基于激光扫描仪的航天器结构数字化检测方法技术

本发明专利技术涉及航天器结构检测技术领域，且公开了提供一种基于激光扫描仪的航天器结构数字化检测方法，具体步骤如下：结构数模预处理、结构预处理、快标板标定、标记点扫描、扫描激光面片、数据网格化、特征构造、对齐和分析，数据网格化是将点云数据进行封装，使之变成面的形式存在，网格化的数据可以保存为stl或ply格式文件格式，文件可用于3D打印以及逆向工程等操作，网格化过程中可选项有填补标记点、边缘优化、高精度模式、补小洞、最大边缘数、稀化强度、平滑等级以及优化等级等功能。该基于激光扫描仪的航天器结构数字化检测方法，解决了航天器结构异形曲面不易检测问题，提高了航天器结构检测的可靠性和准确性，也提高了航天器结构检测的效率。测的效率。测的效率。

【技术实现步骤摘要】
基于激光扫描仪的航天器结构数字化检测方法


[0001]本专利技术涉及航天器结构检测
，尤其涉及一种基于激光扫描仪的航天器结构数字化检测方法。

技术介绍

[0002]航天器结构类零件主要是铝合金薄板结构或异形曲面结构，结构外形形状不规则、螺纹孔与减轻孔较多、形位公差与位置公差要求高，且航天器结构是航天器的主体承力构件，影响平台与载荷设备安装精度，因此对航天器结构的质量控制与检测非常重要。
[0003]目前对航天器结构的检测采用卡尺、角度尺、中心尺、深度尺和塞尺等工具测量，间隙测量中采用塞尺与结构贴合，判断结构间隙大小；结构的螺纹孔或通孔采用深度尺进行检测，结构平面度采用水平台工作台对结构平面度进行测量，判断平面度是否满足要求；传统的检测方法只适用于形状规则、有测量空间的结构，而且需要专用检验工装和工具，对于异形曲面的结构检测很难实现；同时依靠人工检测方法人为因素影响较多，结果一致性较差，测量结果不稳定。随着航天器结构形状越来越复杂，各种异形曲面、双曲面或多曲面的外形越来越多，传统检测方法已经满足不了航天器结构检测的要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术所解决的技术问题在于提供一种基于激光扫描仪的航天器结构数字化检测方法，以解决上述
技术介绍
中的缺点。
[0005]本专利技术所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
[0006]基于激光扫描仪的航天器结构数字化检测方法，所述具体步骤如下：
[0007]D1、所述结构数模预处理是利用Proe 5.0软件对航天器结构模型进行处理，生成检测特征，并在提取后的检测特征上设置用于表示测量参数的特征测量点；
[0008]D2、所述结构预处理包括在结构表面喷反差增强剂，使结构可以对照射在其表面的激光进行漫反射；
[0009]D3、所述快标板标定，在检测开始前或发生温度变化或扫描数据质量不佳时，需要利用快标板进行相机校准；
[0010]D4、所述标记点扫描，在标定完成后，对结构表面的标记点进行采集扫描，建立结构的坐标、定位，建立结构各个面的位置关系，采集定位的标记点，使得后续的扫描激光面片(点)更容易进行，也使得从面到面过渡更方便；
[0011]D5、所述扫描激光面片，扫描激光面片(点)前，设置扫描参数(或使用参数的缺省值)，如扫描解析度、曝光参数设置，扫描控制、高级参数设置，以及专业参数设置等，过程包括数据保护、自动曝光、精扫和背景标记点四个部分；
[0012]D6、所述数据网格化，将点云数据进行封装，使之变成面的形式存在，网格化的数据可以保存为stl或ply格式文件格式，文件可用于3D打印以及逆向工程等操作，网格化过程中可选项有填补标记点、边缘优化、高精度模式、补小洞、最大边缘数、稀化强度、平滑等
级以及优化等级等功能；
