一种数字孪生环境下的飞机测量装配引导方法技术

一种数字孪生环境下的飞机测量装配引导方法，首先，搭建飞机机身翼身对接工位的数字孪生系统，其次，通过激光跟踪仪照射地标点，确定激光跟踪仪位于物理空间坐标系中的位置，通过数据传输，将激光跟踪仪坐标系信息传输到数字孪生空间中，形成激光跟踪仪物理位置与孪生空间位置一致。进一步，在孪生空间中，通过特征提取分类、数据库技术、YOLO方法对机身桶段、翼身、工装上关键点进行识别，引导数字孪生环境中激光跟踪仪对机身翼身、工装上关键点与型面覆盖情况进行分析。最终通过分析求解，求出激光跟踪仪放置最佳位置，在数字孪生环境中生成最优化布站区域。当到达最优站位时，物理空间蜂鸣器发出声音，孪生环境中最优化区域变为绿色。色。色。

【技术实现步骤摘要】
一种数字孪生环境下的飞机测量装配引导方法


[0001]本专利技术涉及数字孪生、大部件数字化测量、最优化站位布局领域，具体为一种数字孪生环境下的飞机测量装配引导方法。

技术介绍

[0002]数字孪生是一种将物理世界和虚拟世界相结合的技术手段，通过建立实时的数字模型来辅助技术人员更好地了解和管理现实世界中的产品或系统。数字孪生技术已经在医疗、制造、建筑、城市、电力系统等多个领域得到广泛应用，并可以有效地提高生产效率、降低成本、优化资源利用。不论什么领域，数字孪生系统都具有同步虚实、精准映射、智能反馈和迭代优化等特点，这些特点可以确保数字孪生空间中的对象与现实世界中的物体在外形、功能、信息和性能上的一致性。此外，数字孪生技术还可以实现可视化展示、实时监控、预测分析等功能，从而更好地管理和提高现实世界中产品或系统的质量和效率。数字孪生技术已经成为推动当前工业革命和数字化转型的重要手段之一，将会在未来的发展中扮演着越来越重要的角色。
[0003]大尺寸测量技术在大型装备制造和大型科学工程中发挥着至关重要的作用。通过该技术，可以实现对大型物体和较长距离的精密测量，包括长度、角度、空间位置等多个方面。这种技术能够保证测量结果的准确性和可靠性，并可以帮助工程师更好地理解和掌握制造过程中的问题。在大型装备制造领域，大尺寸测量技术被广泛应用于制造过程中的各个环节，如设计阶段、制造阶段和装配阶段。在大型科学工程领域，其方向逐步向智能化、数字化方向发展，目前，大尺寸测量技术已经不仅局限于产品质量检测，其应用范围扩展到生产制造过程中的各个方面，对提高产品质量，缩短制造周期有着关键性作用。随着工程技术和科学技术的发展，传统测量技术已经难以满足当前工程的需要，大尺寸测量技术正逐渐成为现代工业生产和科学研究中不可或缺的主要测量手段。
[0004]传统飞机装配测量方法步骤为：(1)人工放置激光跟踪仪及靶球，通过激光跟踪仪照射地面靶球建立空间坐标系；(2)激光跟踪仪照射部件上放置的靶球获取部件待测点的空间坐标位置；(3)通过有线网络建立计算机与激光跟踪仪间通信，获取位置数据。但该方法无法保证在一个站点测量所有的关键特征点和特征面，因此需要多次调整激光跟踪仪站位并重复上述测量方法的步骤，导致测量装配过程时间长、效率低、管理效能差等问题。因此，如何根据已有的飞机装配现场工装及大部件信息，确定激光跟踪仪最优站位以及如何引导人工将激光跟踪仪放置在最优位置，以缩短飞机测量装配的时间是目前飞机制造企业的迫切需求，而数字孪生技术为满足这一要求提供了有效途径。

