工業(yè)CT圖像與CAD模型的比對算法研究與軟件開發(fā).pdf

1、工件的制造誤差分析是工件制造工藝評價的一個重要環(huán)節(jié)，各種數(shù)字化測量設(shè)備為產(chǎn)品的誤差分析提供了條件，并成為制造精度評價的主要手段。工業(yè)CT技術(shù)是一種先進的無損檢測技術(shù)，本文在研究算法的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一個基于工業(yè)CT斷層圖像與CAD模型的三維比對軟件系統(tǒng)--Match_ICT軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用配準(zhǔn)技術(shù)，實現(xiàn)了工業(yè)CT圖像模型與CAD模型的比對，進而實現(xiàn)了工件的制造誤差分析。
　　 為了實現(xiàn)工業(yè)CT圖像模型與CAD模型的比對，首先提

2、取兩個模型的特征點集。本文的CAD模型是三維三角網(wǎng)格形式(STL模型)，將STL模型離散化后得到CAD模型特征點集；對于工業(yè)CT圖像，通過提取三維邊緣面和三維角點作為CT模型的兩個特征點集。
　　 文中的配準(zhǔn)過程分為兩個階段：初始配準(zhǔn)過程、精確配準(zhǔn)過程。初始配準(zhǔn)過程使工業(yè)CT圖像模型與CAD模型之間的方位偏差較小，精確配準(zhǔn)過程使工業(yè)CT圖像模型與CAD模型處于最佳擬合狀態(tài)。
　　 初始配準(zhǔn)過程中，文中研究了旋轉(zhuǎn)投影法來確

3、定兩個模型的方向包圍盒，通過兩個模型的方向包圍盒確定初始配準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矢量。通過初始配準(zhǔn)，兩個模型方位與姿態(tài)偏差已經(jīng)較小，解決了直接進行精確配準(zhǔn)時收斂速度較慢、易陷入局部收斂兩個問題。CT包圍盒采用CT角點點集進行計算，加快了CT模型包圍盒的計算速度。
　　 精確配準(zhǔn)過程中，文中采用SVD-ICP算法進行配準(zhǔn)，首先使用CT角點點集與CAD特征點集利用SVD-ICP算法進行配準(zhǔn)，進一步減小方位姿態(tài)偏差。然后再將CT邊緣點集與

4、CAD模型點集利用SVD-ICP算法進行配準(zhǔn)。有效地提高了配準(zhǔn)效率。
　　 經(jīng)過初始配準(zhǔn)和精確配準(zhǔn)后，計算CT邊緣點集中每一點到CAD網(wǎng)格中對應(yīng)三角面片的距離，并使用彩色云圖誤差顯示、灰度云圖誤差顯示和區(qū)間誤差顯示三種方式直觀的顯示誤差分布，從而實現(xiàn)了對制造誤差進行分析的功能。
　　 文中研究的算法都在所開發(fā)的Match_ICT軟件系統(tǒng)中得到實現(xiàn)。為了提高軟件的實用性，軟件系統(tǒng)中還實現(xiàn)了平移、旋轉(zhuǎn)、縮放、誤差文件輸出等功