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。     

基于线结构光的飞机蒙皮对缝阶差与间隙测量技术研究

针对飞机蒙皮对缝阶差与间隙的数字化检测问题,以线结构光视觉测量技术为基础,提出了阶差与间隙测量模型,从阶差与间隙的尺寸和位置两个方面设计测量方法。使用线结构光视觉传感器完成阶差与间隙的尺寸测量,同时利用iGPS测量系统对视觉传感器的位姿进行实时跟踪测量,从而确定阶差与间隙的测量位置。通过试验验证了算法的正确性和稳定性,能够实现非接触、高精度测量:试验结果表明:5mm内阶差的重复测量精度优于0.04mm,间隙的重复测量精度优于0.05mm。     

基于激光扫描的飞机蒙皮下陷特征点提取

飞机蒙皮下陷加工质量对飞机的整体重量有较大影响,对维持外形表面也有着重要作用,在大型飞机蒙皮的制造中,对飞机蒙皮下陷的加工精度也提出了较高的要求。提出了一种基于激光扫描的蒙皮下陷特征点提取方法,以达到实现飞机蒙皮下陷特征数字化检测的目的。首先,对扫描线点云数据进行扫描线的识别区分,并进行三维数据降维处理;然后,通过一阶差分计算每一点的前后一阶导数,通过判断矢量角度提取下陷点,并通过比较下陷点的曲率寻找到下陷位置的边界点;最后,将边界点向上表面数据点拟合的直线进行投影,将获得投影点作为蒙皮下陷特征点。该方法直接处理T-Scan扫描获取的扫描线点云数据。通过对实际蒙皮件测量处理,试验表明该方法有较好的实用性,下陷特征点的提取精度较高。     

面向飞机蒙皮对缝的移动机器人自主跟踪方法

提出一种面向飞机蒙皮对缝的移动机器人自主跟踪方法,用以解决大型蒙皮上表面装配对缝的自动化测量问题。移动机器人包括对缝测量模块和运动控制模块,对缝测量模块在测量对缝间隙阶差的同时得到机器人相对于对缝的位姿,运动控制模块控制机器人自主调姿。基于双线结构光与对缝的相对位置关系,提出机器人在不同情况下的自主调姿方法,解决了机器人在运动过程中与对缝产生偏差时的自主调姿问题。通过试验表明移动机器人对缝自主跟踪的位置误差为5.81mm,角度误差为3.52°。     

数字化协同测量在飞机弱刚性零件加工中的应用

针对飞机弱刚性蒙皮零件的高精度加工要求,通过机器人铣削系统协同标定、蒙皮边界提取与逆向建模、末端执行器定位修正等技术研究,实现飞机蒙皮、口盖、壁板类结构件边部余量检测及加工在线修正,边界测量精度0.1mm,末端执行器定位误差不大于0.2mm。经验证,本研究满足了四代机制造对数字化测量的要求,显著提高了飞机蒙皮壁板自动化铣削和数字化水平,促进了飞机制造从传统的手工装配向智能化装配模式的跨越。     

基于多源测量数据融合的间隙与阶差自动化测量技术研究

针对间隙与阶差数字化测量问题,提出基于多源测量数据融合的间隙与阶差自动化测量技术,给出一种采用视觉测量传感器与全向机器人辅助执行机构协同配合的测量方式,并分析了系统组成。研究了该测量模式下的间隙与阶差测量工艺,并给出了多系统集成框架与控制方法以实现测量数据自动采集。最后基于QT开发间隙与阶差测量软件,并建立全向机器人测量平台进行试验验证。该研究为间隙与阶差高精度、自动化测量提供了技术支撑和方法指导。     

装配间隙数字化测量方法

针对传统测量复合材料构件装配产生的不相贴合区域形状时存在精度低、耗时长且内部区域难以测量等问题,提出了一种基于点云数据的装配间隙评估方法,该方法可实现对碳纤维复合材料构件(CFRP)装配间隙进行快速准确测量。通过对铝合金板件制造随机变形的方法来模拟CFRP构件装配间隙的复杂多样性,应用本文所提方法完成对复杂装配间隙的测量,验证了所提方法的可行性,最后通过快速成型技术对间隙模型进行输出,所得到的实体模型能够很好地对装配间隙进行填补,进一步验证了所提方法的有效性。     

