一种三维激光扫描系统进行产品翼面结构水平测量的方法技术方案

一种三维激光扫描系统进行产品翼面结构水平测量的方法，属于测量技术领域。本发明专利技术方法相对于平台高度尺法，使用三维激光扫描系统，精度更高，对小尺寸、安装精度要求高的翼面安装角、上反角测量优势明显，计算、测量过程能有效避免偶然误差的引入，结果可靠；整个测量过程对产品的姿态没有要求，也不需要工装的辅助定位，节约了工装的设计制造成本和管理；过程中省去了翼面水平测量过程中反复调平产品的过程，且数据输出可自动计算测量结果，有效降低了操作人员的工作强度，提高操作效率。

A Method for Level Measurement of Wing Surface Structure of Products by Three-Dimensional Laser Scanning System

The invention relates to a method for horizontal measurement of product wing surface structure by a three-dimensional laser scanning system, which belongs to the field of measurement technology. Compared with the platform height ruler method, the method of the invention uses a three-dimensional laser scanning system, which has higher accuracy and has obvious advantages in measuring the installation angle and the upper reverse angle of the wing surface with small size and high installation accuracy requirements. The calculation and measurement process can effectively avoid the introduction of accidental errors, and the results are reliable; the attitude of the product is not required in the whole measurement process, and the auxiliary positioning of the tooling is not required, thus saving. The cost and management of tooling design and manufacture are eliminated, and the process of repeatedly leveling the product in the process of wing level measurement is omitted, and the data output can automatically calculate the measurement results, which effectively reduces the workload of operators and improves the operation efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种三维激光扫描系统进行产品翼面结构水平测量的方法
本专利技术涉及一种三维激光扫描系统进行产品翼面结构水平测量的方法，适用于产品安装对称翼型的翼面安装角和上反角测量，属于测量

