[发明专利]基于三维激光扫描技术建立飞机3D数字维修平台的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用三维激光扫描技术和三维建模技术，为飞机建立一种可视化、智能化的三维数字维修系统平台的方法。

技术背景

高效的进行飞机维修是保证飞机持续安全航行的重要因素之一。而飞机零部件繁多、系统复杂、安全性要求高，因而维修难度大、环节多、过程复杂，每次维修都需要工程、生产、质控、航材各部门协调才能完成。为了保证飞机维修的顺畅和高效，需要建立一个统一的数字化、信息化平台。

20世纪80年代开始，美国等西方强国首先将数字化维修技术应用在军用飞机领域。但是直到进入21世纪，随着信息网络基础设施的完善，数字化维修技术才显出巨大成效。伊拉克战争中，美军的数字化维修能力明显得到了提高，特别是信息技术在维修领域中得到了广泛应用，将现代战争带入信息化战争时代。民用飞机方面，波音和空客两大航空公司都逐渐加强了数字化维修系统的研究和应用。其中波音公司的数字化维修系统“性能维护工具箱”（MPT，MaintenancePerformanceToolbox）最为强大，其核心功能提供技术资料的交互式查询、维修监控、远程技术支持，以及通过与中央计算机系统的网络连接，为维修技术人员进行故障诊断等。此外，还有如交互式电子技术手册（IETM）、便携式维修辅助装置（PMA）、故障预测和状态管理系统（PHM）、远程维修系统等，侧重不同功能的数字化维修平台。

国内虽然数字化维修技术还不成熟，学术研究和成果还不多见，但是也可看到一些这方面的报道。比如，1998年国内首次开发的飞机维修管理信息系统是东方航空公司机务工程部与南京航空航天大学联合立项，开发和研制了复合材料结构计算机辅助维修系统（CSCARS），系统以空中客车A300-600飞机的复合材料结构修理为研究背景，很好的利用网络数据库等计算机技术改进了传统的民机维修信息管理机制。

此外，最新的研究中，2010年杨永、马贵春在《飞机数字化维修ASP平台设计》中，针对我国飞机数字化维修技术落后的现状，对飞机维修数字化ASP服务平台进行了开发，运用ASP技术再加以JAVA程序编程，实现了飞机维修信息的远程数字化管理，以提高飞机维修效率，降低维修成本和提高市场竞争力；2011年石宏、王晶在会议论文《航空发动机数字化维修与装配技术》中探讨了数字化维修工艺相关技术、基于数字化维修的装配建模技术及数字化装配工艺尺寸链技术。

然而，国内虽有这些飞机数字化维修方面的研究或实践，但是与国外相比差距巨大。本人亲历了国内某航空公司在维修过程中，更换零部件仍然采取人工对零件编号，人工传递维修信息，再到航材部门提取新的部件，更换后再将旧的部件送至航材部门，整个过程效率低下，亟待进行数字化改革。另一方面，国际上新的数字技术和信息技术日新月异，为飞机数字化维修平台的创新和升级提供了巨大的空间，因此旧的系统也需要不断革新，以适应时代的要求。

发明内容

为了解决现有飞机维修平台或者系统在数字化、智能化、信息化中不足，本发明提出一种全新的基于三维激光扫描技术建立飞机3D数字维修平台的方法，以实现飞机维修系统的数字化、智能化、可视化、集成化和交互性。

本发明运用的三维激光扫描技术又称为实景复制技术，被认为是继GPS空间定位系统之后测绘技术领域的一项革命性突破，相对于与传统的全站仪等单点测绘技术，三维激光扫描可对扫描对象完成100万像素/秒的真实点云数据的采集，且具有非接触性、实时性、高密度、高精度、自动化等特性。而相对于计算机虚拟建模，三维激光扫描技术最大的优势在于它采集的每一个点都是基于扫描对象真实的三维信息，因而数据的价值要高得多。三维激光扫描技术自20世纪90年代出现以来，在测绘、制造、工程等领域得到逐步的应用，但未见有用在飞机数字化建模方面的报道。

本发明方法建立的飞机维修平台是一个集成维修信息的维修交互软件平台。维修信息是附着在飞机模型或零部件模型中实现三维可视化的呈现。飞机模型和零部件模型则是根据三维激光扫描仪采集的点云数据建立的，包括飞机三维数据采集及建模、软件交互平台的建立两大部分，其具体内容和方案如下：

1.飞机三维数据采集及建模

这是运用三维激光扫描仪对飞机整体和部件进行扫描并建立三维模型的过程，可分为两个部分，即整机三维数据的采集和建模和部件的三维数据采集和建模。最终搭建飞机维修平台是以整机三维数据模型为基本构架，并将部件的三维模型归位嵌入整机模型中，形成独立的、可分离的数据对象。如此，在维修过程中便于对部件进行分离、数据提取和可视化操作。

（1）飞机整机三维数据采集及建模