飞机大型复杂构件三维数字化协同测量方法研究

针对飞机大型复杂整体结构件装配对测量技术的差异化需求,开展了基于Metronor双相机跟踪系统、手持式光笔和Aicon扫描仪的协同测量方法研究,给出了手持式光笔和三维跟踪扫描测量的技术方案,省去了反光标识点粘贴和去除工作,并在4m×3m×2m空间内进行了工艺测试,测量误差不超过0.075mm,可实现内部隐藏特征、孔位信息、轴线、配合型面、气动外形和间隙阶差的测量,满足了飞机装配大型复杂结构件装配的三维数字化测量需求。     

飞机蒙皮铆接质量视觉检测系统的构建

飞机蒙皮的铆接质量是影响飞机蒙皮性能的重要指标,在分析了蒙皮铆接质量检测要素的基础上,构建了飞机蒙皮铆接质量的视觉检测系统。通过分析视觉检测系统中图像分割方法的特点,使用改进遗传算法与OSTU方法相结合对蒙皮图像进行分割,取得了较好的分割效果,并在分割图像基础上,介绍了铆钉特征的提取方法以及检测要素的获取方法。     

多点柔性托架激光测量划线系统的应用

多点柔性托架激光测量划线系统的初步应用,实现了飞机蒙皮零件的三维型面激光快速测量、显示误差云图,并根据理论数模,在蒙皮表面准确划出修切轮廓线,满足了工程化应用的要求。多点柔性托架激光测量划线系统已经逐步从实验室走向工程化应用,并与多点柔性模具、多点柔性夹具一起使蒙皮数字化柔性制造成为可能。     

基于双目视觉的钣金件边缘检测技术研究与系统开发

针对钣金类零件边缘的快速精确检测需求,设计并开发了一套基于双目视觉的钣金件边缘检测原型系统(SMEIS)。手持式测量装置围绕表面贴有圆形标记点的被测钣金件边缘连续移动,同时测量装置中的线激光发射器向钣金件边缘投射激光条纹,双目相机实时获取同步图像并传输至计算机;系统软件通过并行处理模式实时对输入图像中的激光条纹中心点进行增量式三维重建,实现对钣金类零件边缘的高效检测。阐述了系统的工作流程和软、硬件结构,并对其中的硬件结构布局、激光条纹中心点实时提取以及三维测点实时拼接等关键技术作了详细讨论。对实际钣金零件边缘的现场检测试验结果表明,SMEIS系统的检测速度大于30fps,且获得的点云数据质量良好。对1mm厚度的平面侧壁检测试验表明,SMEIS系统的平均检测误差约为0.04mm,标准差约为0.03mm。     

基于轴线投影精确模型的弯管立体视觉测量方法

利用立体视觉技术测量弯管轴线需精确计算弯管轴线在图像上的投影位置,现有方法将弯管图像轮廓中心线近似为空间轴线在像平面上的投影,这种近似计算存在误差。为获得弯管轴线的精确投影位置,提高三维测量精度,对弯管成像特征进行了深入研究。首先对弯管任意横截面建立透视投影模型,探索截面图像边缘点与空间轴线投影点间的几何关系,进而提出轴线上任意一点在像平面上投影位置的精确计算方法。采用双目视觉系统对某一航空管件进行重构测量。试验结果表明,相较于现有方法,采用本文方法计算轴线投影位置后,管件测量的重复性精度与前者相当,而测量精度平均提高14.5%。说明本文方法对轴线投影位置计算正确,可有效提高弯管轴线视觉测量精度。     

基于点云融合的管路精确测量方法

为了提高航空发动机管路测量的精度,提出一种基于点云融合的管路模型精确测量方法。利用机器视觉原理从多张图片中得到全局点坐标,作为三维结构光测量过程中的定位点,获得点分布密度基本均匀的点云数据,最后利用点云融合技术得到管路三维数字化模型。测量试验表明,该方法的测量值与标准值最大绝对偏差为0.16mm,可以有效提高管路测量的精度。     