技术介绍
按总体设计单位要求，飞航产品出厂时需要完成装配结构的水平测量工作，包含各舱段的同轴度、翼类结构的安装角、上反角以及滑块、吊耳的平行度、安装精度等水平测量内容。其中，翼类结构的初始安装精度对产品的飞行姿态、控制具有重要影响和参考意义，需要总装厂在翼面水平测量时准确测量出翼面的安装角和上反角。目前，产品总装厂主要使用基准平台结合高度规的传统测量方式完成翼类结构的水平测量，整个过程为：借助水平测量专用工装，以产品水平测量基准截面上的水平测量点调平产品，将基准平台作为产品上所有水平测量点的唯一基准，用高度尺测量翼面上各水平测量点到基准平台的高度，计算各测量点之间的高度差得出翼面水平测量偏差数据。由于整个测量过程需要多次旋转、调平产品，过程繁琐，效率较低，且调平、测量过程容易引入偶然误差，导致测量结果精度不高。在翼面尺寸小，安装精度要求高时，使用该种测量方法评价翼面安装质量的局限尤为突出。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种三维激光扫描系统进行产品翼面结构水平测量的方法，克服了现有工艺方案测量精度不高、效率较低的缺点，消除了对工装辅助定位的依赖，规避了偶然误差的引入，能有效地保证小尺寸、高精度安装翼面水平测量需求。本专利技术的技术解决方案是：一种三维激光扫描系统进行产品翼面结构水平测量的方法，包括如下步骤：S1，根据设计图样确定产品理论纵轴的基准舱段、各翼面外形和产品翼面理论安装平面相对应的参考特征；S2，使用三维激光扫描仪扫描并获取所述基准舱段、各翼面外形和参考特征在同一坐标系下的点云数据；S3，拟合所述基准舱段的点云数据获得产品理论纵轴；拟合所述参考特征的点云数据获得所述各翼面参考特征的特征面；拟合所述各翼面外形的点云数据获得各翼面的对称面，通过产品理论纵轴上任意一点作产品在所述任意一点的横截面；S4，将所述各翼面特征面分别按与各自对应的翼面理论安装平面相对应的角度变换得到各翼面理论安装平面，然后以产品理论纵轴为旋转轴，旋转各翼面理论安装平面90°，得到各翼面理论安装平面的垂直面；S5，由所述横截面、各翼面理论安装平面、各翼面理论安装平面的垂直面和各翼面对称面的单位法向量计算各翼面安装角和上反角，完成各翼面结构的水平测量。进一步地，所述翼面安装角α满足其中，为翼面的对称面的法向量在翼面理论安装平面的垂直面内的投影向量，B'n＝Bn为翼面理论安装平面的法向量在翼面理论安装平面的垂直面内的投影向量；所述翼面安装角的偏转方向根据翼面的对称面的单位法向量的坐标符号确定。进一步地，所述翼面上反角β满足其中，为翼面的对称面的法向量在产品横截面内的投影向量，为翼面理论安装平面法向量在产品横截面内的投影向量，A为产品横截面单位法向量；所述翼面上反角的偏转方向根据翼面的对称面的单位法向量的坐标符号确定。进一步地，所述参考特征为与基准舱段一体机械加工成型的滑块、基准舱段上的定位销或基准舱段上的装配滑块。进一步地，所述使用三维激光扫描仪扫描并获取所述基准舱段、各翼面外形和参考特征在同一坐标系下的点云数据，扫描分辨率设置为2mm。进一步地，所述使用三维激光扫描仪扫描并获取所述基准舱段、各翼面外形和参考特征在同一坐标系下的点云数据，若产品表面进行了法兰、阳极氧化或镀锌表面的处理，则三维激光扫描仪的激光强度为系统默认值的50％～60％，扫描速度为100mm/s。进一步地，所述使用三维激光扫描仪扫描并获取所述基准舱段、各翼面外形和参考特征在同一坐标系下的点云数据，若产品表面为不锈钢或铝合金材料，则三维激光扫描仪的激光强度为系统默认值的90％，扫描速度为10～20mm/s。本专利技术与现有技术相比的优点在于：1)对于小尺寸、安装精度要求较高的翼面结构，三维激光扫描系统测量精度可到达0.03mm，高于平台高度尺法0.1mm的理想精度，可测量秒级的安装角度误差，较好的满足了产品结构件装配精度测量要求。2)测量过程对产品的姿态没有要求，不需要工装的辅助定位，节约了工装的设计制造和管理成本。3)使用三维激光扫描系统进行翼面安装精度的测量、计算，能有效避免偶然误差的引入，测量过程可靠。4)翼面水平测量时不需要调平产品水平测量基准截面，有效降低了操作人员的工作强度，也不需要手工记录和计算测量数据，操作效率较高。附图说明图1为本专利技术方法流程框图；图2为本专利技术方法舵面Ⅰ安装角示意；图3为本专利技术方法舵面Ⅰ上反角示意；图4为本专利技术方法舵面Ⅰ单位法向量投影所成安装角；图5本专利技术方法舵面Ⅰ单位法向量投影所成上反角。具体实施方式一种三维激光扫描系统进行产品翼面结构水平测量的方法，其中，产品包括飞航产品，如导弹等。如图1所示，其具体步骤为：步骤S1确定基准舱段和参考特征：根据设计图样确立可获取产品理论纵轴的基准舱段，选定可确立产品翼面理论安装平面的参考特征。步骤S2准备产品及三维激光扫描系统：吊装产品至支撑车上可靠支撑，展开三维激光扫描系统于待测产品附近并在产品上布置扫描参考点。步骤S3扫描：设定三维激光扫描系统扫描分辨率，通过系统中的三维激光扫描仪，扫描步骤S1中基准舱段、步骤S1中参考特征和各翼面外形，以获取步骤S1中基准舱段、步骤S1中参考特征和各翼面外形在同一坐标系下的点云数据；步骤S4处理点云数据获得基准：通过步骤S3点云数据，使用三维扫描系统后处理软件Geomagic，拟合步骤S3基准舱段点云数据获得产品理论纵轴；拟合步骤S3中参考特征的点云数据，得到步骤S1中参考特征上的某一特征面；拟合各翼面上翼面、下翼面，以各翼面上翼面、下翼面为参考，拟合各翼面的对称面；通过产品理论纵轴上任意一点作产品在该点的横截面。步骤S5作出各翼面理论安装平面及其垂直面：参考特征上的某一特征面按特定角度变换作出翼面理论安装平面；以产品理论纵轴为旋转轴，旋转翼面理论安装平面角度90°，得到翼面理论安装平面的垂直面。步骤S6重复第五步作出各翼面理论安装平面及其垂直面。步骤S7输出计算相关单位法向量：使用三维激光扫描系统后处理软件Geomagic输出同一坐标系下步骤S4、步骤S5、步骤S6中产品横截面、各翼面理论安装平面及其垂直面、各翼面对称面的单位法向量。步骤S8根据单位法向量计算各翼面安装角和上反角：翼面对称面单位法向量、翼面理论安装平面单位法向量在翼面理论安装平面的垂直面内的投影向量的夹角为翼面安装角；翼面对称面法向量、翼面理论安装平面法向量在产品横截面内的投影向量的夹角为翼面上反角。偏转方向根据翼面对称面单位法向量的坐标符号确定。下面结合附图对本专利技术的最佳实施例作进一步详细说明。以“X”型气动布局的舵面Ⅰ为例，其安装形式及外形见图2、图3。相邻舵面的理论安装平面其夹角为80°或100°，设计上设置产品水平测量基准截面于舱段2和舱段4上，且要求滑块与舱体焊接后再进行整体机械加工，确保滑块与产品轴线的相对位置关系。具体实施方式按如下工艺步骤进行：第一步确定基准舱段和参考特征：因设计上设置产品水平测量基准截面位于舱段2和舱段4上，故选定舱段2和舱段4为基准舱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维激光扫描系统进行产品翼面结构水平测量的方法，其特征在于：包括如下步骤：S1，根据设计图样确定产品理论纵轴的基准舱段、各翼面外形和产品翼面理论安装平面相对应的参考特征；S2，使用三维激光扫描仪扫描并获取所述基准舱段、各翼面外形和参考特征在同一坐标系下的点云数据；S3，拟合所述基准舱段的点云数据获得产品理论纵轴；拟合所述参考特征的点云数据获得所述各翼面参考特征的特征面；拟合所述各翼面外形的点云数据获得各翼面的对称面，通过产品理论纵轴上任意一点作产品在所述任意一点的横截面；S4，将所述各翼面特征面分别按与各自对应的翼面理论安装平面相对应的角度变换得到各翼面理论安装平面，然后以产品理论纵轴为旋转轴，旋转各翼面理论安装平面90°，得到各翼面理论安装平面的垂直面；S5，由所述横截面、各翼面理论安装平面、各翼面理论安装平面的垂直面和各翼面对称面的单位法向量计算各翼面安装角和上反角，完成各翼面结构的水平测量。

