飞机外形和结构件反求建模技术研究

 探讨了基于特征的飞机外形和结构件反求建模策略，并给出曲面特征和实体特征的定义，该方法支持具有完整特征表达的模型快速重建。提出了大规模散乱数据k近邻的空间球搜索算法，其逐步增大搜索范围的策略可有效提高搜索效率。研究了结构件与外形相关曲面特征的重建方法，当贴合面较窄、外形线接近于直线时，采用直纹面逼近，否则由蒙皮曲面等距间接求取。研究了基于工程约束的曲面形状修改算法，以B样条曲面需满足的点、线、面几何约束为目标约束，通过最小化形状修改前后差曲面的弯曲能得到精确满足目标约束的光滑曲面，推导了曲面弯曲能和曲线约束的表达式。最后，以飞机翼肋模型反求为例验证了所提方法的可行性。     

特征自适应的飞机大型蒙皮曲面测量系统与测量规划

针对飞机蒙皮零件外形准确度要求高、制造尺寸大和外形复杂的特点,以及人工手动扫描测量工作量大、效率低的问题,搭建了基于移动机械臂的柔性测量系统,并提出一种特征自适应的多站位自动化扫描规划方法,以实现飞机大型蒙皮曲面的三维测量数据自动化采集。首先构建了柔性测量系统与待测对象坐标系变换模型,分析扫描规划与执行过程中数据的传递关系,并通过视觉定位实现系统相对位姿估计。然后通过特征敏感的扫描路径点生成、效率优化的扫描站位规划以及扫描轨迹规划,实现了基于扫描效率和扫描完整性约束的特征自适应扫描规划。最后,搭建了一个基于机械臂与移动平台的柔性测量系统,并以4个真实飞机零部件作为测量对象,从扫描效率与扫描完整性方面对所提出的自动化扫描方法与手动扫描方法进行对比,并设计试验进一步验证了系统测量精度,结果验证了所提方法替代手动扫描测量方法的可行性。     

基于飞机壁板特征的扫描路径生成方法研究

为解决航空制造业数字化测量过程中复杂零部件不能完整测量的问题,提出了一种基于特征识别的飞机零部件扫描路径生成方法。对于一个飞机零部件的数字模型,本文的目标是对其中存在的槽特征、筋特征给出若干条扫描路径,使持有扫描仪的机械臂能沿此路径对该零部件的各类特征进行完整精细地扫描。本文采用区域分割的方法对各类特征进行分割和提取。考虑到槽、筋等特征中不易被扫描到的区域均为和扫描方向近似垂直特征面,在对模型进行区域分割之后,将这些特征面进行提取,作为后续处理的基础。扫描路径的规划主要是通过分析提取出的特征面来进行的:将每个特征面投影到一个二维平面内,并在二维空间内对该特征面生成一条合适的扫描路径,将该路径投影返回三维后,对其沿着一定角度进行偏置,得到了最终的三维扫描路径。实验结果显示,本文提出的方法能够准确地生成飞机零部件数字模型的扫描路径,适用于航空制造业的实际数字化测量过程。     

基于三维点云处理的整流蒙皮修配量提取技术

在飞机翼身对接过程中,需要在翼身对接处的外表面覆盖整流蒙皮,以维持飞机的气动外形。为了确保在装配整流蒙皮时,蒙皮间的配合间隙量满足设计要求,需要精确修配其加工余量,故本文提出了一种基于三维点云处理的飞机蒙皮修配量提取技术。首先对扫描的机翼机身对接数据进行预处理获取关键点;然后对关键点和模型蒙皮数据计算直方图特征描述子,寻找相似的描述符;最后使用霍夫投票算法和迭代最近点算法匹配模型蒙皮和翼身对接数据。在提取修配量时,先检测翼身对接处机翼、机身蒙皮边界线和粗加工蒙皮的端面边界线;然后把机翼、机身蒙皮边界线投影到粗加工的蒙皮上,计算它与其端面边界线的距离,最终提取蒙皮修配量。该方法实现了对整流蒙皮的自动化配准和修配,极大地减轻了人力、物力、耗时等问题,对实际飞机装配有较高的应用价值。     

