一种飞机样板缺陷检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种飞机样板缺陷检测方法及装置，方法包括扫描样板；构建样板点云的局部坐标系；拟合目标局部点云的平面参数；获取目标局部点云中所有点的法矢量均值；计算目标局部点云中所有点的高度；计算目标下沉点的法矢量与目标下沉点所在样板点云平面的法矢量的夹角；将样板点云图像二值化；获取样板的三维数模；将三维数模和结果点云对齐；判断结果点云中的点对应的实际距离是否超过预设距离阈值；如果否，确定样板合格；如果是，判断结果点云中实际距离超过预设距离阈值对应点的数量是否超过预设数量阈值；如果否，确定样板合格；如果是，确定样板不合格。本发明专利技术避免依靠人工目检样板，降低样板检测的成本，提高样板检验效率和检验精度。效率和检验精度。效率和检验精度。

【技术实现步骤摘要】
一种飞机样板缺陷检测方法及装置


[0001]本专利技术属于样板检测
，尤其涉及一种飞机样板缺陷检测方法及装置。

技术介绍

[0002]模线样板技术是连接飞机设计和制造的桥梁。模线样板技术的工作方法是首先根据飞机图样绘制出真实形状，然后按标准制造各种工艺装备，再按工艺装备制造出零件。模线样板技术包括模线和样板两部分内容，模线是将飞机的零件及结构按1：1的实际尺寸画在图板上，这一真实图形称为模线；样板是一种平面量具，是加工和检验带曲面外形的零件、装配件和相应工艺装备的依据。模线样板设计就是根据飞机结构图样和制造要求，按实物大小精确地作出整体零件或组合件的外形。
[0003]绘制在钢板上的模线保证了准确性与唯一性。但是，由于钢板笨重、不透明，在样板加工检查过程中不能直接加工检查内部划线，需要借助辅助工具或模具定位测量。而聚酯薄膜具有一定的硬度，较好的透明度，不易老化并可以卷弯，与立体样板样件进行贴合使用，因此，聚酯薄膜成为了绘制模线数据的基本介质。最初绘制在聚酯薄膜上的模线用于样板的加工及检验，样板加工后直接交检，在检验过程中发现样板和模线不符，则按照模线返修样板。
[0004]然而，样板检验过程是依靠人工目检的方法，目视精度低，人工成本和聚酯薄膜成本较高，检验效率和检验精度较低。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种飞机样板缺陷检测方法及装置，可解决现有技术中依靠人工目检的方法，目视精度低，人工成本和聚酯薄膜成本较高，检验效率和检验精度较低的问题。
[0006]第一方面，本专利技术提供一种飞机样板缺陷检测方法，包括：
[0007]扫描样板，得到零均值化的样板点云；
[0008]根据零均值化的样板点云，构建样板点云的局部坐标系；
[0009]对样板点云进行栅格化划分，得到多块局部点云；
[0010]拟合一块目标局部点云的平面参数，得到目标局部点云在样板点云平面的法矢量和在样板点云平面上的任意一点；
[0011]获取目标局部点云中所有点的法矢量均值；
[0012]根据目标局部点云中所有点的法矢量均值，计算目标局部点云中所有点的高度，得到目标局部点云中的下沉点；
[0013]计算目标下沉点的法矢量与目标下沉点所在样板点云平面的法矢量的夹角，得到样板的刻线点；其中，所有样板的刻线点构成样板刻线；
[0014]将样板点云图像二值化，得到样板的外轮廓点，所述外轮廓点构成样板外轮廓；
[0015]合并所有样板的刻线点和外轮廓点，得到结果点云；
[0016]获取样板的三维数模；
[0017]将三维数模和结果点云对齐；
[0018]计算三维数模中目标点与结果点云中对应点的距离，得到实际距离；
[0019]判断结果点云中的点对应的实际距离是否超过预设距离阈值；
[0020]如果否，确定样板合格；
[0021]如果是，判断结果点云中实际距离超过预设距离阈值对应点的数量是否超过预设数量阈值；
[0022]如果否，确定样板合格；
[0023]如果是，确定样板不合格。
[0024]进一步地，所述根据零均值化的样板点云，构建样板点云的局部坐标系，包括：
