[发明专利]基于柔性装配中的工件配准方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及三维测量技术领域，特别涉及一种基于柔性装配中的工件配准方法及系统。

背景技术

随着航空航天、汽车等现代化工业的快速发展，快速准确的获取空间物体的三维信息并完成空间定位是现代化工业生产的基础。利用生产线上的工件或装配件的测量数据并结合数据处理算法，从而根据尺寸协调原则，采用一定的装配工艺，按产品设计及工艺技术要求，将生产零件组合成完整产品。随着生产工件种类的不断丰富以及客户需要的不断变化，传统的“硬性”工件装配方式已越来越不能适应新型多品种、小批量的研制和生产需求。因此选择恰当的“柔性”装配技术，成为现阶段工件装配的发展趋势。

在柔性装配技术中，为实现工件的自动化装配，完成待装配工件实测点云数据和计算机辅助设计（Computer Aided Design，简称为CAD）模型数据的配准，需以CAD模型数据所在坐标系为参考坐标系，计算所有待装配工件实测点云数据相对于CAD模型数据的空间位置，得到待测工件的点云数据集和CAD模型数据集的相对坐标变换，调整实测点云数据的位置，从而完成工业装配过程。因此待装配工件实测点云数据和CAD模型数据的配准是其关键技术之一。

现有技术中的最近点迭代（Iterative Closest Point，简称为ICP）通过不断查找点云数据集中的点到CAD模型数据集中的点的距离最近点，从而建立点云数据集中的点和模型数据集中的点之间的对应映射关系。由于ICP算法对点云数据集和模型数据集的数据之间初始位置要求比较高，点云数据集中的点云之间的初始位置不能相差太大。当初始条件不满足或相差较大时会影响ICP算法的收敛结果，从而降低配准的精确度；此外，由于每次迭代都要计算工件实际测量点云数据中每一个点在CAD模型数据集中的对应点，因此ICP迭代算法计算量比较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于柔性装配中的工件配准方法及系统，提高点云数据配准的效率和精确度。

本发明实施例提供一种基于柔性装配中的工件配准方法，包括：

通过三维扫描仪对待装配工件进行扫描得到实测点云数据集；

计算设备对所述实测点云数据集进行扫描取样，得到精简点云数据集；

所述计算设备获取所述CAD模型数据集的特征四点集，以及获取与所述CAD模型数据集相匹配的精简点云数据集的特征一致四点集，所述特征四点集合与所述特征一致四点集形成一组匹配数据集；

所述计算设备在所述一组匹配数据集中利用四元素法计算所述精简点云数据集和CAD模型数据集对应的一组欧氏变换矩阵；

所述计算设备根据所述一组欧式变换矩阵对所述精简点云数据集进行旋转平移变换，将与所述CAD模型数据集一致性程度最大的点云数据作为配准结果。

本发明实施例还提供一种基于柔性装配中的工件配准系统，包括：三维扫描仪和计算设备；其中，

所述三维扫描仪用于对待装配工件进行扫描得到实测点云数据集；

所述计算设备包括：

取样模块，用于对所述实测点云数据集进行扫描取样，得到精简点云数据集；

获取模块，用于获取所述CAD模型数据集的特征四点集，以及获取与所述CAD模型数据集相匹配的精简点云数据集的特征一致四点集，所述特征四点集合与所述特征一致四点集形成一组匹配数据集；

计算模块，用于在所述一组匹配数据集中利用四元素法计算所述精简点云数据集和CAD模型数据集对应的一组欧氏变换矩阵；

欧式变换模块，用于根据所述一组欧式变换矩阵对所述精简点云数据集进行旋转平移变换，将与所述CAD模型数据集一致性程度最大的点云数据作为配准结果。

本发明提供的基于柔性装配中的工件配准方法及系统，通过将待装配工件的实测点云数据集进行随机取样，简少了后续对维纳斯石膏像的参与配准数据的计算量，因此提高了配准的效率；通过四元素法计算一组欧氏变换矩阵，使得欧式变换矩阵满足了正交矩阵的要求，并且由于四元素法中包含了最小二乘的原理，因此使得欧式变换矩阵的计算误差最小，从而进一步提高了配准结果的精确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于柔性装配中的工件配准方法一个实施例的流程示意图；