基于三维点云处理的整流蒙皮修配量提取技术

在飞机翼身对接过程中,需要在翼身对接处的外表面覆盖整流蒙皮,以维持飞机的气动外形。为了确保在装配整流蒙皮时,蒙皮间的配合间隙量满足设计要求,需要精确修配其加工余量,故本文提出了一种基于三维点云处理的飞机蒙皮修配量提取技术。首先对扫描的机翼机身对接数据进行预处理获取关键点;然后对关键点和模型蒙皮数据计算直方图特征描述子,寻找相似的描述符;最后使用霍夫投票算法和迭代最近点算法匹配模型蒙皮和翼身对接数据。在提取修配量时,先检测翼身对接处机翼、机身蒙皮边界线和粗加工蒙皮的端面边界线;然后把机翼、机身蒙皮边界线投影到粗加工的蒙皮上,计算它与其端面边界线的距离,最终提取蒙皮修配量。该方法实现了对整流蒙皮的自动化配准和修配,极大地减轻了人力、物力、耗时等问题,对实际飞机装配有较高的应用价值。

基于多传感器融合的系统自我定位与地图重建

在图优化框架的基础上,设计多传感器融合方案和有效的优化方法,提出一套具有鲁棒性的定位与建图(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)方案,能够有效应对室内外复杂环境。进一步发展激光-视觉后端建图融合方法,构建具备全新地图表达形式的点云网格化地图。同时使用低成本传感器,设计实现基于多传感器融合的高性能低成本背包扫描系统,整体完成在未知环境中的自我定位和稠密建图,且在低性能CPU设备上将长时间运动带来的每100 m的轨迹误差平均降低至厘米级。提出的基于多传感器融合方案,在精度、算力消耗上能够匹配现有主流方案,对获取各种环境条件下的系统准确定位结果和丰富的空间信息具有重要意义。

基于点云数据的矿洞剥离量监测

矿物剥离量监测在工程应用中有非常重要的意义,而目前关于复杂不规则矿洞剥离量的研究较少。因此,基于三维激光点云数据,首先用投影法和切片法对模拟矿洞和真实矿洞进行了体积计算实验,得出了投影法对于复杂不规则矿洞体积计算更具有鲁棒性的结论;然后对两期点云数据进行配准,确定其相对位置,并在投影法的基础上,采用相邻两期矿洞体积作差的间接计算方法和对矿石剥离体单独建模的直接计算方法来对真实矿洞点云进行剥离量计算。实验结果表明,与理论值相比,模拟矿洞点云的体积误差可以控制在0.890%,真实矿洞中的剥离量相对误差可以不超过1.58%,外业工作时间也有效减少。

基于线性模型划分的煤流体积测量

针对基于线激光条纹的带式输送机煤量测量精度和计算效率较低、胶带运行过程中存在拖尾现象及跑偏、飘带造成的数据不对齐问题,提出了一种基于线性模型划分的煤流体积测量方法。首先,利用高速线激光相机进行煤流数据采集;然后,通过基于线性模型划分的点云配准算法将胶带底部点云数据与煤流表面数据融合,形成完整的三维煤流数据;最后,通过煤流体积测量模型实现对煤流体积的测量。试验结果表明,基于线性模型划分的煤流体积测量方法在高粉尘环境、煤流表面洒水环境、昏暗环境及正常光照环境下测量粗糙表面铁块、光滑表面铁块及实物(煤和矸石)所得结果精度均在95%以上;且光滑表面铁块较粗糙表面铁块在4种模拟环境下的测量精度高,说明物体表面平整度越好测量精度越高,环境对测量精度影响不大。实际测试结果表明,基于线性模型划分的煤流体积测量方法的测量精度均在97%以上,对应平均耗时均在80 ms以内;与基于KD树的测量方法相比,整体精度提高了6%以上,处理时效性提高了1倍。