工业CT图像与CAD模型的比对算法研究与软件开发

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工件的制造误差分析是工件制造工艺评价的一个重要环节,各种数字化测量设备为产品的误差分析提供了条件,并成为制造精度评价的主要手段。工业CT技术是一种先进的无损检测技术,本文在研究算法的基础上,开发了一个基于工业CT断层图像与CAD模型的三维比对软件系统——Match_ICT软件系统。该系统利用配准技术,实现了工业CT图像模型与CAD模型的比对,进而实现了工件的制造误差分析。为了实现工业CT图像模型与CAD模型的比对,首先提取两个模型的特征点集。本文的CAD模型是三维三角网格形式(STL模型),将STL模型离散化后得到CAD模型特征点集;对于工业CT图像,通过提取三维边缘面和三维角点作为CT模型的两个特征点集。文中的配准过程分为两个阶段:初始配准过程、精确配准过程。初始配准过程使工业CT图像模型与CAD模型之间的方位偏差较小,精确配准过程使工业CT图像模型与CAD模型处于最佳拟合状态。初始配准过程中,文中研究了旋转投影法来确定两个模型的方向包围盒,通过两个模型的方向包围盒确定初始配准的旋转矩阵和平移矢量。通过初始配准,两个模型方位与姿态偏差已经较小,解决了直接进行精确配准时收敛速度较慢、易陷入局部收敛两个问题。CT包围盒采用CT角点点集进行计算,加快了CT模型包围盒的计算速度。精确配准过程中,文中采用SVD-ICP算法进行配准,首先使用CT角点点集与CAD特征点集利用SVD-ICP算法进行配准,进一步减小方位姿态偏差。然后再将CT边缘点集与CAD模型点集利用SVD-ICP算法进行配准。有效地提高了配准效率。经过初始配准和精确配准后,计算CT边缘点集中每一点到CAD网格中对应三角面片的距离,并使用彩色云图误差显示、灰度云图误差显示和区间误差显示三种方式直观的显示误差分布,从而实现了对制造误差进行分析的功能。文中研究的算法都在所开发的Match_ICT软件系统中得到实现。为了提高软件的实用性,软件系统中还实现了平移、旋转、缩放、误差文件输出等功能。
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