基于结构光的飞机蒙皮对缝自主测量跟踪技术

针对飞机蒙皮对缝间隙和阶差的自动化测量问题,以线结构光视觉检测技术为基础,研究了蒙皮对缝自主测量跟踪方法。将传统的基于图像形态学的处理方法和光流法结合,实现了对蒙皮对缝特征的实时跟踪,从而确定间隙和阶差的测量位置。通过实测数据对手眼标定参数进行修正,提高了对缝跟踪的精度。结果表明,当跟踪速度为7 mm/s时,对缝跟踪的位置精度大于0.500 mm,对缝跟踪的姿态精度大于0.5°,跟踪系统具有较好的准确性和稳定性,能够满足飞机蒙皮对缝跟踪的要求。

基于实测数据的飞机虚拟预装配技术发展综述

新一代飞机等航空重大型号呈现出高隐身、重载、远程、长寿等阶跃发展新特征,使得现有基于理论模型的数字化装配仿真协调技术难以满足其超高的装配精度与服役性能要求。针对上述装配精度进一步提升的新需求,介绍了一种引入装配关键特征实测模型的虚拟预装配技术,通过在装配过程中精准表达零件制造误差与装配累积误差,实现在精度要求超高的装配关键部位质量精准控制与溯源调整。通过分析该技术实现特点,厘清了基于实测数据的飞机虚拟预装配技术体系框架。梳理了飞机复杂结构的装配关键特性识别与分析、面向虚拟预装配的零件几何特征测量与重构以及面向装配语义与几何特征约束的虚拟预装配分析等相关关键技术的发展现状,结合新一代飞机的超高尺寸精度与服役性能需求,得出了数字孪生体系下面向实测模型的虚拟预装配技术发展新趋势。

复合式机器人接触式测量站位规划方法

在航空各部件的大空间测量中,针对人工测量工作强度大、检测精度不稳定、检测效率低等问题,提出基于全向移动复合式机器人的接触式测量机器人站位规划方法。首先进行机器人D-H参数建立以及关节转角求解,构建测量可达性约束模型,分析工具末端对机器人工作空间以及T-Mac与激光跟踪仪之间激光可达性的影响;然后针对最大工作限位和关节转角限位约束对大部件轴向以及径向进行机器人站位规划算法流程开发,保证测量特征点处于机器人工作限位内;最后基于AnyCAD几何引擎在三维虚拟环境中进行CAD模型测量特征点提取、站位规划、测量仿真。通过实例仿真试验对规划结果进行验证及评价,证明了站位规划算法可保证全部测量点的机器人可达性与激光可达性。

Kinematic Calibration of Asymmetricly Actuated 6-DOF 3-PPPS Parallel Mechanism

An asymmetric actuated 3-PPPS parallel mechanism was analyzed in its application to an aircraft wing adjustment process.The posture alignment precision at the wing ends was enhanced with a kinematic calibration method.A constraint equation was built based on a constraint condition that distances among spherical joints of the mechanism were constant,and further eight groups of analytic forward solutions of all poses of the mechanism were solved.An inverse equation of the posture alignment displacements of aircraft wing parts was built based on space vector chains,and a mapping equation of the pose and geometric errors of the posture alignment mechanism containing 39 error sources was derived by differentiating the kinematic equation of the mechanism.After kinematic calibration experiments,the maximum position error of the posture alignment platform dropped from 2.67 mm to 0.82 mm,the maximum angle error decreased from 0.481° to 0.167°,and the posture alignment precision of the aircraft wing end was improved.

基于滑模控制的球头自适应入位技术

固连在飞机结构上的工艺球头准确落入数控定位器末端球窝是飞机结构进行调姿对接的前提。针对大型构件难以准确入位的难题,本文提出一种基于滑模控制的球头自适应入位方法。首先对三维力传感器输出做限幅和FIR混合滤波处理以提高其测量精度;然后构建力引导的定位器驱动模型,基于滑模理论设计力控制器并根据Lyapunov稳定判据检验其设计合理性;接着在Simulink环境下搭建基于滑模控制的球头入窝模型,仿真结果显示,设计的力反馈控制系统无振荡且响应速度快;最后以某机身模拟件进行试验验证,试验结果满足设计的球头低应力入位要求,验证了该方法的有效性。

测量位置点驱动的飞机蒙皮对缝结构点云分割方法

飞机蒙皮表面存在大量对缝结构,其质量对飞机性能、寿命和可靠性有着重要影响。目前蒙皮对缝结构点云数据处理阶段存在数据量大、数据处理效率低、难度大等问题。为提高对缝参数计算效率,提出了一种测量位置点驱动的飞机蒙皮对缝结构点云分割方法。提取蒙皮理论模型对缝结构边缘曲线特征并离散成测量位置点,由测量位置点引导空间包围盒的构建,驱动对缝点云数据实现局部分割。试验结果表明该方法针对对缝结构点云能取得良好的分割效果。