[0013]D7、所述特征构造包括圆、矩形槽、点、直线等特征的属性、特征构造、特征保存及特征抽取等应用方式，以及相交方式、拟合方式、选择点方式、CAD方式、对象方式、投影方式等应用；特征优化包括解圆、矩形槽、点、直线等特征的属性、特征构造、特征保存及特征抽取等；
[0014]D8、所述对齐包括将两组不同的数据通过刚性变换统一到同一坐标系中的过程，包括最佳拟合对齐、对齐到全局、特征对齐、N点对齐、PLP对齐和RPS对齐；
[0015]D9、所述分析主要包括测量、角度、截面、3D比较、GD&T等。
[0016]优选的，所述步骤D2中，结构预处理包括结构材质或表面颜色处理，透明材质，激光会穿透，使得相机无法准确捕捉到玻璃所在的位置，因而无法对其进行扫描；渗光材质，激光线投射到物体表面时会渗透到物体内部，导致相机所捕捉到的激光线位置并非物体表面轮廓，从而影响扫描数据精度；高反光材质会对光线产生镜面反射，从而导致相机在某些角度无法捕捉到其反射光，无法获得这些照射条件下的扫描数据；其他会影响激光漫反射效果的材质或颜色；扫描前需要在结构表面喷反差增强剂，使结构可以对照射在其表面的激光进行漫反射。
[0017]优选的，所述步骤D3中，快标板标定包括扫描仪连接好后需要使用快速标定板对设备进行快速标定；将标定板放置在稳定的平面，扫描仪正对标定板，距离400mm左右；控制扫描仪角度，调整扫描仪与标定板的距离，使得左侧的阴影圆重合；在保证左侧阴影圆基本重合的状态下，不改变角度，水平移动扫描仪，使右侧的梯形阴影重合，然后调整距离使其大小符合；逐渐抬高设备，标定完竖直方向后，进行右侧45度标定，将扫描仪向右倾斜约45度，激光束保持处在第四行与第五行标记点之间，使阴影重合；右侧标定完后进行左侧45 度标定，将扫描仪向左倾斜约45度，激光束保持处在第四行与第五行标记点之间，使阴影重合；左侧标定完后进行上侧45度标定，将扫描仪向上倾斜约45 度，激光束保持处在第四行与第五行标记点之间，使阴影重合；上侧标定完后进行下侧45度标定，将扫描仪向下倾斜约45度，激光束保持处在第四行与第五行标记点之间，使阴影重合；标定完成。
[0018]优选的，所述步骤D4中，预扫标记点包括对结构表面的标记点进行采集扫描，建立结构的坐标、定位；使用多个角度对标记点再次进行识别读取，或者选择“智能标记点”进行扫描。
[0019]优选的，所述步骤D5中，扫描激光面片，包括在扫描激光面片(点)之前，需要设置扫描参数(或使用参数的缺省值)，如扫描解析度、曝光参数设置，扫描控制、高级参数设置，以及专业参数设置等；扫描仪的角度和扫描仪与结构的距离，平稳移动扫描仪，使用激光将空白位置数据采集完全即可；扫描完全后点击“停止”，软件开始处理所扫描的数据，等待数据处理完成，激光面片(点)扫描结束；扫描软件包括数据保护、自动曝光、精扫和背景标记点等部分。
[0020]优选的，所述步骤D6中，网格化，包括将点云数据进行封装，使之变成面的形式存在，网格化的数据可以保存为stl或ply格式文件格式，文件可用于 3D打印以及逆向工程等操作；网格化过程中可选项有填补标记点、边缘优化、高精度模式、补小洞、最大边缘数、稀化强度、平滑等级以及优化等级等功能。
[0021]优选的，所述步骤D7中，特征，包括圆、矩形槽、点、直线等特征的属性、特征构造、
特征保存及特征抽取等应用，特征构造包括相交方式、拟合方式、选择点方式、CAD方式、对象方式、投影方式等方式；特征抽取指在同一坐标系下，参考数据上的特征自动在测试数据上相近位置拟合创建相同类型的特征操作。
