一种运载火箭舱段自动化形貌重建方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种运载火箭舱段自动化形貌重建方法及系统，方法包括：对测量单元进行标定得到标定结果；S2：根据预先设计的定位将待测运载火箭舱段固定在检测转台；根据待测运载火箭舱段的三维CAD模型，对待测运载火箭舱段的内、外表面进行自动化扫描路径规划；测量单元按照扫描路径依次对运载火箭舱段内、外表面按照预先划分的区域进行分区域测量，利用每一个扫描位姿下靶标球的坐标获取对应的转换矩阵，对扫描数据进行拼接；将预先划分的区域的扫描数据进行坐标系统一获取运载火箭舱段内、外表面完整的形貌数据。本发明专利技术不需要对运载火箭舱段进行任何处理，直接利用设备的位姿变化进行拼接，重建的形貌数据精度高。重建的形貌数据精度高。重建的形貌数据精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种运载火箭舱段自动化形貌重建方法及系统


[0001]本专利技术涉及运载火箭舱段形貌重建
，尤其涉及一种运载火箭舱段自动化形貌重建方法及系统。

技术介绍

[0002]运载火箭是我国建设航天强国的重要标志，也是维护我国太空安全、推动我国太空探索向更加遥远深空拓展的战略工具。运载火箭的研制设计箭体结构系统、动力系统、控制系统及地面发射系统等关键组成，是个复杂的系统工程。在整个箭体结构中，铆接舱段起到贮箱间连接及仪器设备安装载体的作用，是重要的承力部段，其尺寸巨大、结构复杂，是箭体结构研制与检测的一个难点，并且在目前的检测阶段的工艺很大程度上仍然依赖于工艺人员的经验；由于我国运载火箭箭体结构的研制一直采用串行模式，一旦其铆接舱段的形位偏差、整体偏差出现误差，直接会影响后续的装配等环节，导致返工成本高昂并且会耽误整个研制周期。因此对火箭整体自动化形貌重建和偏差检测方法与系统的研究变得非常有意义。
[0003]现有的自动化扫描可以搭载激面扫描仪(相机和投影仪)对物体形貌进行重建，由于面扫描的视野范围有限，无法一次扫面就将物体完整的重建起来，因此需要将多次扫描数据进行拼接来获取一个完整的物体形貌数据。拼接精度决定扫面物体的最终测量精度，现有的拼接技术多采用标志点拼接或者物体特征拼接；采用标志点的拼接方式，需要人工在物体上贴一些可以识别的点类标志物；但这种方法需要浪费大量的人力，且对于表面不能处理的物体无法使用，因此不适用于火箭舱段扫描；采用物体特征的拼接方法只能应用于特征多其特征明显的物体，适用范围过于限制，不适用于没有特征的火箭舱段。
[0004]所以，现有技术中缺乏一种有效的火箭舱段的形貌重建方法及系统。
[0005]以上
技术介绍
内容的公开仅用于辅助理解本专利技术的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述
技术介绍
不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

