激光点云用于预制构件尺寸检测的方法研究

针对预制构件尺寸批量检测的技术难题,提出一种基于三维激光点云的检测方法,运用点云关键角点提取与断面剖分思路,首先在点云预处理的基础上通过面域分割获取构件各外露面的完整面域;其次利用切片剖分获取断面点并提取关键角点坐标,再计算构件尺寸及几何线形;最后实现构件逆向三维建模以反映构件实际空间形态。将该方法应用于预应力混凝土预制组合箱梁的尺寸检测中,结果表明该方法所得尺寸点云计算值与人工测量值误差在1%以内,具有较好的测量精度。该方法能实现构件尺寸多断面检测,相较于人工测量方法更完善,可完成预制构件尺寸的批量检测以及后续的逆向三维建模。研究成果对提高桥梁构件的智能化检测水平具有重要的理论意义和实用价值。     

基于Harris特征与NDT-ICP算法的钢箱拱预制件尺寸智检方法

针对桥梁建造时传统人工尺寸检测在面对海量桥梁预制件时效率低、成本高的难题,使采用地面激光扫描(TLS)技术的智能尺寸检测突破现有数据处理算法的精度与效率瓶颈,建立了基于建筑信息模型(BIM)-TLS的桥梁钢预制件尺寸智检框架,包含构件几何尺寸检测与数字预拼装2个环节;二次开发了BIM点云化处理技术,构建了参照点云模型,采用直通滤波、统计去噪(SOR)滤波、体素化网格(VG)处理等算法预处理点云数据,实现了基于k近邻(kNN)算法的尺寸检测指标评价;通过3D-Harris特征点检测、正态分布变换(NDT)粗配准与迭代最近点(ICP)精配准提出了基于Harris特征与NDT-ICP算法的快速配准尺寸智检策略,并结合工程需求应用于某大跨拱梁组合结构钢箱拱预制件尺寸智检中。研究结果表明：采用提出的智检方法对2个相邻节段钢箱拱进行尺寸检测的最大偏差分别为1.689和1.571 mm,均满足制造偏差(小于2 mm)要求;与传统NDT-ICP算法相比,该方法将点云整体配准精度提高了35.3%,效率提高了61.88%,可见该方法表现高效且结果准确,促进了钢预制件几何尺寸检测智能化;基于该方法的拱肋数字...     

基于点云的预制节段梁成品检测及虚拟预拼装技术研究及应用

交通强国目标促进着桥梁建造技术的发展,预制节段梁作为新型桥梁建造技术日趋成熟。在采用短线法进行节段梁预制、安装的过程中小误差易被累计放大,影响成桥线型。对此,以黄茅海跨海通道混凝土节段梁为研究对象,采用“理论+实例”的思路,系统地研究了基于点云的预制节段梁成品检测及虚拟预拼装的成套解决方案,即通过三维激光扫描仪快速获取节段梁的外形轮廓尺寸,研究随机抽样一致算法（RANSAC）对各切片进行自动化边界拟合及角点位置提取实现成品检测;采用普氏分析法（PA）和迭代最近点法（ICP）相结合的方法进行虚拟预拼装技术研究。结果表明：通过点云技术可实现节段梁成品外观尺寸的检测,准确高效;虚拟预拼装技术可有效控制节段梁相邻节段的匹配误差,保证成桥线型提高预制节段梁的质量。     

基于K近邻和法向精度的点云精简算法

针对传统点云简化算法在精简散乱点云数据时经常丢失过多特征点的不足,提出了基于K近邻和法向精度的点云精简算法.该算法首先对输入的散乱点云数据建立K近邻索引,并剔除集群点及离群点,从而完成点云数据的预处理,然后对预处理后的数据进行Delaunay三角化,并重构三角网格面,最后依据法向精度进行非特征点剔除.仿真实验表明,该算法既能较大程度地精简点云数据,又能较好地保持原有模型的基本特征.     