[0025]计算零均值化样板点云排列成3
×
n的矩阵和零均值化样板点云排列成3
×
n的矩阵的转置矩阵的乘积，得到协方差矩阵；其中，n为零均值化样板点云中点的数量；
[0026]计算协方差矩阵的三个相互正交的特征向量a1，a2，a3，其中a1，a2，a3分别对应的特征值λ1、λ2、λ3满足λ1＞λ2＞λ3；
[0027]将特征向量a1，a2，a3分别作为局部坐标系的X1轴、Y1轴、Z1轴的方向，零点O1为坐标系原点，构建样板点云的局部坐标系。
[0028]进一步地，所述根据目标局部点云中所有点的法矢量均值，计算目标局部点云中所有点的高度，得到目标局部点云中的下沉点，包括：
[0029]根据以下公式计算目标局部点云中所有点的高度：
[0030][0031]其中，为目标局部点云j中所有点的法矢量均值；v
j
为目标局部点云j在样板点云平面的法矢量；p
ji
为目标局部点云j中第i个点；p
j0
为目标局部点云j中任意一点；h
ji
为目标局部点云j中第i个点的高度；
[0032]设置目标高度阈值，目标局部点云中高度小于目标高度阈值对应的点为下沉点。
[0033]进一步地，所述计算目标下沉点的法矢量与目标下沉点所在样板点云平面的法矢量的夹角，得到样板的刻线点；其中，所有样板的刻线点构成样板刻线，包括：
[0034]根据以下公式计算目标下沉点的法矢量与目标下沉点所在样板点云平面的法矢量的夹角：
[0035][0036]其中，r
ji
为目标局部点云j中第i个下沉点的法矢量与第i个下沉点所在样板点云平面的法矢量的夹角；v
j
为目标局部点云j在样板点云平面的法矢量；v
ji
为目标局部点云j中第i个下沉点的法矢量；
[0037]设置目标角度阈值，目标局部点云中夹角小于目标角度阈值对应的下沉点为刻线点。
[0038]进一步地，所述将样板点云图像二值化，得到样板的外轮廓点，所述外轮廓点构成样板外轮廓，包括：
[0039]计算样板点云中目标点和距目标点最近的点的距离；
[0040]根据以下公式计算样板点云空间分辨率：
[0041][0042]其中，l为样板点云空间分辨率；n为样板点云中点的总数；d
i
为样板点云中第i个点和距第i个点最近的点的距离；
[0043]将X1O1Y1平面划分为多个以空间分辨率为间距的栅格，得到二值图像；其中每个栅格为二值图像的一个像素，二值图像中所有像素初始值均设为0；
[0044]遍历样板点云中所有的点，将遍历到样板点云中的点所在的栅格对应的像素设置为1值像素；
[0045]遍历二值图像中所有0值像素，将周围8个像素中超过目标数量的1值像素的目标0值像素设置为1值像素；
[0046]遍历二值图像中所有1值像素，将邻接有0值像素的1值像素作为轮廓像素；
[0047]将轮廓像素对应栅格中的点作为样板的外轮廓点。
[0048]第二方面，本专利技术提供一种飞机样板缺陷检测装置，包括：
[0049]样板扫描模块，用于扫描样板，得到零均值化的样板点云；
[0050]坐标系构建模块，用于根据零均值化的样板点云，构建样板点云的局部坐标系；
[0051]划分模块，用于对样板点云进行栅格化划分，得到多块局部点云；
[0052]平面拟合模块，用于拟合一块目标局部点云的平面参数，得到目标局部点云在样板点云平面的法矢量和在样板点云平面上的任意一点；
[0053]第一获取模块，用于获取目标局部点云中所有点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种飞机样板缺陷检测方法，其特征在于，包括：扫描样板，得到零均值化的样板点云；根据零均值化的样板点云，构建样板点云的局部坐标系；对样板点云进行栅格化划分，得到多块局部点云；拟合一块目标局部点云的平面参数，得到目标局部点云在样板点云平面的法矢量和在样板点云平面上的任意一点；获取目标局部点云中所有点的法矢量均值；根据目标局部点云中所有点的法矢量均值，计算目标局部点云中所有点的高度，得到目标局部点云中的下沉点；计算目标