技术实现思路

[0006]本专利技术为了解决现有的问题，提供一种运载火箭舱段自动化形貌重建方法及系统。
[0007]为了解决上述问题，本专利技术采用的技术方案如下所述：
[0008]一种运载火箭舱段自动化形貌重建方法，包括如下步骤：S1：对测量单元进行标定得到所述标定结果，所述测量单元包括第一形貌测量单元、第二形貌测量单元和激光测量单元；所述第一形貌测量单元、所述第二形貌测量单元分别用于测量待测运载火箭舱段内外表面的形貌数据，均包括测量机器人和蓝光面扫描仪，所述测量机器人用于提供蓝光面扫面仪的不同位姿，所述蓝光面扫描仪，用于在每一个位姿下扫描所述运载火箭舱段的形貌数据；所述激光测量单元包括激光跟踪仪和靶标球，所述靶标球设置在所述蓝光面扫描
仪上，所述激光跟踪仪用于获取每一个位姿下所述蓝光面扫描仪上的靶标球坐标；所述标定结果包括对所述蓝光面扫描仪、所述激光跟踪仪的内外参数进行标定、所述测量机器人和检测转台的标定；S2：根据预先设计的定位将所述待测运载火箭舱段固定在所述检测转台，所述检测转台用于提供所述测量机器人无法到达的空间位姿的转动自由度；S3：根据所述待测运载火箭舱段的三维CAD模型，对所述待测运载火箭舱段的内、外表面进行自动化扫描路径规划；S4：所述测量单元按照扫描路径依次对所述运载火箭舱段内、外表面按照预先划分的区域进行分区域测量，具体地：利用所述蓝光面扫描仪对所述运载火箭舱段的所述区域进行扫描获取三维形貌数据，并利用所述激光跟踪仪获取每一幅扫描位姿下所述蓝光面扫描仪上的所述靶标球的坐标，利用每一个扫描位姿下所述靶标球的坐标获取对应的转换矩阵，对扫描数据进行拼接；S5：将所述预先划分的区域的所述扫描数据进行坐标系统一获取所述运载火箭舱段内、外表面完整的形貌数据。
[0009]优选地，还包括：在所述待测运载火箭舱段的同一个位置粘贴标志贴，所述测量单元定位所述标志贴并反求出所述待测运载火箭舱段的位置，将当前的所述待测运载火箭舱段位置调整到第一次扫描的所述待测运载火箭舱段的位置，利用第一次对所述待测运载火箭舱段记录的扫描位置和检测步骤构造的模板文件对后续所述待测运载火箭舱段进行检测。
[0010]优选地，对所述运载火箭舱段内、外表面预先划分为四个均等的区域进行分区域测量。
[0011]优选地，步骤S4中对扫描数据进行拼接包括局部数据的拼接或对齐：固定所述激光跟踪仪在空间中的坐标为XYZ、W为中心位置，获取所述蓝光面扫描仪的三个位姿下所述靶标球的坐标，分别以所述靶标球为中心建立坐标系x0‑
y0‑
z0、x1‑
y1‑
z1、x2‑
y2‑
z2，分别记各自的位置下跟踪得到相对于所述激光跟踪仪的绝对位姿分别为[R|T]0、[[R|T]1、[R|T]2、扫描得到的所述待测运载火箭舱段的局部点云数据为P0、P1、P2，三幅点云之间的相对位姿分别为[[R|T]0‑1和[R|T]1‑2，则局部点云之间的对齐依靠坐标转换来完成，具体如下：
[0012][0013]P0‑1＝R0‑1·
P1+T0‑1·
P0[0014][0015]P1‑2＝R1‑2·
P2+T1‑2·
P1[0016]优选地，将所述预先划分的区域的所述扫描数据进行坐标系统一获取所述运载火箭舱段内、外表面完整的形貌数据包括：对内表面或外表面扫描第一个所述区域时，利用所述蓝光面扫描仪获取所述检测转台上的编码标志点进行摄影测量，获取所述编码标志点的坐标值；在每一个所述区域内扫描时，所述激光跟踪仪保持不动，利用所述蓝光面扫描仪获取当前所述区域的编码标志点的当前坐标，利用对应ID的编码标志点求出一个转换矩阵[R|T]3，后利用所述转换矩阵将所述第二个所述区域的点云P4与第一个所述区域的点云P3进行自动对齐：
[0017]P3＝R3·
P4+T3·
P4。
[0018]优选地，当完成所述运载火箭舱段的内表面的扫描切换到外表面的扫描时，或，完成所述运载火箭舱段外表面的扫描切换到内表面的扫描时，对所述激光跟踪仪进行转站操作；转站时保持所述激光跟踪仪的测量头位置不变，根据转站前、后所述测量头在所述激光跟踪仪的位置解算出转站后所述激光跟踪仪在转站前的转换矩阵，利用所述转换矩阵将所述运载火箭舱段的内、外表面的数据对齐及统一得到内、外表面所述完整的形貌数据P
