基于激光雷达的飞机水平测量

介绍了激光雷达测量系统的测量原理,分析了传统飞机水平测量方法的不足。为满足飞机对部件安装准确度的更高要求,提出在全机水平测量工序中采用数字化测量设备——激光雷达。通过分析测量基准、确定激光雷达的摆放位置、建立机体坐标系及利用研发的数据处理软件进行数据分析处理等环节,制定了基于激光雷达的飞机水平测量方案。应用表明,该方案在测量精度、自动化程度和测量数据处理等方面具有明显的优点,并且极大地降低了劳动强度,提高了工作效率。     

基于激光雷达的飞机水平测量

介绍了激光雷达测量系统的测量原理,分析了传统飞机水平测量方法的不足.为满足飞机对部件安装准确度的更高要求,提出在全机水平测量工序中采用数字化测量设备--激光雷达.通过分析测量基准、确定激光雷达的摆放位置、建立机体坐标系及利用研发的数据处理软件进行数据分析处理等环节,制定了基于激光雷达的飞机水平测量方案.应用表明,该方案在测量精度、自动化程度和测量数据处理等方面具有明显的优点,并且极大地降低了劳动强度,提高了工作效率.     

基于激光雷达的飞机外形检测路径规划研究

飞机外形的控制是建立在精确测量的基础上。国内目前飞机外形检测主要依靠卡板等工艺装备,在测量准确度和效率上都无法满足现代飞机测量要求。采用一种利用激光雷达,在CATIA中进行测量路径规划和检测结果仿真,与激光雷达通信完成测量的方法,实现了飞机外形现场自动化测量。为了在保证测量精度的前提下,能够以最短的路径安全而又高效地遍历待测对象的检测区域,研究了自由曲面的测点规划布置的算法原理,在此基础上提出了矩形合并测量路径规划方法,可以有效地指导飞机外形现场数字化测量。运用提出的矩形合并测量路径规划方法,对中机翼段模型进行仿真分析取得了良好的效果,为飞机外形数字化检测提供了有效方法。     

飞机数字化测量网络布站设计

考虑大尺寸、高精度要求的飞机或特殊机型飞行器需要采用多仪器组合测量网络来完成数字化测量任务,本文对测量网络进行了最优布站设计.介绍了传统的飞机调平理论,提出了飞机数字化调平变换算法,并建立了其不确定度模型.通过不确定度分析和误差依赖性仿真得出飞机各基准点不确定度和水平点位置对测量不确定度的影响.结合由激光雷达、iGPS组成的飞机数字化测量网络的测量特性,提出了飞机数字化测量网络的最优布站设计方案.对某机型飞机水平测量实验验证表明,经布站优化设计后的测量结果精度为0.402mm,提高了约20％.结果显示提出的布站设计方案有效、可行,其分析方法为寻找高准确度、高效率的飞机数字化测量的布站设计提供了参考依据.     

大尺寸复合材料薄壁异形回转体零件数字化测量技术研究

针对薄壁大尺寸回转体类复合材料零件曲面复杂度高、测量可达性差的问题,研究其非接触数字化测量技术。基于摄影测量建立高精度全局测量场,实现高精度内外形面整体测量误差控制;根据内外形面的特点,设计多传感器组合测量方法,能够在保证扫描精度的同时提高扫描效率。针对内部复杂形面测量,设计一种专用的测量数据采集机构,以解决无法人工携带扫描设备进入型腔内部的难题;并在测量完成后基于几何定位特征进行多源数据融合,进行多段测量数据拼接,最终实现了回转体内外形面高精度整体测量。     

多视角沙姆成像的高精度结构光三维测量方法

传统结构光测量方法在测量高反射率和复杂结构表面存在诸多挑战,且测量精度受到测量视场的限制。本文提出了一种基于结构光投影和多视角沙姆成像的高精度标定及三维测量方法,充分利用系统的景深范围。提出结构光多目视觉测量模型,将投影仪坐标系作为系统测量坐标系,通过建立“三维点-投影图像点-4个相机图像点”的对应关系对系统进行一体化标定,然后利用多视图几何成像约束,通过计算最小二乘解融合多个视角的观测信息,提高三维数据的计算精度。实验结果表明,所提方法和系统可以对高反射率和遮挡表面进行准确测量,测量精度达到5μm,大大优于传统结构光测量方法。     

基于机床与测头的大型曲面轮廓检测研究

大型曲面外形由于其尺寸较大,开发专用检测仪器设备成本太高,如何高效率低成本地进行大型曲面轮廓精度检测仍是一个亟待解决的难题。根据已有的接触式测量技术,结合飞机大型结构件外形轮廓精度检测的实际需求,探讨利用数控机床和工件测头等加工、检测设备,进行大型曲面外形轮廓精度测量,提出了一种测量方法,并进行了相关仿真和试验研究,验证了该方案的可行性。     