基于特征数据分块自适应切片的空洞修补

针对常用的空洞修补方法在修复具有多种曲面类型的空洞时失效和所修复的曲面不光顺等缺点,提出基于特征数据分块自适应切片的空洞修补。首先,在考虑特征信息的情况下基于聚类对散乱点云进行分块;然后利用特征进行自适应切片,获得曲线并进行拟合;最后,在线上取点填充缺失的点云,最终对完整的点云模型进行曲面重构建立实体模型。试验结果表明,采用自适应切片法修补空洞能够保留特征,所填充的点云数据精度较高,能够满足后续建模的需要。此外对该方法填充的点云进行了曲面重构及光顺,结果令人满意。     

逆向工程在涡轮增压器叶片几何反求中的应用

叶片是涡轮增压器的关键零部件,不仅要求其有较高的尺寸精度,而且有较高的表面质量．为打破国外技术封锁,应用逆向工程技术对其进行几何反求并为其国产化提供设计依据．用三坐标测量仪测量曲面轮廓,提出了点云处理、曲线生成、曲面重构及精度评价的原则和方法,应用Imageware软件对其进行了曲面重构．提出了实体造型及生成工程图的原则和方法,应用Pro／E软件实现模型重建．利用该模型可以指导叶片的再设计与零件制造工艺的制定．     

逆向工程在涡轮增压器叶片几何反求中的应用

叶片是涡轮增压器的关键零部件,不仅要求其有较高的尺寸精度,而且有较高的表面质量.为打破国外技术封锁,应用逆向工程技术对其进行几何反求并为其国产化提供设计依据.用三坐标测量仪测量曲面轮廓,提出了点云处理、曲线生成、曲面重构及精度评价的原则和方法,应用Imageware软件对其进行了曲面重构.提出了实体造型及生成工程图的原则和方法,应用Pro/E软件实现模型重建.利用该模型可以指导叶片的再设计与零件制造工艺的制定.     

基于改进区域生长的非均匀点云平面分割研究

采用区域生长法进行点云平面分割,点云的非均匀性会导致初始种子点选取困难,对此提出改进区域生长法,结合一致性检验实现非均匀点云的平面分割。首先基于协方差矩阵特征值进行网格均匀性分析,将网格划分为均点网格和非均点网格;然后在均点网格构成的均点数据集内确定区域生长的初始种子点,确保初始种子点附近的点云均匀连续,并基于法向量和曲率制定生长规则,提取均匀区域的生长性内点;最后通过一致性检验提取非均匀区域点云的非生长性内点,实现面域内点的全面提取。以某混凝土组合箱梁预制模板为试验对象,分析表明,与传统曲率最小准则相比,所提出的方法能在邻域点数量较小时快速选取合适的初始种子点,保证计算效率且具有更强的适用性和稳定性。该算法实现了点云均匀区域和非均匀区域的划分,为均匀性、连续性较差的点云平面分割提供新的方法。     

车门内板复杂钣金件逆向建模方法探讨

以某轿车前后车门内板为例,探讨复杂钣金件的逆向设计过程和方法。通过手持式三维激光扫描仪的非接触式测量获取前后车门内板的点云数据。利用Geomagic Studio 12软件进行前期点云处理。基于CATIA V5 R17软件平台的自由曲面、创成式外形设计、数字化外形编辑器、快速曲面重构等模块完成前后车门内板的曲面重构,并进行相应的曲面质量检查。对复杂钣金件的逆向建模流程和方法以及车门内板曲面质量的评价指标进行了相关探索。     

利用三坐标测量"点云"的曲面反求设计

给出了基于坐标测量机测得的“点云”数据重新构造曲面的数字化算法．在Rhinoceros环境下，利用扫描“点云”重建了由面模型，阐述曲面光顺、延伸、拼接的技术要点，给出了一个反求实例。     

点云数据配准算法的研究

点云配准是点云数据处理的关键,直接影响最后合成结果和模型精度。目前,点云配准方法普遍存在对配准数据初始位姿要求高的缺点。将点云配准分为两个阶段：第一阶段是基于同名点配准,即粗配准,采用人机交互式,配准过程耗时短,节约时间;第二阶段是精配准,在粗配准后,依据最小二乘原理,用间接平差思想,通过最近点迭代算法对点云数据快速配准,并采用目标点集中、目标点坐标与转入目标点集中的点坐标中误差为指标,评价配准精度。进行粗配准的精配准不仅速度快、耗时短,并且可以避免因局部收敛而带来的局部最小问题。试验表明该方法有效可行。     

高速道岔尖轨点云的复合拼接及数据处理优化

为实现高速铁路尖轨磨耗的高效检测,结合高速尖轨的检测需求及其几何特征,提出了基于距离编码器的复合拼接方法.该方法将距离信息融合到点云拼接中,提高了检测系统的自动化程度.在计算点特征直方图（point feature histograms,PFH）的过程中,引入OpenCL（open computing language）异构加速模型调整点云的数据结构,发挥GPU的并行处理优势获得了更快的数据处理速度.利用实际尖轨开展磨耗检测实验,证明了针对高速尖轨的结构光检测系统有效可行.经过点云拼接和点云扫描数据处理的优化,系统的整体检测效率获得了70%左右的提升.      