下沉点的法矢量与目标下沉点所在样板点云平面的法矢量的夹角，得到样板的刻线点；其中，所有样板的刻线点构成样板刻线；将样板点云图像二值化，得到样板的外轮廓点，所述外轮廓点构成样板外轮廓；合并所有样板的刻线点和外轮廓点，得到结果点云；获取样板的三维数模；将三维数模和结果点云对齐；计算三维数模中目标点与结果点云中对应点的距离，得到实际距离；判断结果点云中的点对应的实际距离是否超过预设距离阈值；如果否，确定样板合格；如果是，判断结果点云中实际距离超过预设距离阈值对应点的数量是否超过预设数量阈值；如果否，确定样板合格；如果是，确定样板不合格。2.根据权利要求1所述的飞机样板缺陷检测方法，其特征在于，所述根据零均值化的样板点云，构建样板点云的局部坐标系，包括：计算零均值化样板点云排列成3
×
n的矩阵和零均值化样板点云排列成3
×
n的矩阵的转置矩阵的乘积，得到协方差矩阵；其中，n为零均值化样板点云中点的数量；计算协方差矩阵的三个相互正交的特征向量a1，a2，a3，其中a1，a2，a3分别对应的特征值λ1、λ2、λ3满足λ1＞λ2＞λ3；将特征向量a1，a2，a3分别作为局部坐标系的X1轴、Y1轴、Z1轴的方向，零点O1为坐标系原点，构建样板点云的局部坐标系。3.根据权利要求1所述的飞机样板缺陷检测方法，其特征在于，所述根据目标局部点云中所有点的法矢量均值，计算目标局部点云中所有点的高度，得到目标局部点云中的下沉点，包括：根据以下公式计算目标局部点云中所有点的高度：
其中，为目标局部点云j中所有点的法矢量均值；v
j
为目标局部点云j在样板点云平面的法矢量；p
ji
为目标局部点云j中第i个点；p
j0
为目标局部点云j中任意一点；h
ji
为目标局部点云j中第i个点的高度；设置目标高度阈值，目标局部点云中高度小于目标高度阈值对应的点为下沉点。4.根据权利要求1所述的飞机样板缺陷检测方法，其特征在于，所述计算目标下沉点的法矢量与目标下沉点所在样板点云平面的法矢量的夹角，得到样板的刻线点；其中，所有样板的刻线点构成样板刻线，包括：根据以下公式计算目标下沉点的法矢量与目标下沉点所在样板点云平面的法矢量的夹角：其中，r
ji
为目标局部点云j中第i个下沉点的法矢量与第i个下沉点所在样板点云平面的法矢量的夹角；v
j
为目标局部点云j在样板点云平面的法矢量；v
ji
为目标局部点云j中第i个下沉点的法矢量；设置目标角度阈值，目标局部点云中夹角小于目标角度阈值对应的下沉点为刻线点。5.根据权利要求1所述的飞机样板缺陷检测方法，其特征在于，所述将样板点云图像二值化，得到样板的外轮廓点，所述外轮廓点构成样板外轮廓，包括：计算样板点云中目标点和距目标点最近的点的距离；根据以下公式计算样板点云空间分辨率：其中，l为样板点云空间分辨率；n为样板点云中点的总数；d
i
为样板点云中第i个点和距第i个点最近的点的距离；将X1O1Y1平面划分为多个以空间分辨率为间距的栅格，得到二值图像；其中每个栅格为二值图像的一个像素，二值图像中所有像素初始值均设为0；遍历样板点云中所有的点，将遍历到样板点云中的点所在的栅格对应的像素设置为1值像素；遍历二值图像中所有0值像素，将周围8个像素中超过目标数量的1值像素的目标0值像素设置为1值像素；遍历二值图像中所有1值像素，将邻接有0值像素的1值像素作为轮廓像素；将轮廓像素对应栅格中的点作为样板的外轮廓点。6.一种飞机样板缺陷检测装置，其特征在于，包括：样板扫描模块，用于扫描样板，得到零均值化的样板点云；坐标系构建模块，用于根据零均值化的样板点云，构建样板点云的局部坐标系；划分模块，用于对样板点云进行栅格化划分，得到多块局部点云；平面拟合模块，用于拟合一块目标局部点云的平面参数，得到目标局部点...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪俊，黄淳亮，李红卫，杨建平，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：