一种检测特征引导的飞机零件模型配准方法

模型配准是飞机零件数字化检测的关键。提出一种检测特征引导的模型配准方法,分析零件检测中的配准问题,建立模型配准的数学模型,根据零件检测特征点的选取策略以及模型配准的可靠性分析,预先规划出CAD模型上的目标匹配点集,采用基于奇异值分解的最近点迭代(SVD-ICP)算法实现精确配准。试验证明了该方法的有效性,提高了配准效率和可靠性。     

叶片六点优化定位规划技术研究

叶片具有结构复杂、自由曲面多等特点。为解决叶片密集测量数据与其CAD模型的预配准定位问题,提出六点优化定位算法进行预配准。结合六点定位原理与预配准分析技术,在榫头基准面上建立原始坐标系,对六点的主次方向进行定位误差分析配准运算,减小每个测点的误差,使CAD模型与理论模型达到吻合状态,最后完成6个自由度的点分布,得到最终的叶片模型预配准控制点集。避免了ICP算法对大量点云数据处理的繁琐计算,实现了批量叶片在六点优化定位后的密集测点优化预配准,且定位精度均在0.02 mm左右。六点优化定位与典型六点定位进行配准结果对比分析表明,叶片六点优化定位算法预配准精度均在0.02 mm左右,满足叶片模型预配准精度要求。     

考虑半径补偿的三坐标测量数据精确配准方法

叶片模型的配准定位是叶片形状检测分析的一个核心环节,针对涡轮叶片的三坐标测量数据在基于迭代最近点的配准定位中与CAD模型表面点的配准关系不对应的问题,提出一种考虑半径补偿的精确配准方法。在求取配准点集的过程当中考虑到半径补偿,使得测量点集与待配准点集之间的关系相对应,进而获取更高的配准精度。进行基于仿真数据的配准试验及对比,给出了基于实测数据的应用与分析,验证了该方法的精确性与实用性。结果表明,考虑半径补偿的三坐标测量数据精确配准方法是可行的。     

基于三维激光扫描的金属基航空模线样板自动检测算法

虽然数字化制造已成必然趋势,但在未来很长一个时期内,模线样板依然将在飞机制造中扮演重要角色。如何以先进的数字化技术提升传统模式下的生产效率和质量,是需要认真研究的课题。针对模线样板的检测需求,结合模线样板的几何特征,提出基于三维激光扫描的金属基航空模线样板自动检测算法。对于样板刻线,将样板点云粗栅格化后,根据点云高度信息进行刻线的粗提取,再根据刻线的特性利用法矢信息优化提取结果;对于外形轮廓,将点云转换成二值图像并计算其边缘,实现外形特征提取;将特征提取结果与CAD数模进行配准并去除噪声,最后计算与数模的误差,实现样板检测,输出误差分布。试验结果显示,本文算法在精度和效率上优于现有算法,相较人工检测提升了可靠性和效率,在实际工程中具有应用价值。     

基于测量点云的涡轮叶片配准定位算法应用研究

涡轮叶片是航空发动机的核心零件,其精铸后进行数控机加需要先实现叶片测量点云与CAD模型的快速、准确配准定位。为此,针对测量点云初始位姿不佳的问题,实现了基于主成分分析的预对齐和手工关联预对齐两种预对齐算法;针对匹配点计算效率较低的问题,实现了网格法、赋范空间投影法和基于kd–tree快速搜索法3种搜索算法,通过对比分析发现,基于kd–tree搜索算法计算效率较好。在此基础上,确定了手工关联预对齐、基于kd–tree快速搜索匹配点集和ICP方法的配准方案,示例测量点云配准定位后与CAD模型差异区间为[–0.06 mm,+0.1 mm],符合涡轮叶片铸造精度情况。     

面向结构化场景的激光雷达点云高精度配准与定位方法

在基于先验地图的激光雷达室内导航方案中,通常采用点云配准的方法进行无人设备位姿初始化。在结构化场景下,传统配准算法特征鲁棒性较差,导致点云配准的误差较大且易陷入局部最优。针对该问题,提出了一种基于多平面空间模型的点云快速配准方法。首先该方法利用特征直方图的思想对空间点云进行快速粗聚类,根据平面一致性将粗聚类后的点集进行合并形成面特征,从而对密闭空间进行平面模型化表示。随后通过空间平面排序实现了面特征的快速关联,并利用线性匹配方法实现了两帧点云的精确配准,从而解算出机体在先验地图中的相对位姿。最后通过Gazebo搭建的仿真环境与室内结构化模拟环境对算法进行了验证。结果表明,在大型结构化场景下,算法具有更好的适应性以及更高的计算效率,能够快速为无人系统提供精准的地图初始位姿。     

基于点特征的干涉合成孔径雷达(InSAR)复图像自动配准算法

 在基于点特征的遥感图像配准过程中，特征点的自动提取和准确匹配是影响配准精度的关键。本文提出了一种干涉合成孔径雷达(InSAR)复图像对的自动配准算法，利用特征点的高曲率结构设计了模板，完成了特征点检测；根据匹配点对之间距离相近的结论设计了匹配算法，进行了特征点对的匹配。文章首先通过边缘检测和模板相关提取特征点；其次根据提出的匹配算法建立点的对应关系；最后利用两步法完成复图像的亚像元级配准。实验结果表明，该算法具有较高的配准精度。     

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。     

基于定位特征点的叶片锥束CT点云模型配准方法

针对实际生产过程中锥束CT检测空心涡轮叶片的点云数据与计算机辅助设计模型的配准问题,提出了一种基于定位特征点的叶片锥束CT点云模型配准方法。首先将点云数据与计算机辅助设计模型进行预配准;然后查找空心涡轮叶片的设计定位特征点坐标;最后根据定位基准点寻找点云数据上与之对应的基准点,并建立各自坐标系,根据坐标系进行几何变换,迭代直至满足要求,从而完成精确配准。试验结果表明,该方法很好地实现了锥束CT点云模型的配准定位,满足了实际生产要求。     

