【技術實現步驟摘要】
本申請屬于逆向工程和計算機輔助設計(cad)領域，具體的說是一種基于點云數據的管路自動逆向建模方法。
技術介紹
1、航天管路是航天器中重要的組成部分，用于傳輸液體、氣體和其他介質。它們在航天器的燃料輸送、冷卻系統、環境控制等方面起著關鍵作用。由于航天器在太空中工作的特殊環境，管路必須具備高可靠性、高強度和耐高溫等特性。因此，航天管路的設計和制造質量直接影響航天器的性能和安全性。
2、逆向建模是一種從現有物體生成數字化模型的技術，通過測量和重建物體的幾何形狀和特性，實現對實際物體的精確復制。在航天領域，管路的逆向建模具有重要意義。由于制造過程中存在回彈變形和焊接變形，實際管路與理論設計模型往往存在差異。通過逆向建模，可以獲得與實際情況一致的數字化模型，幫助進行后續的分析、優化和改進，提高設計的準確性和制造的質量。
3、點云模型重建通常生成stl文件，stl文件僅包含三角網格數據，缺乏點、線、面等幾何信息，這些信息在機械加工和裝配過程中至關重要。缺少點線面信息的stl模型無法直接在cad軟件(如solidworks、catia、ug等)中進行編輯和使用。參數化逆向建模通過提取點云數據中的幾何特征信息，生成包含點、線、面信息的三維cad模型，可以在主流cad軟件中進行二次設計、加工和裝配，提高模型的實用性和精度。
4、傳統的逆向建模方法通常依賴于手動測量和建模，耗時且易出錯。隨著計算機技術和自動化技術的發展，自動逆向建模成為可能。通過自動逆向建模技術，可以顯著提高建模效率和精度，減少人工干預，降低成
技術實現思路
1、本申請解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種基于點云數據的管路自動逆向建模方法，針對航天管路，在實際生產過程中，由于折彎回彈變形和焊接變形，實際管路通常與理論模型存在一定差異，其實際外形與設計數模存在偏差，通過設計模型無法指導實際加工或裝配過程，本專利解決了上述問題。
2、本申請提供的技術方案如下：
3、一種基于點云數據的管路自動逆向建模方法，包括：
4、s1、通過工裝將管路固定在掃描工作臺上，掃描固定在在掃描工作臺上的管路，獲取掃描坐標系內的管路的點云數據；
5、s2、對點云數據進行預處理和特征提取，獲得桌面平面點云、工裝點云和管路點云；
6、s3、根據管路點云，提取管路的管徑；
7、s4、根據桌面平面點云，擬合獲得桌面平面，使用桌面平面切割管路點云過自身軸心之上的部位，獲得管路上部數據；
8、s5、根據管路上部數據擬合獲得管路中心線；
9、s6、將管路中心線導入cad軟件，根據管徑和壁厚生成管路模型。
10、所述s4包括：s41、以桌面平面為xoy平面，以垂直于xoy平面方向為z軸，將掃描坐標系內的管路點云的坐標轉化為以桌面平面為xoy平面的坐標系內，獲得管路數據；
11、s42、根據工裝尺寸和管路的管徑，確定管路軸心的z坐標，管路軸心的z坐標記為z0；
12、s43、使xoy平面沿z軸向上移動到超過z0，對管路數據進行切割，采用直通濾波，獲取管路上部數據，然后將管路上部數據投影到xoy平面上，獲得對稱的平面管路數據；
13、s44、根據平面管路數據，獲得的擬合多項式曲線方程，對擬合多項式曲線方程進行平滑處理后作為管路中心線。
14、所述s43中，使xoy平面沿z軸向上移動到z0+1/6×管徑±1/20×管徑的位置。
15、所述s44中，根據平面管路數據，采用最小二乘法多項式擬合對管路中心線進行分段擬合，獲得的擬合多項式曲線方程；采用準均勻b樣條曲線對擬合多項式曲線方程進行平滑處理。
16、所述s2中，對點云數據進行預處理包括：對點云數據進行統計濾波處理去除離群點和使用體素柵格濾波進行點云數據的簡化和降采樣；對點云數據進行特征提取包括：對點云數據通過歐式聚類分割，獲得桌面平面點云、工裝點云和管路點云。
17、所述歐式聚類分割包括利用kd樹構建點云數據的搜索結構，設置聚類參數，聚類參數包括最小聚類尺寸、最大聚類尺寸和聚類容差，對點云數據進行歐式距離聚類，將點云數據分割為多個簇。
18、所述s6包括：
19、將管路中心線導入cad軟件，在管路中心線上創建點；
20、選擇點，創建參考面，參考面垂直該位置的管路中心線；
21、在參考面上，以管徑為截面圓，設置壁厚，并以管路中心線為軌跡生成管路模型。