A
：
[0019]P
A
＝R
·
P
out
+T+P
in
[0020]其中，外表面扫描的数据为P
out
，内表面扫描的数据为P
in
。
[0021]优选地，还包括：利用误差损失约束将根据所述完整的形貌数据得到的测量模型和对应的三维CAD模型进行配准，进行偏差测量。
[0022]优选地，还包括：记所述测量模型为X1，对应的三维CAD模型为X2，对于所述测量模型和对应的三维CAD模型的配准，先进行粗配准，通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种运载火箭舱段自动化形貌重建方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：对测量单元进行标定得到标定结果，所述测量单元包括第一形貌测量单元、第二形貌测量单元和激光测量单元；所述第一形貌测量单元、所述第二形貌测量单元分别用于测量待测运载火箭舱段内、外表面的形貌数据，均包括测量机器人和蓝光面扫描仪，所述测量机器人用于提供蓝光面扫面仪的不同位姿，所述蓝光面扫描仪，用于在每一个位姿下扫描所述运载火箭舱段的形貌数据；所述激光测量单元包括激光跟踪仪和靶标球，所述靶标球设置在所述蓝光面扫描仪上，所述激光跟踪仪用于获取每一个位姿下所述蓝光面扫描仪上的靶标球坐标；所述标定结果包括对所述蓝光面扫描仪、所述激光跟踪仪的内外参数进行标定、所述测量机器人和检测转台的标定；S2：根据预先设计的定位将所述待测运载火箭舱段固定在所述检测转台，所述检测转台用于提供所述测量机器人无法到达的空间位姿的转动自由度；S3：根据所述待测运载火箭舱段的三维CAD模型，对所述待测运载火箭舱段的内、外表面进行自动化扫描路径规划；S4：所述测量单元按照扫描路径依次对所述运载火箭舱段内、外表面按照预先划分的区域进行分区域测量，具体地：利用所述蓝光面扫描仪对所述运载火箭舱段的所述区域进行扫描获取三维形貌数据，并利用所述激光跟踪仪获取每一幅扫描位姿下所述蓝光面扫描仪上的所述靶标球的坐标，利用每一个扫描位姿下所述靶标球的坐标获取对应的转换矩阵，对扫描数据进行拼接；S5：将所述预先划分的区域的所述扫描数据进行坐标系统一获取所述运载火箭舱段内、外表面完整的形貌数据。2.如权利要求1所述的运载火箭舱段自动化形貌重建方法，其特征在于，还包括：在所述待测运载火箭舱段的同一个位置粘贴标志贴，所述测量单元定位所述标志贴并反求出所述待测运载火箭舱段的位置，将当前的所述待测运载火箭舱段位置调整到第一次扫描的所述待测运载火箭舱段的位置，利用第一次对所述待测运载火箭舱段记录的扫描位置和检测步骤构造的模板文件对后续所述待测运载火箭舱段进行检测。3.如权利要求1所述的运载火箭舱段自动化形貌重建方法，其特征在于，对所述运载火箭舱段内、外表面预先划分为四个均等的区域进行分区域测量。4.如权利要求3所述的运载火箭舱段自动化形貌重建方法，其特征在于，步骤S4中对扫描数据进行拼接包括局部数据的拼接或对齐：固定所述激光跟踪仪在空间中的坐标为XYZ、W为中心位置，获取所述蓝光面扫描仪的三个位姿下所述靶标球的坐标，分别以所述靶标球为中心建立坐标系x0‑
y0‑
z0、x1‑
y1‑
z1、x2‑
y2‑
z2，分别记各自的位置下跟踪得到相对于所述激光跟踪仪的绝对位姿分别为[R|T]0、[[R|T]1、[R|T]2、扫描得到的所述待测运载火箭舱段的局部点云数据为P0、P1、P2，三幅点云之间的相对位姿分别为[[R|T]0‑1和[R|T]1‑2，则局部点云之间的对齐依靠坐标转换来完成，具体如下：
P0‑1＝R0‑1·
P1+T0‑1·
P0P1‑2＝R1‑2·
P2+T1‑2·
P15.如权利要求4所述的运载火箭舱段自动化形貌重建方法，其特征在于，将所述预先划分的区域的所述扫描数据进行坐标系统一获取所述运载火箭...

【专利技术属性】
技术研发人员：任茂栋，司林，乔根，杨鹏斌，冯超，
申请(专利权)人：新拓三维技术深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：