飛機(jī)鈑金零件點(diǎn)云測量數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)

宋麗

摘要：飛機(jī)鈑金零件因其特殊且重要的用途，對其質(zhì)量的監(jiān)測始終是重中之重。本文先對飛機(jī)鈑金件數(shù)字化檢測技術(shù)進(jìn)行闡述，再簡要分析鈑金零件測量數(shù)據(jù)的處理和技術(shù)。以期鈑金零件的數(shù)字化檢測技術(shù)能夠得到更好的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)鈑金零件;點(diǎn)云測量;數(shù)據(jù)分析;技術(shù)分析

引言：過去的飛機(jī)鈑金檢測是通過人工對比的形式檢測鈑金件，人工的方式僅僅可以在一定程度上描述鈑金件，并不能精確的描述鈑金件，這會使鈑金件的品質(zhì)受到影響，進(jìn)而對飛機(jī)的整體品質(zhì)以及隱身性能等產(chǎn)生影響。在檢測飛機(jī)鈑金件時，運(yùn)用數(shù)字化檢測技術(shù)可以使人工鈑金件檢測問題進(jìn)一步得到解決。

1飛機(jī)鈑金零件數(shù)字化檢測技術(shù)

1.1飛機(jī)鈑金零件

飛機(jī)鈑金件的形狀通常都較為復(fù)雜，并且由于其使用的特殊性，對成型零件有著較高的性能要求。同其他行業(yè)相比，飛機(jī)鈑金零件的技術(shù)水平比較高，加工鈑金零件的難度比較大，并且對其零件的品質(zhì)要求也較為嚴(yán)苛。鈑金零件組裝成了飛機(jī)的機(jī)身，并且鈑金件的鑄造品質(zhì)會使飛機(jī)的氣動特性和隱身性能受到影響。所以，飛機(jī)的性能標(biāo)準(zhǔn)在一代代的升級，對成型鈑金件的品質(zhì)需求也愈來愈高?，F(xiàn)在鍛造飛機(jī)鈑金件的主要方式是運(yùn)用專業(yè)的裝置，再配以人工操作來完成。檢測鈑金零件的方法皆根據(jù)模擬定性評價得出，人工檢測沒有辦法將鈑金零件的幾何形態(tài)準(zhǔn)確的定量描述出來。若是沒有辦法嚴(yán)格把控飛機(jī)鈑金零件的品質(zhì)，那將使飛機(jī)整體裝配品質(zhì)得到較大程度的影響，進(jìn)而影響飛機(jī)的使用性能[1]。

1.1鈑金零件數(shù)字化檢測

基于人工的飛機(jī)鈑金零件檢測辦法的精確度不高，并且耗費(fèi)的時間也比較長。為解決以上問題，這些年來相關(guān)人員始終在大力研究飛機(jī)鈑金零件數(shù)字化測量技術(shù)。進(jìn)行鈑金零件的數(shù)字化檢測首先需通過運(yùn)用結(jié)構(gòu)光掃描儀等裝置得到飛機(jī)鈑金件的表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)，隨后針對獲取到的表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)實(shí)行合理的分析，提煉出三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)當(dāng)中的較為關(guān)鍵的部分幾何特點(diǎn)，例如特征點(diǎn)、特征線等。最后運(yùn)用提煉到的部分幾何特點(diǎn)針對飛機(jī)鈑金件的特征實(shí)行分析和評價的工作。

