基于點云配準(zhǔn)的自由曲面尋位技術(shù)研究.pdf

1、為了確保自由曲面零件在機床上與刀具有相對正確的加工位置，在加工過程中仍主要用非自動化的方式對工件進行安裝定位。這種操作方式勢必造成制造成本高、柔性差、裝夾效率低等問題，因而現(xiàn)有的自由曲面工件定位操作方式顯然不符合敏捷制造的高效率、高柔性、高自動化特征。
　　本論文提出了基于點云配準(zhǔn)的自由曲面尋位技術(shù)來尋找和識別工件的準(zhǔn)確位姿，進而能夠利用這一技術(shù)實現(xiàn)“夾緊—尋位—加工”這一新的操作模式。而本課題研究的重點是點云配準(zhǔn)這一關(guān)鍵步驟，配

2、準(zhǔn)的精度直接決定著工件尋位效果，本文對這一配準(zhǔn)問題作了深入研究，重點涉及初始配準(zhǔn)和精確配準(zhǔn)以及配準(zhǔn)誤差的評價。
　　為了提高自由曲面工件的配準(zhǔn)效率，且避免算法陷入局部極值，本文提出一種基于共面四點集的RANSAC初始配準(zhǔn)算法和改進的迭代最近點(ICP)精確配準(zhǔn)算法相結(jié)合的兩步配準(zhǔn)方法。首先，在基于RANSAC算法的機制上，通過點間距離和比例關(guān)系尋找兩片點云的共面四點集，利用共面四點集這一不變量來約束RANSAC算法提取的樣本，通過

3、多次迭代尋求最優(yōu)匹配，使點云經(jīng)過初始配準(zhǔn)后得到一個較好的初始位置，另外，初始配準(zhǔn)的結(jié)果僅僅作為二次配準(zhǔn)的初值，為了能夠達(dá)到更高的精度要求，我們需要再利用迭代最近點算法對結(jié)果作進一步的精細(xì)化處理;接著，在基于原始ICP算法的基礎(chǔ)上對目標(biāo)點云進行重采樣來提高匹配速度，采用雙法向投影匹配策略確立匹配點對，并通過結(jié)合距離與曲率這兩類約束進一步剔除錯配點對，通過這三個方面的改進優(yōu)化初始配準(zhǔn)結(jié)果，使得兩組點云之間的配準(zhǔn)誤差達(dá)到最小，以實現(xiàn)點云的自動