一种面向航天器装配的测量工艺模型构建技术研究

数字化测量技术与航天器装配技术的融合是实现航天器产品全数字量、高精度、高效率装配的关键技术之一。针对航天器产品装配过程中的测量工艺需求，提出了一种面向航天器装配的测量工艺模型构建方法。将待测特征、基准信息、公差信息、测量设备等与航天器装配过程中测量实施相关联的测量信息组织在一起，形成测量工艺模型。以测量工艺模型为核心，可以促进协调指导各部门实施测量工作，服务于航天器产品的高精度装配。以此模型为基础，开发测量模型构建原型系统，以典型航天器部件进行应用验证，验证了系统的有效性和可行性。     

飞机装配高精度测量控制网精度分析与构建准则

为满足飞机装配大尺寸、高精度、测量点分散的测量要求,提出了飞机装配高精度测量控制网的构建方法。该方法利用激光跟踪仪在飞机装配车间地面上布设长期保存的公共基准点,由公共基准点构成飞机装配测量控制网,建立飞机装配全局坐标系。结合近似坐标系变换和最小二乘原理,推导测量控制网的7参数误差计算式。综合利用二范数和不等式变换,研究布设误差与测量控制网精度的关系,推导布设误差传递系数。借助法方程和正定矩阵性质,证明了测量点数与测量控制网精度的关系。最后利用蒙特卡洛仿真实验给出了飞机装配高精度测量控制网的布设准则。     

一种大型飞机蒙皮外形检测工装关键技术研究

外形检测是蒙皮制造过程的关键环节。本文在介绍传统蒙皮检测技术的基础上,针对现代飞机蒙皮在批量投产阶段高精度、低成本、短周期的制造需求,提出了一种用于具有复杂曲面外形的大型蒙皮外形检测工装及方法。结合某龙骨梁下蒙皮外形检测工艺需求,重点研究了蒙皮外形检测工装设计关键技术,包括蒙皮定位形式、夹紧方式、测量方案,设计了一整套龙骨梁蒙皮外形检测工装,为大尺寸多曲面结构飞机蒙皮外形检测提供了一种高精度、高效率的解决方案。     

星上敏感器空间矢量自准直测量方法及标定试验

针对星上敏感器测量坐标系高精度标定的需求,提出一种空间矢量自准直测量方法,采用光电自准直经纬仪、卫星转台、基准镜阵列和坐标平移系统等,实现立方镜镜面法向矢量之间夹角的高精度自动化测量。给出空间角测量模型,基于误差传播原理推导出误差模型,并证明不确定度上限;仿真分析传感器精度对空间角测量误差的灵敏度,并在此基础上进行误差分配;设计并研制星上敏感器空间矢量自准直测量系统,对光电自准直经纬仪的转角精度、两轴垂直度和整个系统的空间角测量精度等进行试验标定;结果表明,光电自准直经纬仪转角精度优于0.6″、两轴垂直度优于0.2″,空间角测量精度优于3″,验证所提出方法的有效性、误差分配的合理性和设计方案的可行性,可为高精度星上敏感器的自动化测量标定系统的开发和应用提供参考。     

用于三维变形测量的数字图像相关系统

针对材料力学实验中的三维变形测量,提出并实现了一种基于双目立体视觉、摄影测量术和数字图像相关法的便携式三维变形测量系统。研究了该系统涉及的双目摄像机标定,图像相关算法,三维重建,以及三维位移、应变计算等关键技术。提出了一种基于摄影测量术的摄像机标定算法,该算法采用10参数镜头畸变模型,不需要高精度标定板即可实现摄像机的高精度标定。利用最小二乘非线性优化算法实现了数字图像的高精度匹配,针对非线性优化初值难求的问题,提出了一种基于种子点的初值计算方法,为非线性优化提供了可靠的初值。最后,介绍了三维重建以及计算三维位移、三维应变的方法。实验结果表明,标定结果的重投影误差为0.03 pixel,图像匹配的误差约为0.02 pixel,静态外形及位移的测量精度为0.05%,应变的测量精度优于0.5%。与传统的测量方法相比,本文提出的系统可以更准确、全面、直观地实现对位移场、应变场的测量。     

飞机装配准确度快速评价方法及典型应用

飞机大部件数字化对接中的装配准确度是指部件气动力外形准确度、部件内部组合件及零件的位置准确度和部件间相对位置的准确度。数字化测量模型的构建及数据的准确分析为装配准确度的评价提供了高效、可靠的新方法。在数字化测量环境下,通过构建飞机测量模型,将飞机装配相对位置准确度评价转化为计算飞机装配特征点之间的相对位置关系,从而实现孔、槽、型面、边缘等相对位置准确度关系评价。同时,基于工程实际对该方法的应用进行了分析。     

新型光电实时水平基准测量系统

新型光电实时水平基准测量系统通过耦合伺服跟踪平台和测角平台实时输出的角度信息来构建定义于系统测量点处动基座固连坐标系的水平姿态角度测量模型.本文对天文导航自主定位定向技术的研究和发展方向进行分析与展望,阐述了高精度自主水平基准测量方法研究的重要性,并在此基础上介绍了系统的工作原理与组成,详细分析了系统的测量精度,为后面的工作开展提供了重要的理论参考.     