2鈑金零件數(shù)據(jù)處理與分析

2.1測量數(shù)據(jù)預(yù)處理

由于運(yùn)用不一樣的設(shè)備、方法和操作環(huán)境等因素都會對測量鈑金件表面數(shù)據(jù)的品質(zhì)造成比較大的影響，所以有必要運(yùn)用多樣的鈑金件表面數(shù)據(jù)預(yù)處理的方式獲取較為理想的測量數(shù)據(jù)。對鈑金零件測量數(shù)據(jù)的事先處理包含數(shù)據(jù)去噪、簡化、修補(bǔ)以及多視拼合等多方面的操作。在鈑金件數(shù)據(jù)測量時，因?yàn)橐恍┯绊懸蛩氐淖饔?，會造成測量的數(shù)據(jù)當(dāng)中存在噪音點(diǎn)，為使噪音點(diǎn)被去掉，不對之后的數(shù)據(jù)處理和特征檢測造成影響，需濾波處理測量的數(shù)據(jù)，一般情況下運(yùn)用的方式有三種：平均濾波、標(biāo)準(zhǔn)高斯濾波以及中值濾波。運(yùn)用高斯濾波的方式能夠盡可能使鈑金件模型的形狀得到維持，而中值濾波對于消除毛刺噪音點(diǎn)的效果比較理想，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中可以依據(jù)數(shù)據(jù)的具體狀況選取相應(yīng)的濾波算法。運(yùn)用光學(xué)測量儀器對鈑金件表面數(shù)據(jù)進(jìn)行采集的時候很可能會有多余的數(shù)據(jù)產(chǎn)生，這很可能會花費(fèi)較長的時間對之后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，因此有必要將鈑金件表面測量的數(shù)據(jù)實(shí)施簡化處理。針對不規(guī)則的測量數(shù)據(jù)來說，可以運(yùn)用均勻網(wǎng)格以及三角網(wǎng)格的方式對其實(shí)施簡化的操作;針對規(guī)則的測量數(shù)據(jù)來說，可以運(yùn)用弦高差的方式對其實(shí)行簡化。在進(jìn)行數(shù)據(jù)測量的時候，會因?yàn)殁k金零件被遮擋，從而致使零件的部分表面沒有辦法被測量到或是零件表面部分損壞，這些現(xiàn)象都會導(dǎo)致鈑金零件的測量數(shù)據(jù)缺失。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時，進(jìn)行數(shù)字化檢測前應(yīng)及時修補(bǔ)缺失的數(shù)據(jù)。多視拼合的方法是把經(jīng)不同角度和位置測量到的數(shù)據(jù)點(diǎn)統(tǒng)一組合到同一個的坐標(biāo)系中，以便形成可以使被檢測的鈑金零件整體形狀得以展現(xiàn)的測量數(shù)據(jù)。常用的方式有在被檢測零件上粘貼特殊標(biāo)簽或者運(yùn)用精密度較高的工作臺等方式[2]。

2.2測量數(shù)據(jù)特征線提取

鈑金件測量數(shù)據(jù)的特征線能夠被分成兩種，分別是邊界線以及棱線。其中在鈑金件中邊界線的特征較為清楚，例如孔邊界以及外形邊界等;而棱線是飛機(jī)鈑金零件當(dāng)中較為光滑的邊界?，F(xiàn)在提取測量數(shù)據(jù)特征線的辦法能夠?qū)⑦吔缇€和棱線一同提取出來，同時也存在僅提取邊界線的方式?，F(xiàn)在提取特征線的方式有半自動提取以及全自動提取兩種方式。一般情況下全自動提取是首先將網(wǎng)格模型當(dāng)中發(fā)生曲率突然變化的頂點(diǎn)找到，例如曲率比閾值頂點(diǎn)還高或者曲率到達(dá)極值，這便是特征點(diǎn)，隨后將這些檢測到的特征點(diǎn)連接變成特征線。有相關(guān)研究人員先找到模型當(dāng)中每個頂點(diǎn)曲率信息的特點(diǎn)，隨后運(yùn)用成分分析法把沒有順序的特征點(diǎn)連接成為有順序的特征線。半自動提取特征線的方式是讓用戶首先在特征線所指方向選擇幾個點(diǎn)，將相鄰的兩點(diǎn)進(jìn)行連接初步形成特征線，后運(yùn)用相應(yīng)的優(yōu)化方法對此條特征線實(shí)施優(yōu)化作業(yè)，從而使檢測到的特征線更為光滑并更加接近其特征。有相關(guān)研究人員在全面考量模型當(dāng)中每個頂點(diǎn)間曲率以及每兩點(diǎn)間的距離以及方向，在特定的區(qū)域當(dāng)中首先將初始特征線描繪出來，隨后再將該特征線由三維空間投射至二維的平面當(dāng)中，自二維平面當(dāng)中將較為光滑的特征線運(yùn)用相應(yīng)的算法獲取出來，最后把最新得到的特征線重新投射回到三維空間，進(jìn)而得出平滑的特征線[3]。

