三维数字化综合测量及其关键技术

针对复杂航空产品对自由形面、几何特征、关键点等多种几何要素数据的快速统一获取需求,结合自主研发的曲线/曲面/特征综合化测量系统,介绍集成了摄影测量、双目立体测量、手持接触测量等方法的三维数字化综合测量系统的基本框架,阐述其中的系统标定、立体图像对匹配、多幅视图下的靶点位置求解等关键技术,并给出航空产品综合测量的工程应用...     

基于三频外差法的异构铸件三维测量系统

惯性平台中的台体和本体均为复杂异构铸件，目前多采用人工划线法建立多个基准来进行测量，效率和精度低，易漏检误检。基于多频外差法的三维光学测量系统已广泛应用于航空、航天等制造领域，根据被测铸件异构的特点，结合双目视觉和相位光栅法较高的检测效率和精度，搭建了一套三维测量系统。首先通过平板标定法得到系统的固定参数和可变参数，然后利用数字光栅投影仪向被测零件表面投射三套不同频率的相移条纹图，相机同步采集变形条纹图，再利用四步相移和三频外差法得到周期为1的相位分布，以此为基准展开得到连续分布的绝对相位，结合极线约束和相位匹配重建出被测零件的三维点云数据，最后在三维软件中完成点云处理、曲面重构和三维测量。实验结果表明，系统的绝对测量精度小于0.1mm，能够实现异构铸件的三维尺寸测量，具有较高的检测效率。     

测量驱动的飞机部件数字化对接系统实现技术研究

本文将飞机部件数字化对接系统分为硬件设备和软件系统两部分,通过分析测量驱动的部件数字化对接装配过程,研究数字化对接实现的关键技术,提出并开发了部件数字化对接支持系统,基于三维模型进行测量方案规划,并基于测量数据进行部件状态的监控和分析,进而实现部件的快速、精确、自动对接。     

相位测量轮廓术应用于叶片测量

为解决叶片高精度三维轮廓测量成本高、效率低的问题,搭建了基于相位测量的三维轮廓测量系统.在完成了系统标定后,为了检验系统的测量精度,测量了一个滚珠轴承,测量精度为(0.084±10.01)mm.利用该系统从不同方向对某叶片进行了6次数据采集,采集到的数据通过数据融合得到了整个叶片的三维点云,利用整个叶片三维点云数据得到了叶片的不同截面图,为叶片型面轮廓和几何尺寸的检测提供了依据.相位测量轮廓术用于叶片三维轮廓测量,在保证测量精度的同时大大降低了测量成本,因此将相位测量轮廓术用于叶片三维轮廓测量是非常有意义的.      

基于MEMS器件的弹载小型惯性测量设计与标定实验

针对弹载惯性测量装置小体积、低功耗的应用需求,研制了基于16488的弹载惯性测量装置,应用六位置正反转方法在三轴速率转台上对测量装置进行模型误差系数标定。实验结果表明,应用标定后的模型误差系数对原始输出数据进行补偿后,姿态测量精度得到大幅提高,能满足弹载姿态测量精度需求。     

基于CATIA V5系统的非金属曲面零件展开方法研究

提出了一种应用于飞机非金属曲面零件简便实用的展开方法。基于CATIA V5系统环境下,应用可展直纹面分块拟合零件定义复杂曲面,将零件三维轮廓按拟合直纹面进行分块展开,所得的分块展开轮廓在二维工程图纸环境中依据给定的规则拼接成零件完整展开图形,实现此类非金属曲面零件的展开。分析了展开方法产生的误差,给出了实用的展开精度控制方法,实现了在未进行二次开发情况下,获得满足此类零件工程制造精度要求的二维展开图形数据。     

2014航空航天数字化测量技术论坛

<正>论坛主题"大尺寸数字化测量技术及在航空航天领域的应用"论坛内容三维测量技术及其在航空航天的应用飞机大尺寸数字化测量关键技术航空发动机叶片叶轮、整体叶盘、机匣等复杂零部件测量技术及质量控制系统基于MBD的集成测量技术测量数据处理技术     

