【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及飞机制造、数字孪生技术以及优化方法等领域。具体为一种基于数字孪生的飞机装配激光跟踪仪站位优化方法。
技术介绍
1、大尺寸测量是几何量精密测量的重要组成部分，在工业生产有着重要作用。随着测量技术的不断发展，传统测量技术已难以满足工程应用需求，数字化测量成为大尺寸测量的主要手段和重要发展方向，并在大型装备制造、大型科学工程等领域广泛应用。以大型部件制造装配为例，随着制造过程向着数字化、智能化方向发展，大尺寸坐标测量已不仅是产品质量的检测手段，更成为制造过程监控的信息来源，对于提高大型装备质量、缩短制造周期起着关键作用。
2、鉴于飞机大型构件外形复杂、尺寸较大，不同测量设备测量方法和属性不同，需要根据待测特征类型和测量需求合理选择并布设测量设备，利用多样的数字化测量设备协同工作，构建包络待测对象的全方位检测网络来完成数目众多、种类繁杂的特征的测量工作。激光跟踪仪因其测量精度高、范围广，被广泛应用在航空制造领域中。目前在实际测量现场主要依靠人工经验布设和调整测量设备，难以保证测量设备站位布设精确，往往需多次调整设备实现待测构件包络，测量站位布设过程依赖人工经验，不能发挥数字化测量设备高效快速的特点。且由于飞机部件尺寸大，装配现场工装分布复杂，导致激光跟踪仪通视不佳，在引导装配或下架检验时，需要反复布站调整激光跟踪仪站位，或多次转站完成局部坐标向全局坐标的统一，严重影响了测量稳定性及效率。
技术实现思路
1、针对飞机装配过程中现有技术的不足，本专利技术提出一种基于数
2、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，
3、一种基于数字孪生的飞机装配激光跟踪仪站位优化方法，包括如下步骤：
4、s1：基于飞机装配现场的物理实体，构建飞机装配现场的信息模型和三维模型。利用unity 3d软件建立数字孪生模型，搭建飞机装配的数字孪生系统；
5、s2：飞机装配现场激光跟踪仪照射地标点，确定激光跟踪仪在物理空间坐标系中的准确位置，将激光跟踪仪的位置数据传送至数字孪生空间中，并实时同步激光跟踪仪的位置；
6、s3：在数字孪生空间中，定义关键测量点位置信息，利用目标检测算法等技术对机身关键点进行检测，分析激光跟踪仪对测量点的覆盖情况及重合情况；
7、s4：在数字孪生空间中引入约束条件并布设遗传算法，对激光跟踪仪的站位进行优化，求解出激光跟踪仪最佳布站点；
8、s5：通过数据交互，将s4中得到的激光跟踪仪最佳布站点实时反馈至数字孪生系统中，在数字孪生系统中将激光跟踪仪布设在最佳布站点上，验证求解结果的可行性，并输出激光跟踪仪最佳布站点位置和在最佳布站点上的测量结果。
9、进一步地，步骤s1具体为：
10、s1.1首先利用solidworks三维软件，对飞机装配现场进行详细的三维建模，包括人物模型、车间模型、飞机筒段模型、工装模型等，确保准确反映物理实体的几何形状、尺寸等关系，将文件保存为step214格式，便于使用3ds max添加各种材质；
11、s1.2将step214文件导入3ds max中，对模型添加材质和纹理添加，并修补破损面，调整模型以适应后续在虚拟环境中的展示需求，将模型导出为.fbx格式，以确保unity3d的兼容性和性能优化；
12、s1.3在unity 3d中创建新项目，配置虚拟环境的各项参数：包括设置光照效果、漫游插件，以便布置数字孪生空间；
13、s1.4将.fbx格式的文件导入unity 3d中，建立对应的仿真动画，包括工人、物料、机器人等静态模型；
14、s1.5在unity 3d中，使用c#脚本移动虚拟对象来激活静态场景，使用插件设置交互和导航功能，添加脚本采集用户输入、控制相机移动捕捉图像，构建飞机装配数字孪生系统。
15、进一步地，步骤s2具体为：
16、s2.1在飞机装配现场，通过激光跟踪仪连接spatial analyzer软件。
17、s2.2在物理现场用激光跟踪仪照射地标点，确定自身位于坐标系中的位置，并将数据通过s2.1建立的通讯传输给spatial analyzer软件，获取激光跟踪仪在物理空间坐标系中的实时位置。通过激光测距、角度信息等数据进行位置定位和计算，得出激光跟踪仪相对于物理空间的准确坐标，激光跟踪仪利用两个内置的角度编码器来获取水平角α和天顶角β的数值。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：
18、
19、s2.3通过数据库与unity 3d的数据接口，将在spatial analyzer中获取的激光跟踪仪位置信息传输至数据库；
20、s2.4在unity 3d中，通过数据库与数据接口，实时获取激光跟踪仪位置并映射到虚拟环境中，保障数字孪生系统中的激光跟踪仪位置信息与实际物理空间中的位置保持一致。
21、进一步地，步骤s3具体为：
22、s3.1采用数据库技术，在数字孪生空间中建立目标信息数据库，在数据库中定义关键测量点的信息如名称、坐标、状态等；
23、s3.2对数字孪生空间中的激光跟踪仪添加射线检测算法，并使用包围盒将被检测物体进行包络，配置目标检测算法参数，以对机身桶段、翼身、工装、地面等关键要素为检测目标；
24、s3.3射线检测算法在检测到物体后，获取其信息并将结果导入目标信息数据库，更新数据库中包含最新的机身桶段、翼身、工装、地面关键点的位置和状态信息；
25、s3.4对数字孪生空间中的激光跟踪仪添加光路检测技术，辅助激光跟踪仪对机身翼身、工装上的关键点与型面覆盖情况进行分析，借助光线检测技术，可视化的展示关键测量点被激光跟踪仪覆盖情况；
26、s3.5将射线检测算法和光路检测技术的分析结果传输到数字孪生空间中，通过unity3d中的ui工具，输出激光跟踪仪的测量信息和对关键点与型面的覆盖情况及测量点的重合情况。
27、进一步地，步骤s4具体为：
28、s4.1明确激光跟踪仪站位的优化目标，以最小化目标函数为准则，确定激光跟踪仪的在空间测量中的约束模型；
29、s4.2用dmax与dmin表示激光跟踪仪测量过程中的最大测量距离和最小测量距离，则激光跟踪仪与测量点距离本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于数字孪生的飞机装配激光跟踪仪站位优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生的飞机装配激光跟踪仪...
【专利技术属性】
技术研发人员：李浩，焦彦超，张玉彦，邢宏文，文笑雨，王昊琪，叶国永，杨文超，许亚鹏，李琳利，
申请(专利权)人：郑州轻工业大学，
类型：发明
国别省市：
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