逆向工程中一种新的特征识别算法

从某种角度上说,逆向工程是从已有实物的测量数据点中提取其实体特征再进行模型重建的过程。本文提出了一种新的特征识别算法,其首先采用基于面积和法矢准则的数据分割技术,对测量数据点进行数据分割。然后从特征所包含的分割面(简称特征分割面)中提取能够惟一标识该特征的4种特征编码,分别为:表述特征截面形状的截面编码、描述特征凹凸性的凹凸编码、显示特征二维俯视轮廓形状的轮廓编码以及反映特征二维俯视轮廓是否封闭的开闭编码。最后将这4种编码输入到基于人工神经(BP)网络的自动特征识别系统中,识别出特征类型并提取特征参数,从而实现特征重建。着重研究并实现了从特征分割面中提取特征编码的算法,并验证了算法的有效性。     

基于局部不变性的航空C型梁配准方法

在数字化测量分析技术中,如何保证变形后的C型梁实测点云数据和标准数模精确可靠的匹配在航空制造领域仍然是一个技术难题。本文对加工成型后的C型梁变形状态初步分析后,发现形变主要为两侧面向内的收缩变形,而底面变形量几乎可以忽略不计。为了更好地将实测数据和数模配准,结合初步分析结果,本文主要采用了点对特征(Point pair feature,PPF)粗配准和迭代最近点(Iterative closest point,ICP)精配准结合的方法,开展了关于C型梁实测数据与理论数模的配准技术研究。其中粗配准之后,为了提高精配准的精度对C型梁三维点云结构进行平面分割,选择变形量较小的底部作为精配准局部约束进行配准。研究表明该方法可以有效提高C型梁数模和实测数据配准精度,最终在后续测量中可以根据实测数据与标准数模精确配准后尺寸差异对C型梁加工质量分析,检测其是否符合尺寸精度要求,对工程实践有较高的应用价值。     

基于深度相机的飞机中央翼油箱高精度三维重建方法

提出一种基于深度相机的飞机中央翼油箱高精度三维重建方法。该方法用多视点云实现配准,配准过程包括粗配准和精配准两个阶段。首先在2个点云上建立点对特征（Point pair features,PPFs）作为全局模型描述。然后,对一组粗配准位姿进行投票,得分最高的位姿作为初始位姿。在此初始位姿的基础上,构造颜色和几何的联合目标函数,利用迭代最近点（Iterative closest point,ICP）对点云进行对齐。将上述过程应用于相邻帧点云,并通过图优化重建结果,实现完整的飞机中央翼油箱三维模型重建。与其他方法相比,本文方法实现了高精度的三维重建。此外,当遇到重复的特征和结构时,传统的ICP可能缺乏稳定性,但本文方法仍然适用。     

飞机大尺寸自动化柔性测量技术研究进展

飞机大尺寸零部件具有结构复杂、外形尺寸大等特点。传统的单一测量手段如激光跟踪仪,因测量效率低等问题,越来越难以满足飞机智能制造的高精度、高效率的测量需求。大尺寸自动化柔性测量技术作为一种新兴的组合式测量方法,突破了单一测量设备测量效率低的难题,以其高精度、高效率测量的优势,在航空测量领域展现了极强的发展应用前景。针对飞机制造过程中大尺寸自动化柔性测量技术的研究,本文首先综述了飞机大尺寸测量场构建的相关进展。其次,介绍了自动化柔性扫描路径规划的研究进展。然后,列举了柔性化测量在飞机蒙皮间隙测量、整机水平测量和数字化预装配等方面的应用现状。最终总结得出,飞机自动化柔性大尺寸测量技术的研究对提高飞机制造过程中的质量控制具有重要的实际意义。     

基于区域感知的机械零件位姿计算方法

机械零件位姿识别的准确性与高效性是实现生产过程自动化与仓储物流智能化的关键性能之一。本文对一般机械零件的位姿计算方法进行了研究,针对其形状种类多、结构特征明显等特点,结合场景语义分割方法以及点对特征,提出了一种基于区域感知的机械零件位姿计算方法,计算机械零件的位姿。为验证方法的有效性,使用多组数据进行了实验,并和其他方法进行了对比,试验结果表明该方法具有较高的位姿计算精度,且可以有效地提高计算效率。