散亂點云與重構模型的誤差分析散亂點云與重構模型的誤差分析
發表日期:2015年03月02日 點擊擊數: 1115 次
模型重構是反求工程的一項關鍵技術,通過對測量數據進行處理,對零件進行曲面和實體造型。在模型重構過程中,零件實物測量數據與重構模型間的誤差是不可避免的,因此對重構模型的誤差分析也是反求工程研究的一項重要內容。
在模型重構過程中,需要擬合曲線、曲面。而實物測量數據擬合成曲線會存在誤差,曲線生成曲面也會存在誤差,因此實物測量數據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模型曲面間存在差距。通常這個誤差是指實物模型與重構模型上對應點間的距離。誤差分析可以反映實物測量數據與反求模型間的偏離程度,因此在以零件仿制、零件修復為目的的模型重構中尤為重要。
重構模型
對零件實物進行數字化測量后,獲得散亂點云數據。由測量點云重構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建成曲面;第二種方法是直接對測量數據擬合,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據點實現曲線擬合,得到B樣條曲線,再對這組曲線實現曲面擬合,得到重構模型。此部分程序通過UG二次開發實現。具體實現步驟如下:
(1)獲取不同截面上的數據點,并將不同截面上的數據點分別存儲;
(2)對于同一截面上的數據點通過極角法進行順時針排序;
(3)針對不同截面進行曲線擬合;
(4)由曲線族進行曲面擬合。
誤差分析
目前針對誤差分析的研究主要包括以下兩類:第一類是針對重構模型的誤差分析;第二類是針對網格模型的誤差分析。針對測量點與網格模型之間誤差,通常是指測量點到網格模型上的最短距離。
原始測量數據與重構模型間的誤差是指測量數據點與重構模型間的最小距離,定義如下:
di=min(d(Pi,R))
其中:Pi為測量數據點;R為重構模型;d(Pi,R)為測量點Pi到重構模型的距離。對測量點云中的每一點,分別求出到重構模型的最小距離。
為了明確區分誤差分布大的區域,本文通過誤差生長線的長短來區分,從而將誤差以體視化的方式體現出來誤差生長線是指從測量點到其在重構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、曲面擬合得到重構的實體模型,然后求取散亂點云到重構模型的誤差。并通過誤差生長線來區分各部分誤差分布情況。從葉片實例可以看出,效果良好,對于原產品仿制或重復制造等后續工作具有參考價值。