现有边界点排序算法在处理具有多个轮廓边界的点云切片数据时,存在无法区分各个边界、生成异常边界多边形和截面面积计算错误等问题,导致体积测量精度较低。为此,提出一种顾及截面中多轮廓边界分割的点云切片改进法,用于不规则体体积高精度测量。该方法首先通过欧氏聚类或多边形拆分再重组法将切片中多个边界一一分开;然后由PNPoly算法理清边界多边形之间的包含关系并计算截面区域面积;最后依切片顺序累加算得点云体积(即物体体积)。采用多组数据对比分析所提两种边界分割方法的有效性和准确性,及体积测量精度和效率。实验结果表明,多边形拆分再重组方法边界分割正确率高、适用性强,且体积测量精度稳定可靠、用时少(三组数据体积计算相对误差分别为0.0901%、0.0557%和0.0289%,计算用时分别为2.229 s,33.732 s和327.476 s),达到了体积高精度测量目的。

在激光沉积制造过程中,热累积等因素会导致实际成形形貌与理想形貌存在较大偏差,从而阻碍沉积制造的进一步进行。为此,本文提出了基于点云数据的形貌偏差检测与控制方法。采用高速轮廓测量仪扫描沉积体表面,将获得的形貌点云数据与沉积层切片理论数据进行对比,提取出构成偏差区域的点云数据,对偏差点云进行分层切片,然后运用图像边界识别算法提取切片偏差轮廓,确定偏差轮廓区域在原始切片轮廓区域中的准确位置,改变偏差轮廓区域内的填充间距,为其填充成形轨迹,最后生成沉积程序并对偏差区域进行补偿加工。实验结果表明,补偿后获得的成形表面的平面度误差较补偿前减小了65.1%。本文方法能够显著提高零件的成形精度,实现了检测和补偿的自动化,使激光沉积制造可以连续进行。

针对建筑物特征信息提取的效率和精度问题,提出了一种基于点云切片和最小包围矩形的建筑物特征信息提取算法。该算法先对点云进行去噪和切片处理,然后利用每个切片中相邻点之间的水平角和竖直角差值自动快速提取建筑物整体和门窗的轮廓点,之后对轮廓点进行滤波、分类和排序,最后采用最小包围矩形提取规则建筑的整体尺寸和门窗尺寸信息。通过三组实验,将提取出的建筑物整体和门窗尺寸与实际尺寸进行比较,结果表明:所提算法对建筑物门窗和整体尺寸的提取准确度在3 cm以内,总体精度可达97.4%以上,对160万左右建筑物点云数据的提取总时间在8 s以内,证明了所提算法的有效性。

针对现有基于点云的容量计量模型的缺陷,本文提出一种改进的洞库容量计量模型。首先,在高度方向上将洞库点云数据由下至上切割为若干微元体;采用提出的分层投影法准确地提取截面轮廓点,基于改进的截面轮廓点排序算法正确地构建截面轮廓多边形,使用坐标解析法计算截面积;考虑洞库的构造特点,分别采用柱体模型与棱台模型计算洞库的下部边墙及上部拱顶的微元体体积;最后,由下至上累加微元体的体积即可获取洞库容量表。选用三个具备代表性的洞库片段数据进行方法验证,实验所得洞库容量表的精度优于规范要求1个数量级,说明本文方法对复杂的洞库结构具有良好的适应性。

随着中国制造2025的到来, 运用工业机器人在线加工机械工件是大势所趋。为了能够智能抓取工件, 工业机器人需要识别工件的类型以及工件的位姿。针对流水线上识别工件类型难的问题, 提出了一种基于激光扫描三维点云的工件类型识别方法, 该方法主要能够识别工件是哪种工件。首先对流水线上杂乱无序的工件进行激光扫描, 得到工件的三维激光点云数据, 将三维激光点云数据初步去噪。运用MATLAB软件对得到的三维激光点云进行中心切片, 得到点云的主视切片、俯视切片、左视切片; 运用HALCON软件对点云切片去噪、增强、分割, 提取中心切片的边界信息并得到提取区域的特征参数, 进而识别工件的类型。最后运用自主研发设备进行实验, 分别以步距为0.05 mrad、测距精度0.2 mm、测角精度为0.02 mrad进行扫描, 实验结果表明, 识别准确性达96.67%。该方法对同类问题有较大的借鉴意义。

为了解决复杂曲面熔覆过程中路径规划的难题, 采用了基于点云切片法生成熔覆轨迹的算法, 运用逆向技术完成零件的反求, 提取模型的点云数据; 并以切平面与点云带宽平面的交点确定激光束扫描轨迹, 根据等弓高误差法确定加工点, 对路径模拟仿真;然后以45#钢作为试验基材, 在表面熔覆一层铁基粉末, 进行自由曲面零件的激光熔覆路径规划研究。结果表明,使用显微硬度仪测得熔覆层硬度稳定在390HRC, 为基材的1.6倍左右;熔覆层组织均匀、结构致密、无明显气孔及裂纹, 与基材形成了良好的冶金结合。该方法熔覆结果良好, 验证了轨迹规划的可行性。

针对传统排水量计量方法工作强度大、效率低等缺点，依托近年来迅速发展的三维激光扫描技术，提出了一种基于点云切片技术的排水量计量方法。该方法将船舶点云沿着z轴分割成若干切片点云，利用三角形面积法计算切片上下横截面面积，最终计算出每个切片的体积并累加获得船舶排水量。此外，通过建立船舶的三维模型，利用软件获得对应高度的排水量，并以此作为参考值与该方法的结果进行对比，最后计算计量结果的相对扩展不确定度。经实验验证，该方法能够以较高的精度获取船舶排水量，为船舶排水量的计量提供了一种全新的技术手段。