基于CAD模型的碳纤维复合材料天线反射面精度测量

针对天线反射面研制过程中的精度测量,提出一种基于CAD模型的自动测量技术和反射面数据处理技术的精度测量方法。在测点均匀布局规划和工件与模型对齐的基础上,自动获取反射面的完整测量数据,利用最优化算法使实测数据和理论模型达到最佳匹配,实现反射面面形精度的准确评价并获得变换矩阵。最终通过偏差矢量图表达天线反射面的面形偏差趋势,并利用获得的变换矩阵修正加工基准,有效保证了反射面的成型精度和加工精度,工程应用表明该方法较好地满足了反射面制造过程中的测量需求。     

图像灰度和相位信息耦合的化铣胶膜刻型三维测量方法

航空航天等薄壁类金属结构件化铣过程中需进行多次刻型以生成凸台、筋条等结构。对其加工图案进行三维测量，不仅可检验加工精度，还可为轨迹规划、刻型工艺等参数优化提供基础数据，是保证化铣零件制造质量的关键技术。现有检测方法主要有人工模板比对、被动双目重建、三维点云分析等，可实现轮廓尺寸等基础参数检测，但在测量精度与完整性上仍存在较大问题。针对此，在结构光与被动双目三维测量的基础上，提出了一种耦合灰度-相位变化信息的化铣胶膜刻型三维测量方法。首先，分析刻型图案邻近区域灰度-相位变化特征，构建对应数学模型；然后，在此基础上，提出耦合左右相机灰度-相位信息的snake模型（Gray-Phase snake, GP snake），实现刻型图案中心线的高精度提取，克服灰度变化不均匀、左右相机视角不一致等因素导致中心线提取不精准的难题；最后，基于相位信息实现轮廓三维重建，解决传统方法上下边缘处重建不完整的问题，保证刻型图案测量的精度与稳定性。实验结果表明，所提方法可以实现化铣胶膜刻型图案中心线的完整三维重建，精度达0.036 mm。     

2014航空航天数字化测量技术论坛北大核心

论坛主题"大尺寸数字化测量技术及在航空航天领域的应用"论坛内容三维测量技术及其在航空航天的应用飞机大尺寸数字化测量关键技术航空发动机叶片叶轮、整体叶盘、机匣等复杂零部件测量技术及质量控制系统基于MBD的集成测量技术测量数据处理技术     

飞机装配几何量质量检测体系构建及关键技术

针对新一代飞机装配过程几何量检测的高精度、高效率和高可靠性需求,分析了飞机装配过程几何量检测特征和具体的检测要求,提出了用于不同测量任务的测量方法,构建了装配几何量质量检测体系。研究了复杂装配现场多源异构整体测量工艺仿真及精度优化、三维点云数据的拟合与对齐和基于整体测量场的多系统协同测量3项关键技术,开发了装配检测质量管理平台,实现了检测数据管理信息化,为后续装配提供数据支撑,同步提升了飞机装配过程质控能力。     

基于局部几何特征的稠密点云配准方法

针对现有的稠密点云配准方法依赖初始位置设定、计算成本高、配准成功率不高等问题，提出了一种基于点云局部几何特征的稠密点云配准方法。采用深度卷积网络模型提取点云的局部几何特征，从而减少了三维点云数据的噪声、低分辨率和不完备性等带来的影响。在此基础上，使用K维树搜索完成局部几何特征描述子的关联工作。最后，通过随机采样一致算法对点云的相对位姿进行鲁棒的估计。通过对开源数据集上5个典型场景中的数据测试表明，该方法的配准成功率达到92.5%，配准精度达到0.0434m，配准时间相对最邻点迭代配准算法缩短了74.7%，实验结果验证了该方法的有效性、实时性和鲁棒性。     

基于Kinect三维重建的地下井室可视化方法研究

针对现有地下井室病害探测与维护方法的不足,提出了一种基于Kinect三维重建的地下井室可视化方法,以实现其三维可视化探测与维护.还提出了一种基于多项式曲面拟合的Kinect深度测量误差修正方法,利用联合双边滤波算法对深度图像数据进行预处理;结合SIFT特征匹配和改进的RANSAC算法获取相邻点云间的初始位姿,并利用基于邻域特征的ICP算法进一步实现不同视角点云的精确配准,从而获取全局一致的稠密三维点云.最后,在三维稠密点云的基础上进行曲面重建和纹理贴图,以实现地下井室真实三维重建.实验结果表明:所提方法可有效修正Kinect深度相机的深度测量误差,在0.5～4.5m的测距范围内,其三维重建精度可达2cm;在4.5～7m的测距范围内,精度也可以保持在4.5cm以内.所提重建方法可实现地下井室真实场景的三维可视化,为地下井室的探测和维护提供了技术支持.     