22、所述s6之后有步驟s7，s7包括：將生成的管路模型與點云數據進行距離偏差分析，計算點云數據與管路模型的距離，如果距離偏差超過預設的精度要求，重復進行步驟s2-s7，重復上述步驟時調整體素柵格濾波或聚類分割參數，再一次對點云數據進行預處理和特征提取，直到生成符合精度要求的管路模型。
23、一種基于點云數據的管路自動逆向建模方法，包括以下步驟：
24、s1、獲取點云數據：使用三維掃描儀掃描固定在桌面上的管路，獲取管路的點云數據。
25、s2、點云數據的預處理：對點云數據進行濾波處理，去除噪點，提高點云數據的質量，并進行聚類分割，分別提取出桌面平面、工裝點云和管路點云。
26、s3、管路的特征提取：(1)根據分段圓柱擬合提取管徑信息；(2)根據最小二乘法多項式擬合和準均勻b樣條曲線擬合，提取平面管路中心線。
27、s4、根據s3提取的管路特征信息，結合solidworks進行二次開發，完成管路的自動逆向建模。
28、將建立的模型與點云數據進行距離偏差分析，若超過偏差要求，則回到s2步驟，再一次對點云進行數據處理。
29、綜上所述，本申請至少包括以下有益技術效果：
30、本專利技術提供了一種點云特征提取，自動參數化cad建模的方法，實現從掃描到建模的全自動流程，模型可以應用于主流cad軟件的后續設計和加工裝配應用，克服了傳統點云重建生成stl文件缺乏幾何信息的缺點。同時具備誤差分析和反饋機制，確保模型符合精度要求。
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1.一種基于點云數據的管路自動逆向建模方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種基于點云數據的管路自動逆向建模方法，其特征在于，所述S4包括：
3.根據權利要求2所述的一種基于點云數據的管路自動逆向建模方法，其特征在于：所述S43中，使XOY平面沿Z軸向上移動到Z0+1/6×管徑±1/20×管徑的位置。
4.根據權利要求2所述的一種基于點云數據的管路自動逆向建模方法，其特征在于，所述S44中，根據平面管路數據，采用最小二乘法多項式擬合對管路中心線進行分段擬合，獲得的擬合多項式曲線方程；采用準均勻B樣條曲線對擬合多項式曲線方程進行平滑處理。
5.根據權利要求1所述的一種基于點云數據的管路自動逆向建模方法，其特征在于，所述S2中，對點云數據進行預處理包括：對點云數據進行統計濾波處理去除離群點和使用體素柵格濾波進行點云數據的簡化和降采樣；對點云數據進行特征提取包括：對點云數據通過歐式聚類分割，獲得桌面平面點云、工裝點云和管路點云。
6.根據權利要求5所述的一種基于點云數據的管路自動逆向建模方法，其特征在于：所述歐式
7.根據權利要求1所述的一種基于點云數據的管路自動逆向建模方法，其特征在于，所述S6包括：
8.根據權利要求1所述的一種基于點云數據的管路自動逆向建模方法，其特征在于，所述S6之后有步驟S7，S7包括：將生成的管路模型與點云數據進行距離偏差分析，計算點云數據與管路模型的距離，如果距離偏差超過預設的精度要求，重復進行步驟S2-S7，重復上述步驟時調整體素柵格濾波或聚類分割參數，再一次對點云數據進行預處理和特征提取，直到生成符合精度要求的管路模型。
...【技術特征摘要】
1.一種基于點云數據的管路自動逆向建模方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種基于點云數據的管路自動逆向建模方法，其特征在于，所述s4包括：
3.根據權利要求2所述的一種基于點云數據的管路自動逆向建模方法，其特征在于：所述s43中，使xoy平面沿z軸向上移動到z0+1/6×管徑±1/20×管徑的位置。
4.根據權利要求2所述的一種基于點云數據的管路自動逆向建模方法，其特征在于，所述s44中，根據平面管路數據，采用最小二乘法多項式擬合對管路中心線進行分段擬合，獲得的擬合多項式曲線方程；采用準均勻b樣條曲線對擬合多項式曲線方程進行平滑處理。
5.根據權利要求1所述的一種基于點云數據的管路自動逆向建模方法，其特征在于，所述s2中，對點云數據進行預處理包括：對點云數據進行統計濾波處理去除離群點和使用體素柵格濾波進行點云數據的簡化和降采樣；對點云數據進行...
【專利技術屬性】
技術研發人員：高遠，梁澤鵬，葉正茂，張婷玉，張翀，王潔，凌麗，郭安儒，宋冠儒，
申請(專利權)人：航天材料及工藝研究所，
類型：發明
國別省市：
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