一种航空非标导管优化测量方法技术

本发明专利技术涉及对航空非标导管的测量方法领域，具体是一种航空非标导管优化测量方法，其具体步骤如下；S1、采集导管图像；S2、提取折弯点；S3、修正折弯点；S4、优化折弯半径；S5、工艺优化；通过大量实验数据验证，本发明专利技术提出的测量方法能够实现对航空导管弯曲段准确测量，为基于多相机测量系统的航空导管测量提供了关键技术支撑，为航空导管快速精确测量提供了技术途径。术途径。术途径。

【技术实现步骤摘要】
一种航空非标导管优化测量方法


[0001]本专利技术涉及对航空非标导管的测量方法领域，具体是一种航空非标导管优化测量方法。

技术介绍

[0002]航空非标导管是指现役传统机型原机导管绝大部分没有原始数字模型，采用手工弯制，标准化程度有限，造成大部分属于非标导管范畴，即管形中包含样条线、空间弯角、小直线段或小角度弯等不适宜数控制造的特征，想要实现数字化制造难度很大。但随着车间导管产品的多样化和订单不断增加的压力,急切的需要在激烈的竞争环境下提高生产效率,降低生产成本。要实现自动化生产导管的前提是可提取确定的导管工艺参数。
[0003]现有的导管测量方法主要分为接触式和非接触式两种，其中接触式中当前应用较广泛的是三坐标机测量，此法虽测量精度高，但受设备结构及测量轴的轴程限制，无法兼容更多的管型特征。在不过度依赖人力情况下，通过多目机器视觉的非接触式测量方法，解算导管结构，是目前获取导管信息的有效途径之一。
[0004]现有的导管生产存在自动化低、安全性低的技术问题，为实现自动化导管生产，首先需精确获取导管工艺参数。目前应用广泛的多目机器视觉技术，通过导管图像采集，边缘提取，三维重建，可实现管型特征的测量。但由于非标生产的导管往往可提取特征不明显，因此现有技术水平很难完全复原导管结构。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提出一种航空非标导管优化测量方法。
[0006]一种航空非标导管优化测量方法，其具体步骤如下：
[0007]S1、采集导管图像：利用表面贴有圆形标志点的靶标对整个测量系统标定，标定完成，确定好相机的内外参数后，采集导管图像；
[0008]S2、提取折弯点：在导管上构建圆柱模型，通过相邻圆柱间的斜率变化关系，求解斜率极值点，确定折弯点位置；
[0009]S3、修正折弯点：根据步骤S2中提取得到的折弯点位置，与现有管型中各折弯点位置进行匹配，将匹配找出新增的折弯点位置坐标对应替换原模型中该点坐标，修正后重新输出导管模型，优化后的导管模型会更符合导管的实际结构特征；
[0010]S4、优化折弯半径：
[0011](1)拟合圆弧；
[0012](2)优化半径；
[0013]S5、工艺优化：受弯管机的夹具长度影响，为准确复现导管，需对导管的直线段长度进行限制、修正，一般弯管机可加工长度需大于夹模长度。
[0014]所述的步骤S1在采集导管图像后，经过测量系统的初步采集、处理会获得导管的三维模型，再针对测量系统获得的导管模型进行优化、修正。
[0015]所述的步骤S2的具体步骤如下：
[0016]a、圆柱模型轴线来表示管型，图中的两个折弯点中间虽有折弯段，但因为折弯段斜率变化很小，并没有被测量系统检测、识别为折弯点；
[0017]b、相邻圆柱间的斜率变化关系可用两圆柱的轴线向量夹角表示：
[0018][0019]其中θ为两个圆柱的中心轴线向量的夹角，分别为圆柱S1和圆柱S2的中轴线的方向向量；
[0020]c、通过比对导管上各个相邻圆柱间的夹角变化，得出导管斜率变化关系；
[0021]d、对斜率曲线进行一阶微分处理，求解极值点，即为折弯点，手工校正工艺后的非标管，对斜率曲线设置阈值范围：θ∈(θ
min
，θ
max
)∪(θ
max
，∞)，在两个阈值范围段分别求解斜率极值点，完成折弯点提取工作。
[0022]所述的步骤S3中发现原管型位置a1
’
为直线段上一点，a1为提取折弯点后该点位置，能够看出a1点应为折弯点。
[0023]所述的步骤S4的(1)拟合圆弧中，通过前面步骤确定管型折弯点特征，为非标管模型更好地匹配现有规格的弯管机工艺要求，需拟合、优化导管上各段的折弯半径，假定所有离散点可组成点集P，点集中所有点拟合圆，求解得到圆心O(A,B)，半径为R，点集P中任一离散点p(x
i
,y
i
)，其到拟合圆心o(A,B)的距离d，点p(x
i
,y
i
)到拟合圆弧距离为PD；
[0024]利用最小二乘法原理，以点集P中所有点到圆弧距离最短为约束条件，定义距离函数为PD长度的平方，具体如下：
[0025][0026]令Q(a，b，c)为δ
i
的平方和：
[0027][0028]求解参数a,b,c，使得Q(a，b，c)的值最小；
[0029]为各离散点拟合的圆弧，圆心o，圆弧半径为R，圆的方程为：
[0030](x
