一种基于数据融合的蒙皮接缝测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于数据融合的蒙皮接缝测量方法及装置，属于精密测量领域，首先将面结构光视觉测量点云进行截面处理，分别将两种测量方法所得到的点云识别接缝特征，代入蒙皮接缝特征数学模型获得接缝测量数据；然后通过一一对应两种结构光测量结果实现数据空间对准，并将对准后的数据剔除异常值；最后将处理后的数据输入至自适应加权融合部分，通过计算二者所测数据的方差，确定加权值，实现数据融合。本发明专利技术是一种将线结构光视觉测量技术与面结构光视觉测量技术相结合的测量方法，利用数据融合技术将两种测量结果进行融合，修正了接缝特征测量结果，突破两种技术的局限性，提高整体的测量精度与测量效率，为蒙皮接缝测量提供新思路。提供新思路。提供新思路。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数据融合的蒙皮接缝测量方法及装置


[0001]本专利技术属于精密测量
，具体涉及一种基于数据融合的蒙皮接缝测量方法及装置。

技术介绍

[0002]随着我国飞行器性能不断迭代提升，对飞行器的制造与检测也逐步提出了数字化制造、精确成形、准确装配的新要求。准确装配是飞行器生产与制造过程中必不可少的步骤之一,且占整机制造总工作量的40％～70％。装配质量主要与工装设计、装配顺序、定位方案以及外形测量等要素密切相关，其中外形测量的结果是衡量装配质量的重要指标。在外形测量工作中包含了大量蒙皮接缝结构的测量，并且对此结构测量精度要求较高。
[0003]蒙皮接缝间隙与阶差的测量方法可归纳为两类，即接触式测量与非接触式测量。传统的蒙皮接缝特征检测方法属于接触式测量，主要借助检测塞尺、专用量具和人工观测等手段，这种检测方法基于模拟量的测量结果,难以精确地描述接缝结构状态，并且在信息维度、检测精度和效率方面都难以满足制造先进飞行器的实际需求。当测量较长的蒙皮接缝时费时费力，一些复杂结构的间隙与阶差因放入塞尺困难而无法测量，而且这种测量方法只能进行静态测量，无法实现实时在线测量，更无法将测量数据快速导入计算机进行在线分析。
[0004]随着数字化测量技术的发展，出现了许多非接触式测量方法，大大提高了蒙皮接缝结构装配质量，缩短了飞行器装配周期，降低了外形测量工作难度。非接触式测量方法一般分为被动视觉测量与主动视觉测量。被动视觉测量虽无需激光发射器、投影仪等特殊照明装置，仅利用摄像机拍摄待测物图像，建立待测物与摄像机之间的位姿关系，即可获取待测物三维信息，但受环境光影响较大，对具有微小特征的对象很难实现高质量匹配，导致降低后续计算结果的精度。结构光视觉测量技术作为主动视觉测量方法的代表，其应用极为广泛。此技术以三角光学原理为指导，通过相机标定与结构光平面标定将二维像素坐标转换为与之对应的三维坐标，测量结果具有较高的分辨率，且测量过程快速，不受外界温度、光照等环境因素影响。因此，利用结构光视觉测量技术进行蒙皮接缝检测具有可行性。
[0005]北京航空航天大学、南京航空航天大学、中国科学院、航空工业各应用及研究单位等也开展了针对蒙皮接缝检测的相关研究。北京航空航天大学的许大帅、南京航空航天大学的张卡、以及航空工业的吴兴江等人，都利用了线结构光视觉测量技术对蒙皮接缝进行检测，但此技术需对特征区域定位，要求线结构光激光器投射的激光束与蒙皮接缝表面垂直，易受接缝与激光束之间的夹角影响，难度较大，且因逐个扫描测量位置，效率较低。在面结构光视觉测量方面，中国科学院的夏仁波、陈松林等人利用条纹投影技术对蒙皮接缝特征进行测量，根据三维点云数据与图像之间的对应关系定位接缝位置，确定接缝两侧的边缘点，计算接缝特征当量，并改进了条纹投影测量方法，降低了相位误差，提高此方法对待测物表面的适应能力。与线结构光视觉测量相比，此技术所获得的三维数据更加稠密，对待测视场内的接缝尺寸只需测量一次，极大提高工作效率，但测量较小的间隙与阶差精度较
低。综上所述，单独采用线结构光传感器的接缝检测系统在检测效率方面有待提高，不利于蒙皮接缝检测的全面数字化。而单独利用面结构光传感器的接缝检测系统能一定程度提高检测效率，但在测量精度方面存在缺陷。

