基于准线-母线的空间孔位姿重建.pdf

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1、第38卷第7期2017年7月仪器仪表学报ChineseJoumalofScientificInstrumentV01．38No．7Jul．2017基于准线一母线的空间孔位姿重建李兵，傅卫平，王雯，杨世强(西安理工大学机械与精密仪器工程学院西安710048)摘要：空间孔位姿重建广泛存在于工业和建筑领域。针对空间孔位姿重建提出一种准线一母线法，其原理为根据孔横断面上的边缘点拟合孑L准线，分别过孔柱面其他少量任意点，以假定轴线的方向为方向作孔柱面母线，采用LM(Levenberg—Marquard)法优化各条母线与孔横断面的交点到孔准线距离代数和最小得到孔轴线方向，孔准线中心可作为孔位置

2、。实验表明，该方法需要数据量少、过程简单、精度高，也适用于轴位姿及其他柱面位姿重建。关键词：空间孑L；位姿重建；准线；母线；坐标变换中图分类号：TH741文献标识码：A国家标准学科分类代码：460．40Spatialholepositionandposereconstructionbasedondirectrix·generatrixLiBing，FuWeiping，WangWen，YangShiqiang(SchoolofMechanicalandPrecisionInstrumentEngineering，Xi’anUniversityofTechnology，Xi’an710

3、048，China)Abstract：Thepositionandposereconstructionofspatialholewidelyexistsinindustrialandarchitectureareas．Thispaperproposesamethodforrecognizingthepositionandposeofspacehole，namedthedirectrix-generatrixmethod．Theprincipleofthereconstructionmethodisasfollows：fittingtheholedirectrixaccordingt

4、othemarginalpointsonthecrosssectionofthehole；throughotherpointsinholecylindricalsurfacerespectively，drawingtheholecylindricalsurfacegeneratrixinthedirectiongivenbytheholeaxis；LM(Levenberg-Marquard)algorithmisadoptedtoperformtheoptimization，inwhichthealgebraicsamofthedistancesfromthecrossoverpo

5、intsofthegeneratricesandtheholecrosssectiontotheholedireetrixisminimum．Then，theholeaxisdirectionisobtained，andthecenterofholedirectrixcouldbeusedastheholelocation．Theexperimentresultshowsthattheproposedmethodrequireslesssampledata，andfeaturesverysimplecalculationprocessandhighaccuracy，whichisa

6、lsosuitabletothepositionandposereconstructionforaxisandothercylindricalsurfaces．Keywords：spatialhole；positionandpostreconstruction；directrix；generatrix；coordinatetransformation1引言空间孔的位姿重建即确定孔端面中心位置、孔径大小和孔轴线方向，一般可以通过圆柱拟合或空间曲面直接重构来实现。NievergehY⋯证明了圆柱最优拟合的存在性。圆柱拟合。24。是通过对圆柱点云数据进行拟合从而得到圆柱参数，该方法必须先

7、获取海量柱面点云，通过点到轴线距离平方和最小来拟合轴线方程和圆柱半径，其结果还依赖拟合初值的选取。现有研究大都针对轴线初值选取，有高斯图法¨刮和投影法oMJ。秦世伟等人归1采用遗传算法拟合空间柱面参数，但计算复杂；张益泽等人¨叫提出任意初值圆柱拟合方法，该方法需要首先得到柱面均匀分布的若干点坐标，难于广泛实际应用。然而采用空间曲面直接重构u1。”o显然过于复杂。在工业领域，邹斌等人’1列采集管道各层cT图像，计算管道各层边缘质心拟合管道中心轴线，再通过管道在垂直中心轴