针对工业管道与容器在自动化装配、焊接及在线检测过程中,环状端面基准拟合易受边界噪声、局部形变与采样不均影响而导致精度不足的问题,提出一种曲率-拓扑双驱动的端面基准平面拟合方法。该方法基于局部协方差张量的谱分解提取主曲率,...针对工业管道与容器在自动化装配、焊接及在线检测过程中,环状端面基准拟合易受边界噪声、局部形变与采样不均影响而导致精度不足的问题,提出一种曲率-拓扑双驱动的端面基准平面拟合方法。该方法基于局部协方差张量的谱分解提取主曲率,构建平整度与退化度指标,实现点云的非均匀稀疏化;进一步引入拓扑数据分析(Topological Data Analysis,TDA),通过构建Vietoris-Rips复形与持久同调分析提取具有闭合拓扑特征的骨架点集,从而嵌入环形端面的结构先验。基于骨架点集协方差矩阵的最小特征向量确定平面法向,实现高鲁棒性的姿态估计。实验表明,该方法平均绝对角度误差小于0.03°,单次拟合耗时低于0.03 s,相较于最小中值平方法提速约300倍,在主元分析、随机采样一致性等传统方法基础上精度提升约10倍。该方法精度高、鲁棒性强、实时处理速度快,无需人工干预,适用于复杂工业环境下的管道端面自动化定位与基准构建,可为智能制造中的焊接路径规划与在线检测提供可靠技术支撑。展开更多
文摘针对工业管道与容器在自动化装配、焊接及在线检测过程中,环状端面基准拟合易受边界噪声、局部形变与采样不均影响而导致精度不足的问题,提出一种曲率-拓扑双驱动的端面基准平面拟合方法。该方法基于局部协方差张量的谱分解提取主曲率,构建平整度与退化度指标,实现点云的非均匀稀疏化;进一步引入拓扑数据分析(Topological Data Analysis,TDA),通过构建Vietoris-Rips复形与持久同调分析提取具有闭合拓扑特征的骨架点集,从而嵌入环形端面的结构先验。基于骨架点集协方差矩阵的最小特征向量确定平面法向,实现高鲁棒性的姿态估计。实验表明,该方法平均绝对角度误差小于0.03°,单次拟合耗时低于0.03 s,相较于最小中值平方法提速约300倍,在主元分析、随机采样一致性等传统方法基础上精度提升约10倍。该方法精度高、鲁棒性强、实时处理速度快,无需人工干预,适用于复杂工业环境下的管道端面自动化定位与基准构建,可为智能制造中的焊接路径规划与在线检测提供可靠技术支撑。
