散亂點云與重構(gòu)模型的誤差分析散亂點云與重構(gòu)模型的誤差分析
發(fā)表日期:2015年03月02日 點擊擊數(shù): 1084 次
模型重構(gòu)是反求工程的一項關(guān)鍵技術(shù),通過對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,對零件進(jìn)行曲面和實體造型。在模型重構(gòu)過程中,零件實物測量數(shù)據(jù)與重構(gòu)模型間的誤差是不可避免的,因此對重構(gòu)模型的誤差分析也是反求工程研究的一項重要內(nèi)容。
在模型重構(gòu)過程中,需要擬合曲線、曲面。而實物測量數(shù)據(jù)擬合成曲線會存在誤差,曲線生成曲面也會存在誤差,因此實物測量數(shù)據(jù)與模型曲面間的誤差是這些誤差的累積,這使得零件實物與重構(gòu)模型曲面間存在差距。通常這個誤差是指實物模型與重構(gòu)模型上對應(yīng)點間的距離。誤差分析可以反映實物測量數(shù)據(jù)與反求模型間的偏離程度,因此在以零件仿制、零件修復(fù)為目的的模型重構(gòu)中尤為重要。
重構(gòu)模型
對零件實物進(jìn)行數(shù)字化測量后,獲得散亂點云數(shù)據(jù)。由測量點云重構(gòu)模型通常有兩種方法:第一種方法是先將測量點擬合成曲線,再通過曲面造型的方式將曲線構(gòu)建成曲面;第二種方法是直接對測量數(shù)據(jù)擬合,生成曲面片,最后通過對曲面片的過渡、拼接和剪裁等曲面編輯操作完成曲面模型的重建。
本文對散亂點云通過投影法將散亂點投影到一組平行的截平面上,然后對同一截平面的數(shù)據(jù)點實現(xiàn)曲線擬合,得到B樣條曲線,再對這組曲線實現(xiàn)曲面擬合,得到重構(gòu)模型。此部分程序通過UG二次開發(fā)實現(xiàn)。具體實現(xiàn)步驟如下:
(1)獲取不同截面上的數(shù)據(jù)點,并將不同截面上的數(shù)據(jù)點分別存儲;
(2)對于同一截面上的數(shù)據(jù)點通過極角法進(jìn)行順時針排序;
(3)針對不同截面進(jìn)行曲線擬合;
(4)由曲線族進(jìn)行曲面擬合。
誤差分析
目前針對誤差分析的研究主要包括以下兩類:第一類是針對重構(gòu)模型的誤差分析;第二類是針對網(wǎng)格模型的誤差分析。針對測量點與網(wǎng)格模型之間誤差,通常是指測量點到網(wǎng)格模型上的最短距離。
原始測量數(shù)據(jù)與重構(gòu)模型間的誤差是指測量數(shù)據(jù)點與重構(gòu)模型間的最小距離,定義如下:
di=min(d(Pi,R))
其中:Pi為測量數(shù)據(jù)點;R為重構(gòu)模型;d(Pi,R)為測量點Pi到重構(gòu)模型的距離。對測量點云中的每一點,分別求出到重構(gòu)模型的最小距離。
為了明確區(qū)分誤差分布大的區(qū)域,本文通過誤差生長線的長短來區(qū)分,從而將誤差以體視化的方式體現(xiàn)出來誤差生長線是指從測量點到其在重構(gòu)模型上的最小距離點間的連線。通常由于誤差值較小,誤差生長線不容易觀察,因此需要將誤差生長線等比例放大,就可以直觀地觀察各部分誤差分布大小情況。
本文對散亂點云通過曲線、曲面擬合得到重構(gòu)的實體模型,然后求取散亂點云到重構(gòu)模型的誤差。并通過誤差生長線來區(qū)分各部分誤差分布情況。從葉片實例可以看出,效果良好,對于原產(chǎn)品仿制或重復(fù)制造等后續(xù)工作具有參考價值。