征向量为，对应的特征值为，参考C型梁的结构特点，可以推断出，次大的特征值对应的特征向量即为镜像对称平面的法向量，结合点云的质心点即可求出初始镜像对称平面。
[0019]S32、设定临近点距离阈值，在测量点云中搜索镜像点云的最近点，若两点间距离，则认定该点由于点云空间分布或噪声影响，没有镜像点，不参与镜像平面的精确求解；S33、根据S32中的对应点关系使用迭代最近点方法配准测量点云和镜像点云，得到空间变换矩阵，使用该矩阵对初始镜像对称平面做空间变换即可得到精准对称平面；S34、根据测量点云腹板区中心点与理论模型点集腹板区中心点形成的向量对S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于不变特征约束配准的C型梁变形检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取复材C型梁的测量数据和CAD模型点集；S2、通过区域分割获取C型梁小变形腹板区点云，单独离散CAD模型中的腹板平面，获取相应的点集；S3、通过降维处理获取初始镜像对称平面，根据初始对称平面做测量点云的镜像点云，通过配准两点云求解精准镜像平面；S3、在配准时添加腹板区点云对齐约束和C型梁对称度约束，求解最优空间变换参数；S4、根据C型梁收缩变形的特点，在计算变形情况时根据变形趋势和法向量相似性求解正确的对应点对，计算变形量。2.根据权利1所述的一种基于不变特征约束配准的C型梁变形检测方法，其特征在于S2中点云分割方法采用基于法向量区域生长的点云分割方法，分离出腹板区点云，直接提取模型中的腹板平面，将其离散为模型腹板点云。3.根据权利要求1所述的一种基于不变特征约束配准的C型梁变形检测方法，其特征在于镜像对称平面的求解包括以下步骤：S31、使用主成分分析法对点云进行降维处理，根据C型梁的特征可得，主成分分析中次大的特征值对应的特征向量即为镜像对称平面的法向量，结合点云质心点即可确定镜像对称平面；S32、设定临近点距离阈值，在测量点云中搜索镜像点云的最近点，若两点间距离，则认定该点没有镜像点，不参与镜像平面的精确求解；S33、根据S32中的对应点关系使用迭代最近点方法配准测...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔海华，廖永祥，胡广露，黄怡，
申请(专利权)人：南京璟麒智能机器人系统控制研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：