2.3測量數(shù)據(jù)分塊辦法

為使飛機(jī)鈑金零件點(diǎn)云數(shù)據(jù)當(dāng)中的特征曲面被提取出來，就應(yīng)針對點(diǎn)云數(shù)據(jù)實(shí)施分塊的處理。其中較為常用的點(diǎn)云數(shù)據(jù)分塊方式即是根據(jù)邊和根據(jù)面兩種方式。根據(jù)邊的方式應(yīng)先將三維測量數(shù)據(jù)邊界尋找到，隨后運(yùn)用測量數(shù)據(jù)的邊界將不同的區(qū)域分隔。有相關(guān)人員運(yùn)用空間網(wǎng)格精細(xì)劃分的方式，在點(diǎn)云數(shù)據(jù)當(dāng)中獲取特征點(diǎn)，隨后運(yùn)用特征點(diǎn)連接成特征線，并且對點(diǎn)云數(shù)據(jù)實(shí)行分塊處理。這樣的方式適用于對于有比較多鋒利邊界模進(jìn)行數(shù)據(jù)分塊操作。然而對于較為光滑的曲面模型來說，該方式的分塊效果欠佳。根據(jù)邊的方式有著對噪音點(diǎn)較為敏銳的問題，這會造成邊界點(diǎn)的錯誤判斷，在找尋邊界時，也會造成邊界點(diǎn)的錯誤追蹤，從而較難確保邊界的密封性。根據(jù)面的方式通常會運(yùn)用分區(qū)域生長的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的分塊處理。在測量數(shù)據(jù)的任一曲面范圍當(dāng)中首先選擇一個點(diǎn)當(dāng)作種子點(diǎn)，隨后以該點(diǎn)為起始點(diǎn)向外側(cè)不停分散找尋和該點(diǎn)法矢條件相符合的數(shù)據(jù)點(diǎn)，將找到的數(shù)據(jù)點(diǎn)加入到分塊當(dāng)中，一直到再也沒有和種子點(diǎn)法矢條件相符合的數(shù)據(jù)點(diǎn)，就此將分割的數(shù)據(jù)工作圓滿完成。相關(guān)研究人員首先對三角網(wǎng)格模型里的三角片實(shí)行分類工作，隨后將有著同樣種類三角片進(jìn)行區(qū)域生長操作，將三角網(wǎng)格模型當(dāng)中的數(shù)據(jù)分割變成現(xiàn)實(shí)。與根據(jù)邊的方式相比較，根據(jù)面的方式對噪音點(diǎn)并沒有那么敏銳，因此密封性比較優(yōu)良，而且想要獲得有密閉邊界的模塊數(shù)據(jù)較為簡便，但是根據(jù)面的方式在選擇最開始種子點(diǎn)的時候需要慎重，并且該方式的區(qū)域生長標(biāo)準(zhǔn)較難確定。除以上兩種方法之外，還有將兩種方式進(jìn)行結(jié)合運(yùn)用的方式。該組合方式是先尋找到區(qū)域邊界，隨后選擇種子點(diǎn)實(shí)行區(qū)域的生長，一直生長到分塊邊界，該程序就此結(jié)束。有研究人員運(yùn)用模型當(dāng)中每個三角片的法矢信息尋找到該模型的邊界，隨后選取種子點(diǎn)實(shí)行區(qū)域的生長，以此方式進(jìn)行網(wǎng)格模型數(shù)據(jù)分割[4]。

結(jié)束語：飛機(jī)鈑金件的質(zhì)量很大程度上決定了飛機(jī)的質(zhì)量和性能，因此對鈑金件的檢測不可忽視。運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行鈑金件的檢測，大大提升了檢測效率的同時，也提高了檢測結(jié)果的精確度。運(yùn)用對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、提取測量特征線以及分割網(wǎng)格模型數(shù)據(jù)的方式，可以更好的解決飛機(jī)鈑金零件表面測量點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理和分析，進(jìn)而使檢測鈑金件的執(zhí)行效率更高，結(jié)果更為精確，更加有利于對鈑金件質(zhì)量的管控，從而使飛機(jī)整體品質(zhì)和性能得到更加強(qiáng)有力的保障。

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