基于T-MAC的高精度定位摄影测量光束法平差优化

为了构建高自动化程度的摄影测量系统,借助T-MAC激光跟踪系统和机器人完成相机定向,跟踪测量相机在不同摄站的位姿参数。设计一种基于T-MAC的高精度定位光束法平差优化方法,将相机位姿参数与待测点三维坐标共同作为平差参数,整体解算三维空间坐标值。试验结果表明:优化后平差结果的测量精度优于普通光束法平差,基准点测量方均根误差为0.194 2 mm,系统的稳定性好,重复性测量精度高。

一种视觉靶标标定与位姿解算方法

视觉靶标是某种编码格式的固定视觉标志物。针对视觉靶标缺乏标定方法的问题,研究了视觉靶标的标定和标定误差评价方法,从而能够高精度地标定视觉靶标在空间中的位姿。基于上述标定方法,进一步地研究视觉靶标外参解算方法,通过递推最小二乘方法,优化误差函数求解。试验结果表明:利用此方法标定和解算视觉靶标的位姿精度高,能够满足工业机器人和移动机器人的位姿求解需求。

基于机器人的飞机大型结构三维自动化检测方法

外形数据测量是飞机装配中至关重要的一环。传统模拟量检测无法满足飞机大型结构点的外形测量需求,而单独的数字化测量设备和方法又难以实现大尺寸和复杂结构的测量。构建了由工业机器人和激光跟踪仪组成的自动化扫描系统,研究了飞机大型结构自动化检测方法。根据轨迹规划和仿真的结果,实现机器人扫描系统对大型结构测量,将测量结果与理论数模比较就可以分析大型结构的误差信息,实现对大型结构的检测。

一种面向叉耳式翼身对接的视觉测量方法

针对某型叉耳式翼身对接飞机在外场拆卸重装等特殊环境下,激光跟踪仪因现场环境等原因难以放置到满足测量精度要求的位置上进行直接测量的问题,提出一种基于视觉的直接测量方法。并搭建出该测量系统的模型,分析建立视觉测量系统所涉及到的关键技术,同时给出一种基于弧段组合的椭圆检测方法。最终通过模拟叉耳孔对接测量试验验证该方法的可行性。试验结果表明叉耳孔轴线间隙距离测量精度可达0.03mm,轴线角度测量精度达到0.025°,满足实际对接测量要求。

基于激光扫描的飞机蒙皮下陷特征点提取

飞机蒙皮下陷加工质量对飞机的整体重量有较大影响,对维持外形表面也有着重要作用,在大型飞机蒙皮的制造中,对飞机蒙皮下陷的加工精度也提出了较高的要求。提出了一种基于激光扫描的蒙皮下陷特征点提取方法,以达到实现飞机蒙皮下陷特征数字化检测的目的。首先,对扫描线点云数据进行扫描线的识别区分,并进行三维数据降维处理;然后,通过一阶差分计算每一点的前后一阶导数,通过判断矢量角度提取下陷点,并通过比较下陷点的曲率寻找到下陷位置的边界点;最后,将边界点向上表面数据点拟合的直线进行投影,将获得投影点作为蒙皮下陷特征点。该方法直接处理T-Scan扫描获取的扫描线点云数据。通过对实际蒙皮件测量处理,试验表明该方法有较好的实用性,下陷特征点的提取精度较高。

一种基于散乱点云的铆钉孔孔位提取方法

针对目前铆钉孔特征提取方法的限制多、自动化程度低等问题,提出了一种基于散乱点云的铆钉孔自动识别与特征参数提取算法。通过每个点的k邻域点分布情况提取点云边界点,利用欧式距离聚类对其进行分割得到属于不同边界特征的点云块,随后依据椭圆拟合结果提取铆钉孔边界。借助k近邻搜索算法寻找铆钉孔边界邻域点云,进而构造铆钉孔的实际定位面,并将边界点投影至定位面以拟合端面圆。试验验证表明,本文提出的方法能够精确识别并提取铆钉孔,孔位提取精度可达0.029mm。

基于扫描线点云的飞机蒙皮修配量提取方法

针对飞机蒙皮数控加工时需要精确修配量的问题,提出了一种基于扫描线点云的飞机蒙皮修配量提取方法。首先对点云进行分块处理并通过点到拟合平面的距离提取每条扫描线的边界特征点;然后采用弦高法对特征点进行去噪处理并选取中间点作为初始点向两侧进行排序;最后对蒙皮对接模型和激光扫描边界进行分析,将特征点延着对接方向进行补偿。试验验证表明,该方法可以提取精确的修配量,精度达到0.06mm,满足蒙皮数控加工的需求。

基于T-Scan的三维激光扫描系统测量误差分析

三维激光自动扫描系统可以快速获取零件表面信息,提高扫描系统的测量精度可以进一步提高系统性能。针对扫描精度问题,对扫描系统的测量误差进行了分析和评估,在试验中使用的扫描系统由机器人和商业三维激光扫描仪T-Scan组成,这种商业三维激光扫描仪的基本原理是激光三角法,测量误差受到扫描位姿的影响。将T-Scan的扫描位姿分解为扫描深度、俯仰角和偏转角,通过控制变量试验研究了扫描位姿对随机误差和系统误差的影响。试验结果显示,扫描结果的随机误差远小于系统误差,系统误差与扫描深度和俯仰角呈双线性关系。根据试验结果建立了系统误差的预测模型,通过模型预测的系统误差与实际试验结果的偏差最大为26μm,该预测模型是优化扫描轨迹从而提高测量精度的前提条件。

