面向航空构件典型特征的三维激光测量技术研究

发布时间：2020-09-23 08:45

　　航空构件在制造过程中不可避免地会产生一定的尺寸误差,不同环节的误差累积会对航空设备的装配性能产生重大影响。但是长期以来,零件的检测主要依靠人工来完成,存在检测质量一致性差和检测效率低下的问题。目前航空构件制造向着数字化方向发展,其中零件特征的数字化测量是重要一环。本文基于三维激光测量技术,对测量过程中的多线激光测量系统模型构建、基于单应性矩阵的多线激光双目匹配、基于平行多线激光的蒙皮加工边界测量、基于交叉激光的孔窝类特征测量等关键技术进行深入研究,实现了航空构件典型特征的数字化测量,主要研究内容如下:(1)为了对航空蒙皮件的加工边界、锪窝和圆孔特征进行测量,建立了多线激光测量系统模型。针对系统标定过程中需要精密靶标和提取的光平面特征点较少的问题,研究并实现了多线激光平面诱导的单应性矩阵标定方法。实验结果表明,通过单应性匹配重建的激光平面精度可达0.0048mm,标定精度较高。(2)为了解决多线激光双目匹配的歧义性问题,提出了基于单应性矩阵的多线激光双目匹配方法。针对平行多线激光,结合激光线段重合度的方法,进一步消除了图像对应点的误匹配问题。实验结果表明,多线激光匹配重建的台阶块点云精度可达0.065mm,重建精度较高。(3)针对航空蒙皮件的加工边界特征,采用平行多线激光进行测量,提出了模板匹配法对蒙皮箱体点云进行特征提取。首先通过定制模板对点云模型进行特征分解,然后统一对分解得到的截面线进行边界特征点提取,最后对离散的特征点进行插值,自动生成边界特征线。实验结果表明,蒙皮加工边界测量精度可达0.095mm,测量精度较高。(4)针对锪窝和圆孔特征,采用交叉激光进行测量,提出了几何分割法对交叉激光点云进行特征提取。通过对点云模型进行降维,在二维空间上对特征进行检测,从而将三维问题转换成二维问题。实验结果表明,圆孔直径测量精度可达0.069mm,锪窝深度测量精度可达0.068mm,测量精度较高。(5)搭建软硬件系统平台,选取标准样件验证所研究的多线激光扫描重建和零件特征提取方法。实验结果表明,蒙皮加工边界和圆孔的测量精度基本满足测量要求,锪窝深度测量精度也达到了微米级。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V261;TN247
【部分图文】：

多线,靶标,激光,单应性矩阵

' ' 1 0 0 00 0 0 1 i i i i i i i i x y x x xx y y x y 1 2 3 4 5 6 7 8 h h h h h h h h 方程中未知变量的个数为 8 个，求共线。，一般会用到 4 对以上的对应点对建立目标函数，采用 Levenberg-求取其最小二乘解作为H 的最优单应性矩阵标定表面无强反光性质的平板，如图激光线，分别对应于四个激光平面个不同的单应性矩阵。求解单应性到左图像中同一条激光线上像素点示:

灰度直方图,感兴趣区域,灰度直方图,灰度级

图 4.12 感兴趣区域灰度直方图类间方差法[86]计算图像的分割阈值，记为h0T ，统像素的个数，寻找灰度值大于h0T 的灰度级，其集 0 i i hH h h T每个灰度级中像素点的个数，像素点最多的灰度1= h hT T T 数，经过多次实验数据分析，取 T =10。hT 对图像进行分割，提取得到二值化激光线图，(a) 感兴趣区域图 (b) 交叉激光二值化图

硬件系统,外观,点云,软件系统

图 5.1 硬件系统外观计的硬件系统开发了一套多线激光测量软件系统，系统，其中完成的功能主要包括:多线激光扫描重建、锪征，由于蒙皮箱体点云数据量较大，且点云处理过外开发了一套处理大数据点云的软件系统，专门用。两套软件系统的整体界面如图 5.2 所示。块窗口点云显示窗口相机实时显示窗口

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