[发明专利]一种基于局部不变形的飞机C型梁配准方法

说明书

本发明公开了一种基于局部不变形的飞机C型梁配准方法，包括：获取飞机C型梁实测点云数据；利用快速点特征直方图特征描述的方法对C型梁数模和实测点云数据进行粗配准；对粗配准后的实测点云数据进行分割处理和平面提取，将C型梁分割成三个平面，从中判定出C型梁底面；以C型梁底面作为与C型梁数模配准的约束，采用C型梁底面部分点云数据和C型梁数模进行精配准，计算得到C型梁底面的实测点云数据与C型梁数模配准的变换矩阵；采用变换矩阵对粗配准后的飞机C型梁实测点云数据进行位置变换，得到最终配准结果。本发明极大地提高了存在变形情况的飞机C型梁实测数据和标准数模检测前配准的成功率和准确性。

技术领域

本发明涉及航空制造业中工件的精密加工检测技术领域，具体而言涉及一种基于局部不变形的飞机C型梁配准方法。

背景技术

随着复合材料在飞机制造领域中的广泛应用，部分飞机承力构件材质由金属材料转变为复合材料，这种发展趋势成为未来航空制造业技术更新换代的重要方向之一。我国新型号飞机研制过程中，复合材料C型梁已逐渐作为设计首选结构。其成型和加工经过了一道道复杂的工艺，在这些过程中遇到很多不可控或者不可预知的变化。为了使其满足使用性能和寿命的要求，在C型梁加工成型的过程中，需要对每个变化进行精确测量和分析，以便于确定后续加工工艺和装配工艺的调整。

国内相关单位都在开展复合材料C型梁固化变形控制研究工作。航空企业较多采用模具型面补偿量试错及修正的方法，以消除复合材料C型梁固化变形的影响。如何准确对制造出的C型梁与理论模型间的变形量进行测量是最为关键的一步。传统变形检测方法往往直接将测量得到的数据与理论模型进行配准后分析变形。但是因为C型梁两侧往往会产生较大的变形，在配准过程中利用传统的ICP自动配准算法，不仅运算量大，而且可能陷入局部最优，从而导致配准误差较大。此外，由于ICP配准方法重复实验结果不唯一，不能满足精确配准的要求，导致待测工件和数模直接的对比分析失去了参考价值。在实际制造现场，由于一些变形工件无法用通用的算法配准，一些技术人员只能进行手动估计配准，这样降低了分析的准确性和数据的参考价值。并且仅采用传统的配准方法，没有考虑变形因素，变形较大的区域往往会影响配准的结果，从而导致无法得到正确的数模和实测数据差异的分析结果。

专利号为CN201910178833.X的发明“一种基于形态不变特征的多时相点云自动配准方法”中公开了一种基于形态不变特征的多时相点云自动配准方法：针对多时相变化场景点云配准特点，通过形态不变点提取与匹配完成点云粗配准，进而搜索多时相点云中的形态不变区域，估计多时相点云间的旋转和平移参数，完成点云精配准。具体地，针对点云粗配准首先确定多时相点云中的近似同名四点对，然后以四点对为中心计算邻域内点特征描述子，通过特征匹配和空间几何约束确定多时相点云间的同名匹配点集，据此估计旋转和平移参数，完成点云粗配准。在精配准阶段，该专利采用迭代策略提取多时相点云中的形态不变区域，据此进一步优化粗配准阶段得到的初始旋转和平移参数，最后将优化后的参数用于整体点云进行刚性转换，完成多时相点云的自动配准。但前述配准方法仍存在以下问题：在实际应用中，必须通过对多时相点云整体进行大量运算和比对后才能提出其中较为稳定的区域，运算量大、运算时间长，且在某些情况下难以获取需要的形态不变区域，导致整个配准过程无法顺利进行。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于局部不变形的飞机C型梁配准方法，针对飞机C型梁底面变形较小的固有特性，在配准过程中引入平面分割技术，从变形的飞机C型梁中快速提取出底面区域作为不变部分作为配准约束，同时，融合了一种高鲁棒性的点云局部特征表达方法和经典ICP配准方法，将两种理论有效地组合保证了配准成功率和配准效率。通过对三种方法的有效融合，极大地提高了存在变形情况的飞机C型梁实测数据和标准数模检测前配准的成功率和准确性，解决了在航空制造领域存在变形C型梁检测前的配准问题。

为达成上述目的，结合图1，本发明提出一种基于局部不变形的飞机C型梁配准方法，尤其适用于存在变形的飞机C型梁工件，所述配准方法包括：

S1，获取飞机C型梁实测点云数据；