[发明专利]飞机蒙皮接缝特征提取方法及系统

说明书

本发明公开了一种飞机蒙皮接缝特征提取方法及系统，其中飞机蒙皮接缝特征提取方法包括以下步骤：获取接缝的条纹投影特征区域图；合成特征区域三维点云；确定特征区域三维点云中的特征中心与特征三维点云截面；将特征中心的附近点云分别投影到特征三维点云截面，分别利用高度差突变法及斜率值最大法进行三维特征边缘识别获取特征中心区域的边缘点云；根据斜率值最大法获取的特征中心区域的边缘点云，计算获得接缝的间隙特征；根据高度差突变法获取的特征中心区域的边缘点云，计算获得接缝的阶差特征本发明提出了两种飞机蒙皮三维点云边缘点的识别方法，分别实现对飞机蒙皮接缝的阶差和间隙的边缘点定位，增强了算法的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及精密测量技术领域，具体为一种飞机蒙皮接缝特征提取方法及系统。

背景技术

飞行器在装配过程中，因受到加工精度、组装精度以及环境等因素的影响，装配质量不可避免地会偏离理想特性，如蒙皮接缝之间、蒙皮与结构之间、机身部段之间等，而装配误差通过生产链传播与积累，最终直接影响飞行器的隐身和空气动力性能。因此，对装配质量进行严格控制与把关具有重要意义。而装配质量主要与工装设计、装配顺序、定位方案以及外形测量等要素密切相关，其中外形测量的结果是衡量装配质量的重要指标。在外形测量工作中包含了大量蒙皮接缝结构的测量，并且对此结构测量精度要求较高，其质量保证对飞行器的气动特性、飞行安全性、飞行成本与战斗机的隐身性等起着重要作用。

传统的蒙皮接缝结构的测量主要借助检测塞尺、专用量具和人工观测等手段，这种检测方法基于模拟量的测量结果，难以精确地描述接缝结构状态，并且在信息维度、检测精度和效率方面都难以满足制造先进飞行器的实际需求。当测量较长的蒙皮接缝时费时费力，一些复杂结构的间隙与阶差因放入塞尺困难而无法测量，而且这种测量方法只能进行静态测量，无法实现实时在线测量，更无法将测量数据快速导入计算机进行在线分析。

视觉测量技术因其精度高、效率高、速度快以及重复性好等优点广泛应用于精密测量，尤其是在工业制造、生物医学、人脸识别、文物保护等领域。经过这些年的长足发展，视觉测量技术的精度已经能够达到微米级，并且能实时显示扫描出来。很多行业也已经配备了机器视觉扫描仪和相应的三维算法，以实现不同的具体功能。飞机蒙皮接缝区域三维点云数据的获取通过结构光或者光栅投影技术对飞机蒙皮接缝处进行扫描均能得到，但得到的是整个扫描区域的三维点云数据，如何通过算法实现接缝特征数据(阶差flush和间隙gap)的计算是整个蒙皮接缝三维测量中决策的一环。

许多科研团队已经和公司也对飞机蒙皮接缝的测量进行了研究。龙坤、谢谦等人的基于线激光扫描的测量方法，用线激光进行飞机蒙皮接缝的扫描测量，根据扫描仪得到的点云密度的差别，将特征区域分割开来，再对特征区域进行k-mean聚类确定特征，然后根据相邻点的高度和斜率差异确定临界点和边界点，最后对间隙和阶差进行作差求解。中国科学院的夏仁波、陈松林等人利用条纹投影技术对蒙皮接缝特征进行测量，根据三维点云数据与图像之间的对应关系定位接缝位置，确定接缝两侧的边缘点，计算接缝特征当量，并改进了条纹投影测量方法，降低了相位误差，提高此方法对待测物表面的适应能力。国外oyeongYi等人设计了一种基于双目结构光图像的主动测距系统，将差分图像与结构光调制相结合，降低了低照度对图像处理的影响，提高了检测效率，实现了弱光环境下的准确测量。Tran等人将基于多线结构光的单目视觉检测应用于检测蒙皮接缝，此检测方式以剔除不合格图像的方式降低了噪声对接缝特征提取的影响。还有很多做了技术产品，比如美国Origin Technologies公司的Laser Gauges测量设备、加拿大LMI Technologies Inc公司的Gocator2530系列、英国Third Dimension Software公司研发的Gap Gun Pro、瑞典Hexagon公司的NEXTSENSE等，都应用了视觉测量技术对蒙皮接缝进行测量，并具有易用性、便携性以及坚固性等优点。其中Laser Gauges、Gap Gun Pro等测量设备结合视觉测量技术与虚拟量规的测量方法，已应用于众多的航空公司。