[0022]优选的，所述步骤D9中，分析，包括测量、角度、截面、3D比较、GD&T等应用方式，测量包括测量特征之间的距离时，以第二个特征为主特征，圆退化为圆心，圆槽、椭圆槽、矩形槽将退化为中心点，球退化为球心，圆柱、圆锥将退化为轴线，距离最终将转化为点到点距离，点到线距离、点到面距离三种方式中的一种；角度包括测量特征(平面与平面)之间的角度时，圆柱、圆锥退化为轴线，圆、圆槽、椭圆槽、矩形槽则取对应的平面；截面包括创建点云、网格、CAD数据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于激光扫描仪的航天器结构数字化检测方法，其特征在于，所述具体步骤如下：D1、所述结构数模预处理是利用Proe 5.0软件对航天器结构模型进行处理，生成检测特征，并在提取后的检测特征上设置用于表示测量参数的特征测量点；D2、所述结构预处理包括在结构表面喷反差增强剂，使结构可以对照射在其表面的激光进行漫反射；D3、所述快标板标定，在检测开始前或发生温度变化或扫描数据质量不佳时，需要利用快标板进行相机校准；D4、所述标记点扫描，在标定完成后，对结构表面的标记点进行采集扫描，建立结构的坐标、定位，建立结构各个面的位置关系，采集定位的标记点，使得后续的扫描激光面片(点)更容易进行，也使得从面到面过渡更方便；D5、所述扫描激光面片，扫描激光面片(点)前，设置扫描参数(或使用参数的缺省值)，如扫描解析度、曝光参数设置，扫描控制、高级参数设置，以及专业参数设置等，过程包括数据保护、自动曝光、精扫和背景标记点四个部分；D6、所述数据网格化，将点云数据进行封装，使之变成面的形式存在，网格化的数据可以保存为stl或ply格式文件格式，文件可用于3D打印以及逆向工程等操作，网格化过程中可选项有填补标记点、边缘优化、高精度模式、补小洞、最大边缘数、稀化强度、平滑等级以及优化等级等功能；D7、所述特征构造包括圆、矩形槽、点、直线等特征的属性、特征构造、特征保存及特征抽取等应用方式，以及相交方式、拟合方式、选择点方式、CAD方式、对象方式、投影方式等应用；特征优化包括解圆、矩形槽、点、直线等特征的属性、特征构造、特征保存及特征抽取等；D8、所述对齐包括将两组不同的数据通过刚性变换统一到同一坐标系中的过程，包括最佳拟合对齐、对齐到全局、特征对齐、N点对齐、PLP对齐和RPS对齐；D9、所述分析主要包括测量、角度、截面、3D比较、GD&T等。2.根据权利要求1所述的基于激光扫描仪的航天器结构数字化检测方法，其特征在于，所述步骤D2中，结构预处理包括结构材质或表面颜色处理，透明材质，激光会穿透，使得相机无法准确捕捉到玻璃所在的位置，因而无法对其进行扫描；渗光材质，激光线投射到物体表面时会渗透到物体内部，导致相机所捕捉到的激光线位置并非物体表面轮廓，从而影响扫描数据精度；高反光材质会对光线产生镜面反射，从而导致相机在某些角度无法捕捉到其反射光，无法获得这些照射条件下的扫描数据；其他会影响激光漫反射效果的材质或颜色；扫描前需要在结构表面喷反差增强剂，使结构可以对照射在其表面的激光进行漫反射。3.根据权利要求2所述的基于激光扫描仪的航天器结构数字化检测方法，其特征在于，所述步骤D3中，快标板标定包括扫描仪连接好后需要使用快速标定板对设备进行快速标定；将标定板放置在稳定的平面，扫描仪正对标定板，距离400mm左右；控制扫描仪角度，调整扫描仪与标定板的距离，使得左侧的阴影圆重合；在保证左侧阴影圆基本重合的状态下，不改变角度，水平移动扫描仪，使右侧的梯形阴影重合，然后调整距离使其大小符合；逐渐抬高设备，标定完竖直方向后，进行右侧45度标定，将扫描仪向右倾斜约45度，激光束保持处在第四行与第五行标记点之间，使阴影重合；右侧标定完后进行左侧45度标定，将扫描仪向左倾斜约45度，激光束保持处在第四行与第五行标记点之间，使阴影重合；左侧标定完后进行上侧45度标定，将扫描仪向上倾斜约45度，激光束保持处在第四行与第五行标记点之
间，使阴影重合；上侧标定完后进行下侧45度标定，将扫描仪向下倾斜约45度，激光束保持...

【专利技术属性】
技术研发人员：李柏树，
申请(专利权)人：北京紫微宇通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：