基于关键特性的数字化飞机检测技术研究

现代飞机产品交付周期短、产品质量要求高,利用传统模拟量传递测量检测方式早已不能满足现代飞机制造过程,数字化测量设备以其快速、高准确性的特点广泛应用于航空制造业。通过基于关键特性的数字化飞机检测技术研究,利用高精度激光测量设备,基于MBD技术建立产品测量飞机坐标系,分析产品测量关键特性,实时检测产品各个关键部位,及时分析制造偏差,为快速制定超差位置解决方案提供理论依据。结合某型飞机产品检测过程,对在实际检测过程中发现的问题进行详细分析,提出在飞机产品交付检测中所应用的关键技术,对实现飞机产品快速准确交付具有重大意义。     

机器人柔性坐标测量系统现场校准技术研究

机器人柔性坐标测量系统能够实现大型工件尺寸在线快速测量,是自动化生产线的关键质量监控设备.现场校准技术是柔性坐标测量系统的关键技术之一,校准精度直接影响系统测量精度.现场精确建立机器人末端工具坐标系与视觉传感器坐标系形成的手眼关系、机器人运动学模型参数以及机器人基坐标系是现场校准的主要内容.通过设计中间靶标,利用激光跟踪仪直接测量的方法建立手眼关系,其转换精度不受机器人运动学误差影响;设立校准球体,实现基于距离不变模型的连杆参数现场快速校准;根据机器人正向运动学模型和激光跟踪仪的测量,利用基于奇异值分解的配准方法求解转换矩阵,高精度地建立机器人基坐标系.经过激光跟踪仪一次校准后,测量系统可利用基准球体实现机器人快速在线校准,减小模型参数变化对测量系统精度的影响.试验证明,校准后的测量系统整体误差低于0.2 mm.     

面向激光跟踪测量的大范围高精度姿态测量

针对我国高端制造业对高精度空间六自由度测量系统的迫切需求,提出一种面向激光跟踪测量的基于单目视觉的大范围全自动高精度姿态测量方法。阐述了面向激光跟踪测量的姿态测量系统构成、合作靶标硬件设计,并建立了姿态测量数学模型;其次,分析了自适应清晰成像的姿态测量模块特性,基于光学畸变模型与张正友标定法建立了实时相机成像模型,动态校正特征点像素坐标模型,提升了特征点的提取精度;之后,结合合作靶标几何特性、EPnP算法、Soft-POSIT算法提出一种改进的姿态测量方法,建立了姿态测量系统的自动监测纠错机制,实现测量范围内任意动态位姿的自动测量。最后,利用二维精密转台搭载合作靶标对激光跟踪测量的姿态测量系统进行精度测试。实验结果表明：在3～10 m,方位角/俯仰角为±30°、滚动角为±180°内,适配有14个特征点的合作靶标,姿态测量精度优于0.049°;适配有10个特征点的合作靶标,姿态测量精度优于0.065°。此方法普适性强,对合作靶标特征点布局约束较小,可以满足高端制造业激光跟踪测量的精密测量需求。     

大型齿轮在机测量系统

针对大型齿轮精度测量的特点，本文提出了一种高精度、高效率实现大齿轮在机测量的解决方案。     

FMCW激光雷达几何结构精度模型与误差修正

为实现调频连续波（Frequency-modulated Continuous-wave,FMCW）激光雷达的高精度测量,针对激光雷达机械加工及装配过程中引入的几何结构误差,提出了基于激光雷达坐标测量误差的系统误差模型及误差修正方法。建立了激光雷达坐标系组,分析了空间坐标测量误差的来源。通过坐标系间的变换矩阵,实现了测量坐标的几何误差传递。然后,归并各坐标系的几何误差,建立了显式的激光雷达几何空间坐标误差表达式。并以此为基础,建立最小二乘优化目标,解算各项误差因子和修正后坐标。求得的误差因子可以用作后续坐标测量结果的修正。最后,基于该方法设计了一套以激光跟踪仪为高精度测量仪器、以靶球球心位置为标准点的标定场,使用激光跟踪仪与激光雷达测量相同位置的靶球完成系统误差修正。实验结果表明,经修正激光雷达空间距离测量的平均误差由0.044 8%下降到0.003 8%,误差极大值由4.17 mm下降到0.30 mm,验证了激光雷达几何结构误差标定和误差修正方法的有效性。     

大型飞机数字化测量技术的优化研究

飞机机身上关键特征的制造精度直接影响飞机产品的质量,因此,在产品交付之前应该对机身的各关键特征进行测量。针对目前测量方法存在的缺陷,在原方法的基础上提出一种优化的测量方法,即在建立飞机坐标系时,通过直线与平面相交的方式得到基准孔的实际圆心位置;同时根据机身关键特征的分布划分多个测量站位,分别在各个站位重新建立飞机坐标系测量对应的关键特征。进而提高测量的准确度,提高飞机的生产效率。