基于三维激光扫描的蒙皮对缝检测研究

针对传统蒙皮对缝检测方法误差大、效率低等问题以及二维激光对缝检测的缺陷,采用了一种基于三维激光扫描蒙皮对缝的检测方法并开发出相应软件。提出了蒙皮对缝三维点云数据的去噪、临界点识别及提取方法,根据蒙皮对缝间隙阶差对气动外形的影响,分析其实际几何结构,与理论结构对比,提炼出了计算蒙皮对缝间隙阶差的数学模型,并通过对试验模拟件对缝的检测,验证了其计算精度。结果表明:该检测方法可行,与二维激光检测相比精度和重复精度更高,间隙测量精度达到0.04mm,阶差测量精度达到0.02mm,可以满足蒙皮对缝检测需求,为分析间隙阶差对装配质量的影响提供数值依据。     

飞机复杂装配部件三维数字化综合测量与评估方法

 飞机复杂装配部件的全尺寸数字化综合测量与评估,能为飞机制造质量的持续提升提供重要的数据基础。测量工作要求在没有专用测量工装、不影响后续装配工序、受现场环境限制的情况下进行,具有被测对象外形复杂、存在自身遮挡、各部位测量数据要求不同、数据拼合及模型配准困难等难点。本文提出一种综合采用离散目标点摄影测量、结构光面扫描测量和手持式光笔接触测量的现场测量方案,以相互兼容的视觉目标靶点为不同测量方法之间数据定位融合的桥梁,实现了复杂装配部件的全尺寸现场测量。为使测量数据与CAD数模有高可靠性、高精度的配准,研究了配准点集的约束强度度量指标,以及配准误差的定量分析方法,在此基础上提出了配准约束强度优选参考值和临界阈值,可以有效指导飞机装配部件的现场数字化综合测量和质量评估。运用提出的综合测量方法和配准点选取准则,对某型飞机前机身进行了现场实际测量和数据分析,为复杂装配部件几何精度综合评估提供了有效方法和数据依据。     

涡扇发动机先进装配工艺与装备

针对涡扇发动机装配技术的发展趋势和应用特点,对整机装配、智能拧紧、装配检测3方面先进工艺进行分析总结。涡扇发动机采用脉动装配线和多自由度装配平台进行整机装配,大幅度提高生产效率;智能拧紧设备能够实现对发动机连接件的定力矩、定转角精确控制及监控,改善关键转子部件连接的均匀性、稳定性和可靠性;转子堆叠优化技术实现对装配位置的预测和同心度优化,电子塞尺可消除不同操作者带来的测量误差。发动机数字化装配将不断引入各种高效先进的自动化智能设备,自动化、智能化、数字化是未来涡扇发动机装配工艺与装备的发展方向。     

三级数据的遥测交互软件架构设计及实现

针对遥测交互分系统实时处理数据量大、数据种类多样、数据收发模式灵活、技术状态变换频繁、软件维护要求高的问题,提出了一种数据池—数据表—数据通道的三级数据交互软件架构,该架构对交互分系统中所有数据进行高度抽象,采用通用化的处理过程,可以很好地适应各种需求。目前,基于该架构的遥测数据交互软件已在国产麒麟系统下实现,通过快捷、可视化的配置及灵活的人机交互,可以快速实现任务状态转换,能够满足各种航天测量任务的需求。这表明,该架构是一种理想、高效的数据交互软件通用解决方案,可推广到雷达、光学等其他测量设备。     

频率源振动对测速精度的影响

针对频率源振动会影响测速精度的问题,按照国军标车载设备的振动要求,对频率源振动带来的相位噪声进行仿真分析和实际测试。并以振动频率为5Hz为例,对10 MHz频率源进行测试计算得到相应短稳;然后计算频率源在静止和振动环境下的测速随机误差;最后通过比较得到频率源在振动时测速精度会恶化几个数量级的结果。建议在动中测速时,通过使用加速度灵敏度低的晶振,安装减震器,优化环路设计,采用数字补偿技术等措施以减少振动对测速精度的影响。