技术实现思路

[0006]为了克服上述现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种基于数据融合的蒙皮接缝测量方法。
[0007]针对单源接缝检测系统在生存能力、鲁棒性方面不如多种传感器结合的检测系统，本专利技术将以蒙皮特征检测为出发点，在线结构光视觉测量的基础上引入面结构光视觉测量，通过建立蒙皮接缝特征数学模型的方式确定接缝特征形式，利用图像处理、点云处理等方法提取有用的接缝特征信息，而后采用分布式二级数据融合算法对两种结构光测量数据进行处理并获取经融合后的接缝阶差值与间隙值，在提升检测效率的同时，既满足了智能检测以及测量误差低等测量要求，也为研发数字化、智能化的蒙皮接缝特征综合检测仪器提供基础。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]一种基于数据融合的蒙皮接缝测量方法，包括以下步骤：
[0010]获取线结构光视觉测量点云数据和面结构光视觉测量点云数据；
[0011]提取所述线结构光视觉测量点云数据中的线接缝特征；
[0012]将所述面结构光视觉测量点云数据中的离散点云分裂成线状点云，并提取所述线状点云的边缘点得到面接缝特征；
[0013]将所述线接缝特征和面接缝特征分别代入蒙皮接缝特征数学模型，得到线接缝光测量数据和面接缝光测量数据；
[0014]将所述线接缝光测量数据和面接缝光测量数据进行对准处理；
[0015]采用自适应加权融合算法对对准后的接缝测量数据进行融合，获得接缝阶差值与间隙值。
[0016]优选地，所述蒙皮接缝特征数学模型为：
[0017][0018]式中，ρ为接缝点云密度，1≤i≤n，n为接缝边缘点个数，gap
i
为各个边缘点到对应拟合直线的距离。
[0019]优选地，分别利用线结构光视觉测量传感器和面结构光视觉测量传感器采集线结构光视觉测量图像和面结构光视觉测量图像，通过对所述线结构光视觉测量图像和面结构光视觉测量图像进行坐标转换处理得到所述线结构光视觉测量点云数据和面结构光视觉测量点云数据。
[0020]优选地，所述线结构光视觉测量点云数据的激光条纹在像素坐标系下有四种状态，分别为：有阶差且有间隙零点、有阶差且无间隙零点、无阶差且有间隙零点和无阶差且无间隙零点。
[0021]优选地，利用基于像素偏离异常的接缝特征识别算法提取所述线结构光视觉测量
点云数据中的线接缝特征，具体包括以下步骤：
[0022]针对有阶差且有间隙零点的现象，采用改进的斜率算法，根据计算出斜率变化的位置，确定两侧临界点；
[0023][0024]式中，k(i)为平均斜率，i(i≥2)为像素点行坐标，x(i
‑
1)，x(i+1)，x(i
‑
2)，x(i+2)分别为i
‑
1,i+1,i
‑
2,i+2对应的像素点列坐标；
[0025]针对有阶差且无间隙零点和无阶差且无间隙零点的现象，通过搜寻像素列坐标的断裂缺失确定临界点，计算出相邻两点的欧氏距离，确定两侧边缘点；
[0026]针对无阶差且有间隙零点的现象，首先将无阶差且有间隙零点转化为无阶差且无间隙零点，通过搜寻像素列坐标的断裂缺失确定临界点，计算出相邻两点的欧氏距离，确定两侧边缘点。
[0027]优选地，采用点云截面切片法将所述面结构光视觉测量点云数据中的离散点云分裂成多条线状点云，利用基于角度突变的接缝特征识别算法提取所述多条线状点云的边缘点得到面接缝特征；
[0028]所述多条线状点云的获取过程为：
[0029]对面结构光视觉测量点云数据进行处理获得数据的高度信息形貌图；