基于双目多线结构光的铆钉齐平度测量方法

对于铆钉齐平度的测量,使用传统检具或非接触式点云扫描的测量方法分别存在局限较大、准备周期长、数据难处理等缺点。针对上述问题,提出一种基于双目多线结构光的铆钉齐平度测量方法,首先对双目系统采集到的结构光图像进行双目匹配与重建,提取、拟合出在测量坐标系下铆钉头圆轮廓内离散像素点的坐标与局部蒙皮平面的表达式,随后引入离散点筛选比例系数进一步优化局部蒙皮平面的拟合精度,将其代入铆钉齐平度测量模型中进行计算获得结果。相比于传统接触式测量与点云扫描,此研究方法节省了处理点云数据所需的大量时间,提高了测量效率,通过机械臂搭载小型测量末端能够完成对飞机进气道等狭窄内腔的检测任务,降低了局限性。试验结果表明,该方法对于铆钉头凹凸两种特征均适用,且齐平度的最大测量误差小于0.03mm,满足视觉测量要求。

一种基于多线结构光视觉引导的工业机器人定位方法

提出一种基于多线结构光视觉引导的工业机器人定位方法,用以实现工业机器人对弱纹理且无明显定位特征点的目标对象的三维定位,并对其定位精度进行试验分析。该方法以激光器和工业相机组成的多线结构光末端测量装置作为视觉传感器。首先,提出了基于角点检测的多线结构光定位特征点提取算法,并利用立体视觉原理重建特征点的三维信息;其次,将重建后的定位特征点与理论模型离散点进行配准,结合标定参数,解算出末端相对位姿;最后,建立基于位姿反馈的闭环定位调姿系统。试验结果表明,此方法具有较高的定位精度,满足机器人定位抓取要求。

一种飞机大尺寸曲面测量点差异性规划方法

数字化测量技术在飞机大尺寸零部件检测的应用日益广泛,合理规划测量点数量和分布以精确地描述待测特征已成为关键问题之一。针对复杂曲线曲面的测量点规划问题,提出了一种基于确定性表达的测量点差异性规划方法。利用非均匀有理B样条(NURBS)理论精确拟合自由曲线,通过粒子群优化算法综合优化控制点及权因子,构建高精度的拟合曲线。提出了面向曲率特性和测量不确定度的布点策略,结合曲面特性建立完整、高效的测量点规划流程。基于CAA模块程序化实现了测量点规划方法,并以试验件为验证对象,验证了所提方法的可行性和系统的有效性。

基于人工地标的移动机器人定位与调整技术

在飞机大型构件测量领域,针对测量设备自动化转站时存在移动机器人无法准确到达站位的问题,提出了采用基于人工地标的移动机器人定位与调整技术实现转站时的精确定位。其次,设计了一种人工地标,给出使用激光跟踪仪的地标标定工装以及标定方法,通过该方法可得到地标在全局坐标系下的坐标。同时,介绍了地标的编码与位姿的解算方法,以及移动机器人位姿调整策略。最后,试验表明,人工地标测量的位置和角度误差均较小,移动机器人通过人工地标的定位与调整后的精度可以满足自动化转站的精度要求。

基于SVM的三维对缝点云间隙阶差提取方法

飞机装配中产生的间隙阶差都有具体要求,间隙阶差的提取精度保证了装配的质量。针对因缝隙的尺寸不均匀、数据采集存在噪声导致难以精确提取间隙阶差的问题,提出了一种基于支持向量机(Support Vector Machine,SVM)的三维对缝点云间隙阶差提取方法。首先根据对缝点云分布特点,建立间隙阶差数学模型,明确所需提取的特征点;其次根据数模的边界进行测量点规划与离散,以测量点为几何中心,利用主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)与包围盒法提取出子点云;接着调整SVM超平面,分割点云;然后对点云三角划分,根据单边准则提取点云边界点,根据边界点、超平面的几何关系提取边缘点与临界点;最后根据间隙阶差的数学模型,提取间隙阶差值,并设计试验验证了该算法的精度与稳定性。试验表明:该方法的间隙测量均值误差在0.03mm以下,阶差测量均值误差在0.02mm以下。

激光雷达测量精度实验分析

激光雷达非接触式测量不需要使用目标靶球,激光点直接射到测量物体表面。其测量精度不仅与测量距离有关,并且和激光束与测量点法向夹角有关。介绍了激光雷达的测量原理和影响测量精度的主要原因。设计制造高精度平面模拟件,通过正交实验测量获得不同法向夹角和距离下平面模拟件的测量点云。通过平面度大小评估激光雷达的测量精度与法向夹角和距离的变化规律,为激光雷达现场非接触式测量提供参考。