工业CT图像重构模型和CAD模型的比对分析

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现代工业生产中,测量工业产品的制造误差成为判定产品制造工艺是否满足设计要求的一个重要手段。工业计算机层析成像(Computed Tomography,CT)技术为产品制造误差的测定提供了基本条件,本文研究了基于工业CT的比对分析技术,该比对分析技术可以对产品进行无损地检测分析。针对工业CT图像重构模型的结构是否完整、工业场合是否有特殊需求等问题,本文提出了不同的策略将具体问题具体分析,并改进了相关配准算法、误差计算方法等,所做的研究都使得计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD)模型与由工业CT图像重构的3D表面模型的比对分析过程更自动化,速度更快,误差测定更精确、误差显示更直观。具体研究如下:
  第一,针对完备的工业CT图像重构模型与CAD模型的比对分析问题,提出了一套全自动比对分析的策略:首先,需要执行两个预处理步骤:CAD模型的细分、三维模型离散化。之后,执行比对分析的关键步骤:配准,采用基于协方差矩阵的初始配准及其主轴的自动校准方法,并提出改进的迭代最邻近点(Iterative Closest Points,ICP)精配准算法以及新的配准误差估计方法,实验的定量数据表明:改进的算法所计算出来的工件表面尺寸误差与原始ICP算法相比更精确。最后,提出一种新的误差显示方法,使得尺寸误差被更充分、生动地表达出来。
  第二,研究了模型基准面配准条件下其他表面尺寸误差的获取问题。在获得初始配准结果的基础上增添了选取基准面的环节。然后继续执行基准面的精配准,再对整个模型执行基准面精配准所需的刚体变换。最后计算模型的配准误差。实验结果表明采用本文方法可较好地获得基准面配准下其他表面的尺寸误差。
  第三,研究了基于局部特征的初始配准方法。有时候工业CT只扫描了产品的部分结构,重构出来的模型可能是不完备的,模型中只含有局部特征,如果采用基于全局特征的初始配准方法将会导致配准失败。因此,对其他基于局部特征的初始配准方法(采样一致性初始对齐(Sample Consensus Initial Alignment,SAC-IA)、以及正态分布变换(Normal-Distributions Transform,NDT)等)进行研究与实验迫在眉睫,大量的实验结果表明本文的初始配准方法是有效的,为后续的拓展研究提供有利的参考。
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