基于一面两孔特征的点云配准方法

为了提高零件在扫描检测过程中点云与设计模型的配准精度,提出了一种基于一面两孔特征的点云配准方法.该方法粗配准以零件的平面/圆柱孔特征为对象,使设计模型和点云的局部坐标系重合,并通过改进ICP算法求解点云与设计模型最近点的距离最小平方和实现精配准.由于配准区域和最近点的计算方法不同,精配准进一步分为全域和特征域配准两种类型.全域精配准以距点云最近的设计模型三角网格点或投影点为最近点,适合于毛坯件;特征域精配准则通过求解点云在平面/圆柱孔特征上的投影点为最近点,适合于成品件.试验及计算结果表明:全域配准的配准精度随表面离散点距离的减小而提高, 当离散点距离达到1.50 mm时,其配准精度已经达到0.15 mm,基本满足工程应用要求.当配准精度相同时,配准效率较其它方法提高10%~20%.      

基于LiDAR点云的船载砂石体积自动测算系统

针对现有船舶运输砂石体积计算主要依赖人工方式称重和纸质运单流转、精度不高且效率很低的难题，采用基于八叉树的点云精简和聚类分析进行复杂环境下船舶点云的自动识别和提取；采用基于改进SK-4PCS （semantic-keypoint-based 4-points congruent sets）的粗配准和基于Point-to-Plane ICP （iterative closest point）的精配准进行空载和满载两期点云由粗到精的高效配准，设计实现了一种利用LiDAR （light detection and ranging）点云数据进行船载砂石自动测算的系统. 采集了江西南昌赣江运砂船数据进行实验验证，从扫描到出结果一艘船的砂石体积自动测算时间少于2 min，同船多次测算结果最大相对误差小于1.00%，砂石体积与实际真值相比的最大误差小于2.00%，满足实际业务需求.      

钢筋混凝土异型管涵的力学性能研究

通过对钢筋混凝土圆管涵进行结构优化,研发了一种新型的钢筋混凝土异型管涵结构,并对该异型管涵进行相应室内试验和有限元分析。室内静载试验采用千斤顶加压形式,分级加压直至钢筋混凝土破坏,得出钢筋混凝土异型管涵的极限承载能力、结构力学特性、裂缝发展趋势和结构破坏形式等。结合ANSYS有限元模型,深入了解异型管涵的受力性状和力学性能。通过对比圆管涵可知,钢筋混凝土异型管涵极限承载能力大大提高,结构受力也更为合理。     

公路路基特长箱涵顶进模拟试验

为使公路路基特长箱涵顶进施工顺利实施,基于模拟试验模拟涵洞顶进的实际摩擦性状,将箱涵及周围土分别简化为混凝土模型与土模型,分析采取减阻措施前后混凝土与混凝土、混凝土与不同含水量的土之间的摩擦系数的变化规律,利用摩擦系数计算实际箱涵需求的顶进力。发现混凝土与混凝土之间的滑动摩擦系数平均为0.31,石蜡机油混合物作为混凝土与混凝土滑动减阻材料效果明显,摩擦系数平均为0.12,减阻61%,涵周土体含水量的变化对混凝土与土之间的摩擦系数影响较大,含水量越大摩擦系数越小。模拟试验结果表明:实际箱涵顶进时,须对涵洞轴线周围地质情况进行勘探,以掌握涵周土体的工程特性,进而提出合理的减阻技术。     

现场预制梁高强耐久性混凝土外观质量控制

随着经济的发展和观念的更新,混凝土外观质量已成为施工质量评定的重要指标。结合郑西客专、京沪高铁现场箱梁预制工程施工实践,从其中部分工序着眼,阐述提高混凝土外观质量的一些措施,可为今后预制箱梁施工时保证混凝土外观质量提供参考。     

车身产品开发中逆向设计的研究与应用

逆向设计是现代汽车产品快速开发的重要技术。本文介绍了汽车车身产品开发流程及逆向设计关键技术和应用软件,从点云数据采集、曲面重构、曲面数据质量评估等方面分析了逆向设计在汽车车身产品开发中的应用情况。     

移动模架法在高速公路涵洞施工中的应用

移动模架法具有施工快速、工艺简单、工程成本低、工程质量良好的特点,在高速公路施工中广泛应用。介绍移动模架法的优缺点,并结合具体的涵洞工程实例,简要探讨移动模架法在高速公路涵洞施工中的应用技术,可为类似工程提供参考。