技术实现思路

[0005]针对上述
技术介绍
中存在的不足，本专利技术提出一种数字孪生环境下的飞机测量装配引导方法，搭建了基于B/S架构模式的飞机测量装配现场数字孪生系统，通过YOLO算法，对数字孪生环境中的图片进行采样，提取其特征图，进而对数字孪生环境中的关键型面点
进行检测与分析。通过数据互联互通、YOLO算法技术、数据库技术，建立了飞机测量装配现场的数字孪生模型，可以在数字孪生环境中检测激光跟踪仪可达面与覆盖面，对激光跟踪仪进行布站仿真。并且根据给定关键型面点自动分析最优化布站区域，通过数据链路，将数字孪生环境中的最优化布站区域以激光投影的方法投影到现场环境中，引导装配现场快速布置激光跟踪仪，减少布站及转站带来的成本，提高测量装配的效率，结合数字孪生的优势，提出一种基于数字孪生环境的飞机测量装配引导方法。解决了现有测量装配现场测量设备无法确定其覆盖区域、无法进行布站仿真、难以一次性测量到所有关键型面点的问题。
[0006]为了达到上述的目的，本专利技术的技术方案是这样实现的一种数字孪生环境下的飞机测量装配引导方法，包括如下步骤：
[0007]S1：根据飞机测量装配现场的物理实体，建立飞机测量装配现场的信息模型与三维模型，通过Unity 3D软件搭建飞机测量装配现场的数字孪生模型，通过WebGL技术建立飞机测量装配数字孪生系统；
[0008]S2：通过飞机测量装配现场激光跟踪仪照射地标点，确定激光跟踪仪位于物理空间坐标系中的位置；通过数据传输，将激光跟踪仪在物理空间坐标系中的位置信息传输到数字孪生空间中，在数字孪生环境中实时显示激光跟踪仪位置信息；
[0009]S3：在孪生空间中，通过特征提取分类、数据库技术、YOLO算法对机身桶段、翼身、工装上关键点进行识别，引导数字孪生环境中激光跟踪仪对机身翼身、工装上关键点与型面覆盖情况进行分析；
[0010]S4：通过分析求解，求出激光跟踪仪放置最佳位置，在数字孪生环境中生成最优化布站区域，在孪生系统中高亮显示；
[0011]S5：将S4中孪生环境内最优布站区域通过数据传输，通过现场工位激光引导，指导激光跟踪仪到达最优站位，并通过数据联通，将现场激光跟踪仪位置实时反馈进数字孪生系统中，在激光跟踪仪达到最优区域时，物理空间蜂鸣器发出声响，孪生环境中最优化布站区域变为绿色。
[0012]进一步地，步骤S1具体为：
[0013]S1.1根据飞机测量装配对接现场的物理实体，基于Catia软件建立飞机测量装配对接现场的三维模型和几何模型，在信息模型中保存飞机测量装配对接现场的参数信息、几何信息、关键型面、关键点、关键孔信息，并将三维几何模型保存为cgr格式；
[0014]S1.2将S1.1中导出的cgr格式导入3d Max软件，在3d Max软件中对Catia软件中建立的三维模型进行渲染，并将其保存为.FBX三维格式文件；
[0015]S1.3将.FBX三维文件格式导入Unity 3D软件中，基于Unity 3D软件，将信息模型、几何模型、数学模型组合为飞机对接装配数字孪生模型；
[0016]S1.4搭建后台云端服务器，基于WebGL技术，利用超文本标记语言与文档对象模型接口，通过底层的图形硬件加速功能在浏览器中渲染数字孪生模型，最终搭建出B/S架构模式飞机对接装配数字孪生系统。
[0017]进一步地，步骤S2具体为：
[0018]S2.1将激光跟踪仪与SpatialAnalyzer软件通过网线建立通讯；
[0019]S2.2将激光跟踪仪靶球放置于地标点，用激光跟踪仪照射靶球，并将数据通过S2.1建立的通讯传输给SpatialAnalyzer软件，计算出激光跟踪仪位于物理空间坐标系中
的位置，激光跟踪仪光发射点距反光镜光接收点距离为l，水平方位角和垂直方位角分别为α，β，对于空间任意待测点P(x，y，z)，将待测点坐标系由球坐标系转换为笛卡尔坐标系，激光跟踪仪测量点坐标可用如下公式表示：
[0020][0021]根据测量要求，如果测量精度为ε，则：
[0022]10μm+5μm/m
×
L≤ε
[0023]测量距离为
[0024][0025]而对于单个激光跟踪仪，测量约束为：
[0026][0027]S2.3将Spatial Analyzer软件中分析出激光跟踪仪位于物理空间坐标系中位置保存入数据库中；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数字孪生环境下的飞机测量装配引导方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：根据飞机测量装配现场的物理实体，建立飞机测量装配现场的信息模型与三维模型，通过Unity 3D软件搭建飞机测量装配现场的数字孪生模型，通过WebGL技术建立飞机测量装配数字孪生系统；S2：通过飞机测量装配现场激光跟踪仪照射地标点，确定激光跟踪仪位于物理空间坐标系中的位置；通过数据传输，将激光跟踪仪在物理空间坐标系中的位置信息传输到数字孪生空间中，在数字孪生环境中实时显示激光跟踪仪位置信息；S3：在孪生空间中，通过特征提取分类、...

【专利技术属性】
技术研发人员：李浩，焦彦超，张玉彦，王昊琪，文笑雨，邢宏文，刘根，杨文超，叶国永，
申请(专利权)人：郑州轻工业大学，
类型：发明
国别省市：