【技术特征摘要】
1.一种三维激光扫描系统进行产品翼面结构水平测量的方法，其特征在于：包括如下步骤：S1，根据设计图样确定产品理论纵轴的基准舱段、各翼面外形和产品翼面理论安装平面相对应的参考特征；S2，使用三维激光扫描仪扫描并获取所述基准舱段、各翼面外形和参考特征在同一坐标系下的点云数据；S3，拟合所述基准舱段的点云数据获得产品理论纵轴；拟合所述参考特征的点云数据获得所述各翼面参考特征的特征面；拟合所述各翼面外形的点云数据获得各翼面的对称面，通过产品理论纵轴上任意一点作产品在所述任意一点的横截面；S4，将所述各翼面特征面分别按与各自对应的翼面理论安装平面相对应的角度变换得到各翼面理论安装平面，然后以产品理论纵轴为旋转轴，旋转各翼面理论安装平面90°，得到各翼面理论安装平面的垂直面；S5，由所述横截面、各翼面理论安装平面、各翼面理论安装平面的垂直面和各翼面对称面的单位法向量计算各翼面安装角和上反角，完成各翼面结构的水平测量。2.根据权利要求1所述的一种三维激光扫描系统进行产品翼面结构水平测量的方法，其特征在于：所述翼面安装角α满足其中，为翼面的对称面的法向量在翼面理论安装平面的垂直面内的投影向量，B'n＝Bn为翼面理论安装平面的法向量在翼面理论安装平面的垂直面内的投影向量；所述翼面安装角的偏转方向根据翼面的对称面的单位法向量的坐标符号确定。3.根据权利要求1所述的一种三维激光扫描系统进行产品翼面结构水平测量的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱永洲，王春娣，傅世强，
申请(专利权)人：北京航星机器制造有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11