‑
A)2+(y
‑
B)2＝R2[0031]则：
[0032]R2＝x2‑
2Ax+A2+y2‑
2By+B2[0033]令：
[0034]a＝
‑
2A
[0035]b＝
‑
2B
[0036]c＝A2+B2‑
R2[0037]可得另一形式圆方程
[0038]x2+y2+ax+by+c＝0
[0039]即求解参数a,b,c，可知半径R参数：
[0040][0041][0042][0043]结合Q(a，b，c)最小的约束条件，求解上述a,b两个参数后，得到圆弧半径R。
[0044]所述的步骤S4的(2)优化半径中，拟合圆得到的各个折弯段圆弧R值并不相同，目前用于生产的折弯机折弯半径仅有部分固定规格，具体为：
[0045]a、实际折弯半径R
x
≤工艺折弯半径R；
[0046]b、实际折弯半径R
x
>工艺折弯半径R。
[0047]所述的步骤S4的(2)的a中，为保证生产，要求该折弯半径对应的折弯点坐标沿导管方向后迁移，所有实际折弯半径R
x
强制统一为与其数值最接近的工艺折弯半径R值。
[0048]所述的步骤S4的(2)的b中，如各实际折弯半径R
x
与工艺折弯半径R值基本一致或者相差不大，便直接将各个圆弧半径R统一记做折弯半径R；如两者差值较大，则需要根据两者数值间的偏移量，将拆分一个圆弧半径为多个小圆弧半径，增加折弯段，将圆弧段拆分成为两个对称的小圆弧段和一个直线段部分，两个小圆弧段的圆弧直径与折弯半径R相同。
[0049]所述的步骤S5中需要选定检索方向，自选定一侧挨个检测两两折弯点间直线段的长度，如直线段长度≥夹模长度，则忽略跳过；如直线段长度<夹模长度，为满足加工要求，沿折弯点A、B的连线方向，寻找另外一点B
’
，即延长该段导管的直线段长度，使其能满足直线段长度≥夹模长度。
[0050]本专利技术的有益效果是：通过大量实验数据验证，本专利技术提出的测量方法能够实现对航空导管弯曲段准确测量，为基于多相机测量系统的航空导管测量提供了关键技术支撑，为航空导管快速精确测量提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航空非标导管优化测量方法，其特征在于：其具体步骤如下：S1、采集导管图像：利用表面贴有圆形标志点的靶标对整个测量系统标定，标定完成，确定好相机的内外参数后，采集导管图像；S2、提取折弯点：在导管上构建圆柱模型，通过相邻圆柱间的斜率变化关系，求解斜率极值点，确定折弯点位置；S3、修正折弯点：根据步骤S2中提取得到的折弯点位置，与现有管型中各折弯点位置进行匹配，将匹配找出新增的折弯点位置坐标对应替换原模型中该点坐标，修正后重新输出导管模型，优化后的导管模型会更符合导管的实际结构特征；S4、优化折弯半径：(1)拟合圆弧；(2)优化半径；S5、工艺优化：受弯管机的夹具长度影响，为准确复现导管，需对导管的直线段长度进行限制、修正，一般弯管机可加工长度需大于夹模长度。2.根据权利要求1所述的一种航空非标导管优化测量方法，其特征在于：所述的步骤S1在采集导管图像后，经过测量系统的初步采集、处理会获得导管的三维模型，再针对测量系统获得的导管模型进行优化、修正。3.根据权利要求1所述的一种航空非标导管优化测量方法，其特征在于：所述的步骤S2的具体步骤如下：a、圆柱模型轴线来表示管型，图中的两个折弯点中间虽有折弯段，但因为折弯段斜率变化很小，并没有被测量系统检测、识别为折弯点；b、相邻圆柱间的斜率变化关系可用两圆柱的轴线向量夹角表示：其中θ为两个圆柱的中心轴线向量的夹角，分别为圆柱S1和圆柱S2的中轴线的方向向量；c、通过比对导管上各个相邻圆柱间的夹角变化，得出导管斜率变化关系；d、对斜率曲线进行一阶微分处理，求解极值点，即为折弯点，手工校正工艺后的非标管，对斜率曲线设置阈值范围：θ∈(θ
min
，θ
max
)∪(θ
max
，∞)，在两个阈值范围段分别求解斜率极值点，完成折弯点提取工作。4.根据权利要求1所述的一种航空非标导管优化测量方法，其特征在于：所述的步骤S3中发现原管型位置a1
’
为直线段上一点，a1为提取折弯点后该点位置，能够看出a1点应为折弯点。5.根据权利要求1所述的一种航空非标导管优化测量方法，其特征在于：所述的步骤S4的(1)拟合圆弧中，通过前面步骤确定管型折弯点特征，为非标管模型更好地匹配现有规格的弯管机工艺要求，需拟合、优化导管上各段的折弯半径，假定所有离散点可组成点集P，点集中所有点拟合圆，求解得到圆心O(A,B)，半径为R，点集P中任一离散点p(x
i
,y
i
)，其到拟合圆心o(A,B)的距离d，点p(x
i
,y
i
)到拟...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒送，孙同明，吕澜君，范鑫，阚艳，张小辉，单奕萌，
申请(专利权)人：国营芜湖机械厂，
类型：发明
国别省市：