[0030]在高度信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数据融合的蒙皮接缝测量方法，其特征在于，包括以下步骤：获取线结构光视觉测量点云数据和面结构光视觉测量点云数据；提取所述线结构光视觉测量点云数据中的线接缝特征；将所述面结构光视觉测量点云数据中的离散点云分裂成线状点云，并提取所述线状点云的边缘点得到面接缝特征；将所述线接缝特征和面接缝特征分别代入蒙皮接缝特征数学模型，得到线接缝光测量数据和面接缝光测量数据；将所述线接缝光测量数据和面接缝光测量数据进行对准处理；采用自适应加权融合算法对对准后的接缝测量数据进行融合，获得接缝阶差值与间隙值。2.根据权利要求1所述的基于数据融合的蒙皮接缝测量方法，其特征在于，所述蒙皮接缝特征数学模型为：式中，ρ为接缝点云密度，1≤i≤n，n为接缝边缘点个数，gap
i
为各个边缘点到对应拟合直线的距离。3.根据权利要求1所述的基于数据融合的蒙皮接缝测量方法，其特征在于，分别利用线结构光视觉测量传感器和面结构光视觉测量传感器采集线结构光视觉测量图像和面结构光视觉测量图像，通过对所述线结构光视觉测量图像和面结构光视觉测量图像进行坐标转换处理得到所述线结构光视觉测量点云数据和面结构光视觉测量点云数据。4.根据权利要求1所述的基于数据融合的蒙皮接缝测量方法，其特征在于，所述线结构光视觉测量点云数据的激光条纹在像素坐标系下有四种状态，分别为：有阶差且有间隙零点、有阶差且无间隙零点、无阶差且有间隙零点和无阶差且无间隙零点。5.根据权利要求4所述的基于数据融合的蒙皮接缝测量方法，其特征在于，利用基于像素偏离异常的接缝特征识别算法提取所述线结构光视觉测量点云数据中的线接缝特征，具体包括以下步骤：针对有阶差且有间隙零点的现象，采用改进的斜率算法，根据计算出斜率变化的位置，确定两侧临界点；式中，k(i)为平均斜率，i(i≥2)为像素点行坐标，x(i
‑
1)，x(i+1)，x(i
‑
2)，x(i+2)分别为i
‑
1,i+1,i
‑
2,i+2对应的像素点列坐标；针对有阶差且无间隙零点和无阶差且无间隙零点的现象，通过搜寻像素列坐标的断裂缺失确定临界点，计算出相邻两点的欧氏距离，确定两侧边缘点；针对无阶差且有间隙零点的现象，首先将无阶差且有间隙零点转化为无阶差且无间隙零点，通过搜寻像素列坐标的断裂缺失确定临界点，计算出相邻两点的欧氏距离，确定两侧边缘点。
6.根据权利要求5所述的基于数据融合的蒙皮接缝测量方法，其特征在于，采用点云截面切片法将所述面结构光视觉测量点云数据中的离散点云分裂成多条线状点云，利用基于角度突变的接缝特征识别算法提取所述多条线状点云的边缘点得到面接缝特征；所述多条线状点云的获取过程为：对面结构光视觉测量点云数据进行处理获得数据的高度信息形貌图；在高度信息形貌图中以面结构光视觉测量点云数据中的y坐标为特征进行分割，并以X
‑
Z面作为截面，对点云数据进行切片处理，获得线状点云；以高度信息形貌数据中的y像素坐标为特征标号，将包含相同y坐标的数据归为一类，从而得到多条线状的高度信息形貌图；将各组数据联合摄像机标定参数即获得多条线状点云。7.根据权利要求6所述的基于数据融合的蒙皮接缝测量方法，其特征在于，所述将线接缝光测量数据和面接缝光测量数据进行对准处理，具体包括以下步骤：获取线结...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏桂锁，刘芳，温志辉，伏燕军，钟可君，刘万栋，程强强，程东方，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：