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模型产品工业CT扫描重建模型和CAD模型比对技术和实现设计

收藏本文 2024-02-21 点赞:15741 浏览:62452 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:随着人们对工业产品复杂程度的要求越来越高,通过计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD)的产品经过制造加工成型后,其检测难度也越来越高。在众多检测策略中,工业CT(Computed Tomography)检测因其能够对工件内部结构和材料性质进行无损测试,而成为一种优秀的检测手段。对工件的检测中,关键的一步就是将CT切片重建模型与原始CAD模型进行配准比对,以而得到正确的检测结果。目前三维配准领域众多算法探讨中,主要以激光扫描等获取三维点云策略为主,工业CT领域的三维配准探讨较少,且针对性较差,与实用阶段还有较大距离。本论文根据工业CT扫描重建模型与CAD模型配准比对的流程,以及工业CT扫描对象的特点,提出了能适应复杂工件的初始配准策略。在浅析了各初始配准策略的基础上,主要以经典的主成分浅析策略为原型,通过引入点云形心与质心之间的位置联系,来判断主成分浅析策略的配准是否有反向不足发生,进而修正发生反向的配准模型,保证了在较短的时间内实现正确的初始配准。为了在初始配准的基础上进一步实现两模型的精确配准,本论文对标准迭代最近点算法的最近点对搜索策略和旋转矩阵的求解策略进行了探讨。通过引入k最近邻原理,建立一个近邻点的快速搜索树,提升搜索速度。通过采取奇异值分解策略来求解旋转矩阵,相对于标准算法利用的四元数策略,提升了求解速度,并尽量保持了计算精度。本论文提出的这种改善的精确配准策略,相对于利用标准迭代最近点算法以及以往改善算法的运算速度,有较显著的提升,而配准误差保持在相同的范围。最后,本论文利用三维图形开发包OpenInventor开发了工业CT扫描重建模型与CAD模型比对软件,以上提出的初始配准策略和精确配准策略均在该软件中实现,并提供了配准比对模型的显示、结果输出等相关辅助功能。关键词:工业CT论文计算机辅助设计论文三维模型论文配准论文OpenInventor论文

    摘要3-4

    ABSTRACT4-9

    1 绪论9-13

    1.1 课题探讨背景和作用9-10

    1.2 模型比对技术探讨近况10-11

    1.2.1 国外探讨近况10-11

    1.2.2 国内探讨近况11

    1.3 课题来源11-12

    1.4 课题探讨内容12-13

    1.4.1 课题的探讨内容12

    1.4.2 本论文组织结构12-13

    2 面向工业 CT 的模型比对不足简述13-19

    2.1 面向工业 CT 的模型比对需求浅析13-14

    2.2 配准模型的数据来源14-17

    2.2.1 工业 CT 扫描重建模型的数据来源14-17

    2.2.2 CAD 模型的数据来源17

    2.3 面向工业 CT 的配准不足的数学描述17-18

    2.4 面向工业 CT 的配准不足的特点18

    2.5 本章小结18-19

    3 初始配准策略19-34

    3.1 常用的初始配准策略19-21

    3.1.1 三点对齐法19-20

    3.1.2 最小包围盒法20-21

    3.1.3 遗传算法21

    3.1.4 其他策略21

    3.2 利用经典的 PCA 策略进行初始配准21-24

    3.2.1 PCA 策略的原理21-22

    3.2.2 利用 PCA 进行初始配准的历程和缺陷22-24

    3.3 针对 PCA 的修正策略24-29

    3.3.1 主方向反向的体现24-26

    3.3.2 判断是否反向26-28

    3.3.3 修正反向的点集28-29

    3.3.4 修正策略的具体步骤29

    3.4 实验结果29-33

    3.4.1 实验一29-30

    3.4.2 实验二30-31

    3.4.3 实验三31-33

    3.5 本章小结33-34

    4 精确配准策略34-44

    4.1 常用的精确配准策略34-35

    4.1.1 标准优化算法34

    4.1.2 ICP 相关算法34-35

    4.1.3 其他算法35

    4.2 ICP 算法及其改善算法35-38

    4.2.1 标准 ICP 算法介绍35-37

    4.2.2 ICP 算法的已有改善37-38

    4.3 基于改善 ICP 算法的精确配准策略38-40

    4.3.1 基于 k 最近邻算法建立的 GLTree 加速查找最近点38-39

    4.3.2 利用奇异值分解(SVD)求取变换矩阵39-40

    4.4 实验结果40-43

    4.4.1 实验一40-41

    4.4.2 实验二41-43

    4.4.3 实验三43

    4.5 本章小结43-44

    5 工业 CT 扫描重建模型与 CAD 模型比对软件44-58

    5.1 OpenInventor 介绍44-46

    5.2 软件总体结构46-49

    5.2.1 系统结构设计和功能模块设计46-47

    5.2.2 软件流程设计47

    5.2.3 数据结构设计47-49

    5.3 软件功能实现49-54

    5.3.1 软件界面49-50

    5.3.2 模型的读取和显示功能50-51

    5.3.3 初始配准功能51-52

    5.3.4 精确配准功能52-53

    5.3.5 比对误差输出和保存配准后模型功能53-54

    5.4 运用实例54-57

    5.5 本章小结57-58

    6 结论与展望58-60

    6.1 结论58

    6.2 展望58-60

    致谢60-61

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