基于点云数据的发动机管路最小间距计算方案

为检测整机发动机管路是否满足最小间距的设计要求,提出了一种基于点云数据的发动机管路最小间距计算方案,方案包含5个步骤:①从点云数据中划分出不同管路的数据;②基于管路点云数据的空间分布构造等间隔栅格,计算栅格中心点作为管路的趋势线数据;③在管路各趋势线数据点位置上构造垂直平面,将管路点云数据投影到最近的垂直平面上,获得各个垂直平面上呈圆弧状分布的投影点数据;④对各垂直平面上的投影点数据进行最小二乘圆拟合,得到拟合圆圆心及其半径值,将拟合圆圆心作为管路中心线数据;⑤采用遍历法计算两条管路中心线数据的最小间距,中心线最小间距分别减去两条管路的半径值则得到两条管路的表面最小间距。通过12条管路验证了方案的准确度。实验结果表明:管路最小间距偏差在-0.35~0.46mm之间,管路半径偏差在-0.08~0.22mm之间。该方案的实施有助于管路间距数字化检测的实现,且方案的计算结果具有较好的鲁棒性。      

飞机蒙皮零件三维光学测量技术条件研究

飞机蒙皮是一类具有复杂曲面的薄壁零件,如何进行数字化测量一直是制造过程中的难题.近年来快速发展的三维光学测量方法对这类零件有较好的适应性,但由于缺乏相关的蒙皮零件测量技术条件,使得规范化的测量工作未能在企业展开.首先在分析蒙皮零件传统检测技术要求和工程实践基础上确定蒙皮零件的数字化检测内容;然后针对光学扫描和摄影测量两种典型光学测量方法来阐述测量前准备、蒙皮零件放置、蒙皮零件外形测量等方面的技术条件,为后续规范测量工作提供技术指导.     

飞机结构装配间隙超差分析与对策

飞机结构装配过程中,间隙、阶差超差类问题比较普遍,如机身部段之间、舵面与结构之间、相邻整流罩壁板之间等.通过对典型的间隙、阶差超差案例进行分析,总结造成间隙、阶差超差的主要原因,并提出解决间隙及阶差超差类问题的系统思路及指导方法.     

飞机装配协同测量技术应用

针对飞机装配对大尺度、高精度、多任务和快速测量的需求,介绍了面向飞机数字化装配的测量基准标定、测量设备协同工作模式等方法,阐述了多系统协同测量的技术方案,基于USMN(Unified Spatial Metrology Network)构建包络飞机全尺寸的测量基准网,形成适应飞机装配的多系统协同测量模式,可实现内部隐藏特征、孔位信息、轴线、配合型面、气动外形和间隙阶差的测量,满足了飞机装配的三维数字化测量需求。最后以全机对合测量与大型零部件表面测量为例,验证协同测量的有效性。     

基于视觉SLAM的飞机模拟座舱三维地图构建

针对飞机座舱副驾驶的研究需要,为使得机械臂能够在飞机座舱完成导航任务,旨在构建一个可用于机械臂导航的飞机模拟座舱三维地图。 针对特征点分布情况对即时定位与地图构建( simultaneous localization and mapping,简称 SLAM)的建图精度的影响,通过实验对比,验证了 ORB-SLAM 改进的 ORB( oriented FAST and rotated BRIEF)特征检测算法相对于 OpenCV 库中 SIFT,SURF 和 ORB 算法检测提取的特征点分布更加均匀,更适用于 SLAM。 采用 Kinect V2. 0 作为深度信息图像和彩色图像的数据采集设备,在飞机模拟座舱真实的环境下,结合 ROS 系统和 ORBSLAM2 系统框架,构建了飞机座舱内的三维稠密点云地图。 针对点云地图存在数据大和难以实现导航等问题,采用了 OctoMap 数据模型,该数据模型能够压缩点云,调节分辨率和判断空间是否被占据,将点云地图转化为八叉树地图,最终获得数据小和适用于导航的三维八叉树地图。     

自动铺带技术在复合材料机翼蒙皮的应用

对某型机复合材料机翼蒙皮的结构、材料进行分析,制定了某型机机翼蒙皮的铺带制造工艺方案。通过精确铺放控制设计、同向铺带与交叉异向铺带设计、自动铺放与激光投影、自动下料技术配合使用,成功将铺带机技术应用于某型机复合材料机翼蒙皮的制造,制造出的机翼蒙皮,其无损检测内部质量合格,铺带间隙和表面质量满足设计要求,为铺带机技术在复合材料铺带的应用奠定了坚实的基础。     

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。