基于激光扫描的零件毛坯优化设计技术研究

机加零件在飞机零件上的占比逐步增多,传统的毛坯尺寸、形状推导方法往往存在部分区域加工余量不足或加工余量过大的情况,导致毛坯加工中出现残品与浪费现象。针对这种情况,首先提出一种基于激光扫描的零件毛坯优化技术,将激光扫描技术应用于零件毛坯的优化设计,通过将毛坯点云与零件CAD模型拟合求解出毛坯在各加工面上的加工余量,其次研究了该技术的关键点并结合某型飞机某零件完成零件毛坯的可加工性评价与优化设计,相关应用取得了良好的经济效益。     

基于单数码相机自由拍摄的空间点定位

 提出并实现了一种空间点定位方法。该方法仅用一台数码相机围绕目标进行多角度自由拍摄获得多帧图像，采用一套具有身份唯一性的标记点实现多图像间点的稳定匹配；在此基础上根据多视图几何约束，精确计算各次拍摄时的相机姿态和位置；进而求解目标点的三维位置信息，并对结果进行优化。实验表明空间点定位的相对误差优于0.03%。该方法所用设备十分简单，操作方式非常灵活，适用于大型物体多视角测量的拼合、某些情况下的装配检查等，也可直接用于较规则构型物体的三维数据获取与CAD模型重建。     

基于凸包算法的陶芯弯曲度与扭曲度误差计算

陶芯弯扭变形直接关系到空心叶片的壁厚尺寸分布,为克服当前陶芯弯扭变形的计算中测量数据与理论模型三维配准、陶芯截面轮廓线提取或拟合的过程算法复杂、收敛速度慢、效率低等问题,提出了一种通过测量数据点直接计算陶芯弯曲度和扭曲度误差的算法,该算法不需要三维配准和提取陶芯外轮廓线,通过距离权值法计算陶芯弯曲度,凸包算法计算陶芯扭曲度,能大幅提高计算效率。仿真与实验结果表明:该算法弯曲变形计算精度为99.55%,与二维配准算法相差±0.01mm;扭曲变形计算精度为99.98%,与二维配准相差±0.006°。      

复杂曲面零件散乱点云特征点提取

复杂曲面零件的几何特征提取对加工质量的检测及逆向重构具有重要意义。提出了一种复杂曲面零件散乱点云特征点提取方法。首先,提出了基于高斯权重的邻域主成分分析的方法,通过估计每一点邻域的局部变化程度对点云模型进行初始标记;然后,采用基于标记的自动识别法实现特征点的提取;最后,通过特征点聚类的方式去除了特征点集中的异常点,完善了提取的点云特征。该方法直接操作于散乱点云,无需任何的拓扑连接信息。试验结果表明:该方法简单、有效,不需要过多地人为调节参数,特征点提取完整。     

基于迭代算法的复杂曲面零件三坐标测量快速精确定位方法

针对复杂曲面零件在三坐标测量过程中存在着定位难、定位精度低的问题,基于改进的迭代最近点算法,提出了考虑半径补偿的预定位与精定位的多级定位算法;并通过建立定位点几何误差与叶片定位精度的数学关系模型,结合贪婪算法与六点原则,给出了近优的定位点序列生成方法。结合定位算法与定位点序列,给出了复杂曲面零件定位迭代流程,并开发了三坐标测量定位系统。以涡轮叶片为例,通过的定位仿真和定位实验,结果表明:该系统只需测量12～18个点即可使得叶片定位误差在0.1mm以内,证明该系统能有效的提高复杂曲面零件的定位精度和效率。      

An optimal method of posture adjustment in aircraft fuselage joining assembly with engineering constraints

Posture of an aircraft fuselage can be evaluated based on the coordinate values of measure points fixed on the aircraft fuselage in aircraft final assembly. Posture adjustment is carried out by rotation and translation of the aircraft fuselage to make sure that the actual coordinate values of the measure points are coincided with the theoretical ones read from the computer aided design(CAD) model. The point registration method of posture adjustment without considering engineering constraints may cause out-of-tolerance for some engineering constraints. Hence, engineering constraints such as plane symmetry of two points, as well as coplanar and collinear of the multipoint should be considered in the new optimal method of posture adjustment in aircraft fuselage joining assembly. Based on the point registration model, a multi-objective optimization model of posture adjustment considering engineering constraints including collinear, coplanar, and symmetry constraints is established and represented by a uniform vector function. The weights of constraint conditions can be set freely in the optimization model to reflect the importance of the corresponding constraints in aircraft fuselage joining assembly. The rotation and translation parameters of posture adjustment are obtained by the proposed multi-objective optimization algorithm based on the Gauss-Newton method. Results of an example of aircraft fuselage joining assembly show that constraint errors of posture adjustment obtained by the multi-objective optimization model are not out of tolerance for design constraint errors and satisfy the requirement of aircraft fuselage joining assembly.     

逆向工程中曲面重构算法研究与实现

给出了基于坐标测量机测得的海量数据重新构造样板物体的数字化表面模型的算法流程。该算法首先利用部分测量数据构造张量积的B样条网格曲面,通过确定适当的检查点,并计算检查点到所构造的B样条网格曲面间的距离,从而控制重构曲面的构造精度。讨论了与文中算法相关的空间点到NURBS曲面间的距离计算等问题。给出了1个工程应用实例,表明该算法稳定可靠、效率较高。     

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。     

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。