飞机蒙皮型面数字化检测方法技术

本发明专利技术提供飞机蒙皮型面数字化检测方法，包括如下步骤：步骤1.测量初始准备,使用标定板分别对CCD相机和三维扫描仪进行标定，确定测量误差，在蒙皮零件表面随机张贴标志点，便于后续三维扫描仪图像拼接；移动五轴检测平台至蒙皮零件上方，使蒙皮零件完全置于五轴检测平台扫描范围之内；步骤2.通过调整五轴检测平台末端搭载的CCD相机位姿，采集蒙皮零件图像，根据标定结果对图像矫正，提取蒙皮零件轮廓，对轮廓建立外且四边形实现轮廓标准化，同时，记录CCD相机位姿信息，建立零件

【技术实现步骤摘要】
飞机蒙皮型面数字化检测方法


[0001]本专利技术属于自动化测量
，尤其涉及飞机蒙皮型面数字化检测方法。

技术介绍

[0002]飞机蒙皮是构建飞机气动外形的重要组成部分，具有尺寸大、种类多、易变形、待测特征复杂等特点。由于直接承受空气动力，蒙皮零件的设计、制造和质量检测在飞机生产制造过程中至关重要。随着我国航空制造领域的发展，依靠胎模固定蒙皮配合人工经验的传统方法已经无法满足飞机检测中高精度、高可靠性要求，相应的数字化检测技术需求愈加迫切。
[0003]目前，针对飞机蒙皮零件型面的测量主要使用三坐标测量机和胎模检测方法等，其中三坐标测量机可以获得高精度测量数据，但测量时间过程导致生产周期大幅增加，并且测头与蒙皮接触易产生划痕从而影响工件测量质量。而胎模检测法本质上通过人工检验判断飞机蒙皮型面加工是否满足尺寸，缺乏准确数据。非基础式光学测量目前主要针对特征较明显的零件，面对大体积且曲率变化较小的飞机零件测量往往通过手持式测量设备实现。该方法虽然可以获得零件外尺寸数据，但本质依然是依靠人工完成测量过程。
[0004]现有技术一的技术方案
[0005]针对蒙皮型面尺寸检测，目前主流检测方法依然是人工检验判断法，将飞机蒙皮固定在模胎上判断是否相互契合，如图1所示，图中1001为蒙皮零件、1002为检测模胎、1003为基准孔、1006为定位销。
[0006]现有技术一的缺点
[0007]该方法在于检测人员通过经验判断蒙皮型面是否满足型面要求，可靠性不高；
[0008]该方法缺少被测对象数据，无法反馈到加工过程；
[0009]该方法需要反复搬运蒙皮，容易对零件造成损伤，且导致检测效率降低。
[0010]现有技术二的技术方案
[0011]南京航空航天大学黄翔团队设计了一种基于激光雷达的蒙皮型面自动化测量设备。其方法首先需要建立测量基准，根据蒙皮零件离散特征点选择激光雷达工作方式，通过外形理论点计算激光束的反射时间和波长完成空间坐标的建立。整体扫描后获取蒙皮零件完整型面数据。
[0012]现有技术二的缺点
[0013]该技术方案使用的激光雷达价格昂贵，导致生产成本较高；
[0014]该技术方案需要首先提取零件表面特征，其过程复杂且因零件变化而增加工作量，导致检测周期较长；
[0015]该技术方案的检测基准建立过程较为复杂，依然需要人工引导，容易造成误差。

技术实现思路

[0016]本专利技术的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供飞机蒙皮型面数字化检测
方法，通过获取蒙皮零件的三维点云实现型面尺寸的采集，大幅提升检测效率。
[0017]本专利技术采用如下技术方案：
[0018]飞机蒙皮型面数字化检测方法，包括如下步骤：
[0019]步骤1.测量初始准备
[0020]使用标定板分别对CCD相机和三维扫描仪进行标定，确定测量误差，在蒙皮零件表面随机张贴标志点，便于后续三维扫描仪图像拼接；移动五轴检测平台至蒙皮零件上方，使蒙皮零件完全置于五轴检测平台扫描范围之内。
[0021]步骤2.通过调整五轴检测平台末端搭载的CCD相机位姿，采集蒙皮零件图像，根据标定结果对图像矫正，提取蒙皮零件轮廓，对蒙皮零件轮廓建立外且四边形实现轮廓标准化(蒙皮零件轮廓为不规则图形，通过标准化转换为四边形，在此范围内进行扫描路径规划)。同时，记录CCD相机位姿信息，建立蒙皮零件
‑
五轴检测平台坐标系，确定蒙皮零件和五轴检测平台相对位置。
[0022]步骤3.根据三维扫描仪与蒙皮零件表面倾角计算有效扫描宽度，通过标准化蒙皮零件轮廓外形得到四边形扫描范围，检测标准化蒙皮零件轮廓是否被扫描平台覆盖，可行则确定短边方向生成行切扫描路径，不可行则重新生成标准化轮廓。
[0023]步骤4.根据三维扫描仪扫描特性，计算三维扫描仪测量倾角、测量景宽、测量景深约束条件，由五轴检测平台携带三维扫描仪完成预定扫描动作，由五轴检测平台的三推杆机构(包括万向节、伺服推杆，三个伺服推杆一端均通过万向节Ⅰ与Y轴安装座连接，三个伺服推杆另一端均通过万向节Ⅱ与数据采集设备基座相连接。其工作方式为，当三推杆机构保持同步位移量时实现Z方向运动，当三推杆保持不同位移量时，以小位移量伺服推杆和两个大位移量伺服推杆的三角形中位线为轴做反转运动，实现A、B轴的旋转功能)执行全角度目标区域扫描，实现蒙皮零件局部型面数据采集，并沿路径完成蒙皮零件整体型面数据采集。
[0024]步骤5.根据标志点进行点云拼接，并对整体点云进行后处理，包括漏洞补充、滤波、平滑。
[0025]步骤6.根据点云拟合曲面，生成蒙皮零件型面数据。
[0026]进一步的技术方案是，步骤3包括如下约束条件：
[0027](1)三维扫描仪测量倾角：曲面点处的法向矢量与入射结构光光线的夹角θ。由于蒙皮零件型面曲率较小且缺少纹理，三维扫描仪倾角较小时会误判为平面，因此初始扫描角因位于极限状态附近但不能超过阈值γ，即θ≤γ。
[0028]d
i
·
N
i
≥cos(γ)
[0029]式中单位向量d
i
：
[0030]d
i
＝(L
‑
P
i
)/|L
‑
P
i
|
[0031]其中，P
i
是曲面点，N
i
是曲面点的单位法向矢量，B
i
表示三维扫描仪投射结构光的角平分线，L为三维扫描仪结构光光源位置。
[0032](2)测量景宽(FOV)：曲面测量点应在结构光投影范围以内。曲面上不同位置处的点到CCD相机的距离不同，结构光有效长度也在不断变化，需满足以下条件：
[0033](
‑
d
i
)
·
B
i
≥cos(σ/2)
[0034]式中：σ为景宽角，三维扫描仪的固定参数，B
i
表示三维扫描仪投射结构光的角平
分线。
[0035](3)测量景深(DOF)：曲面测量点应偏移结构光光源一定的距离。即：
[0036]l1≤||L
‑
P
i
||≤l2[0037]式中：l2＝l1+l
DOF
，l
DOF
是测量景深，l1为最小测量景深，l2为最大测量景深。
[0038]根据以上约束条件，设计扫描姿态，即在约束条件下对目标曲面全角度覆盖扫描，通过五轴检测平台完成动作。
[0039]进一步的技术方案是，五轴检测平台包括：检测平台框架、X轴安装座，Y轴安装座，伺服推杆，万向节，数据采集设备基座，三维扫描仪、CCD相机、万向轮。
[0040]检测平台框架底部安装有万向轮，X轴安装座，固定在检测平台框架上，Y轴安装座安装在X轴安装座本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.飞机蒙皮型面数字化检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1.测量初始准备使用标定板分别对CCD相机和三维扫描仪进行标定，确定测量误差，在蒙皮零件表面随机张贴标志点，移动五轴检测平台至蒙皮零件上方，使蒙皮零件完全置于五轴检测平台扫描范围之内；步骤2.通过调整五轴检测平台末端搭载的CCD相机位姿，采集蒙皮零件图像，根据标定结果对图像矫正，提取蒙皮零件轮廓，对蒙皮零件轮廓建立外且四边形实现蒙皮零件轮廓标准化，同时，记录CCD相机位姿信息，建立蒙皮零件
‑
五轴检测平台坐标系，确定蒙皮零件和五轴检测平台相对位置；步骤3.根据三维扫描仪与蒙皮零件表面倾角计算有效扫描宽度，通过标准化蒙皮零件轮廓外形得到四边形扫描范围，检测标准化蒙皮零件轮廓是否被扫描平台覆盖，行则确定短边方向生成行切扫描路径，不行则重新生成标准化蒙皮零件轮廓；步骤4.根据三维扫描仪扫描特性，计算三维扫描仪测量倾角、测量景宽、测量景深约束条件，由五轴检测平台携带三维扫描仪完成预定扫描动作，由三推杆机构执行全角度目标区域扫描，实现蒙皮零件局部型面数据采集，并沿路径完成蒙皮零件整体型面数据采集；步骤5.根据标志点进行点云拼接，并对整体点云进行后处理，包括漏洞补充、滤波、平滑；步骤6.根据点云拟合曲面，生成蒙皮零件型面数据。2.根据权利要求1所述的飞机蒙皮型面数字化检测方法，其特征在于，步骤3包括如下约束条件：(1)三维扫描仪测量倾角：曲面点处的法向矢量与入射激光扫描线的夹角θ，由于蒙皮零件型面曲率较小且缺少纹理，三维扫描仪倾角较小时会误判为平面，因此初始扫描角因位于极限状态附近但不能超过阈值γ，即θ≤γ；d
i
·
N
i
≥cos(γ)d
i
＝(L
‑
P
i
)/|L
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张泽，方辉，李恒，徐典兴，宋吉豪，丁四景，董凯，宁波，娄禹辰，
申请(专利权)人：四川大学青岛研究院，
类型：发明
国别省市：