航空制造正向着结构整体化、零件大型化、制造精密化的方向发展,复杂零部件在航空制造中的应用越来越广泛。零部件的几何精度直接影响整机的性能,故高精度几何外形的加工及检测对于飞机制造具有重要意义。三维几何配准技术可实现零部件测量模型与相应理论模型的对齐比较,是数字化辅助制造技术中零部件加工定位和精度检测的关键技术之一。本文基于光电扫描方式获得的表面点云测量数据,深入系统地研究了航空零部件加工及检测中的配准问题,包括小余量毛坯加工定位中的配准问题研究、航空零部件检测的差异化配准研究、基于最小区域准则的检测配准研究以及配准误差分析与配准控制点规划。主要内容和创新点总结如下:1、针对航空零部件精密制坯的预制件加工余量小、易变形、余量分布一致性差以及无定位基准等特点,提出一种加工余量自适应优化包容配准算法。基于最大熵原理提出极大化极小包容配准模型的无约束一致光滑逼近,从而实现了模型高效精确求解,提高了加工定位的精度和效率。无论毛坯是否能够完全包容成品件的理论模型,该算法都能够在不需要任何约束和先验知识的情况下自适应地找到最小余量最大或余量缺损最小的配准状态,从而为后续切削加工提供最充分的余量分布,也可为焊补或改进毛坯加工工艺提供准确的数据依据。针对带有工艺/设计等复杂约束条件下的定位配准问题,本文建立了包含余量、容差、壁厚等约束的配准优化模型,并提出了一种数据层次化方法,有效提高了配准效率。2、性能要求高且结构复杂的航空零部件上不同区域的精度要求往往存在差异,针对此类零部件曲面的检测问题,提出一种自适应动态加权配准方法。配准过程中嵌入一种动态精度评估机制,根据预估区域精度自适应地确定相应数据点在迭代配准中的地位,优先考虑高精度区域的配准效果,并利用线性化逼近思想,通过求解4阶线性方程组获得配准变换。这种基于动态精度评估机制的线性迭代配准策略为区域精度不同的复杂曲面精度检测提供了一种适应性更强的高效配准方法。3、考虑低精度数据对检测配准的不利影响,提出两种稳健配准方法。第一种方法利用数字化模型统计分析大偏差变形点的偏差阈值,获得当前变形评价参考点,把测量数据依变形程度不同迭代添加到配准过程中,获得更符合工程实际的配准结果。由于每步迭代只有当前变形评价参考点参与配准,不仅结果更可靠,同时也提高了配准效率。这一方法有效解决了钣金贴模度数字化检测问题。第二种方法利用M估计子抑制低精度数据对配准结果的影响,实现了基于M估计的稳健配准,进一步利用Taylor展开式逼近获得线性偏差函数,提高了模型估计效率。所给四种对误差数据抑制程度不同的M估计函数适用于航空零部件检测时的复杂情况。4、提出了一种符合ISO检测标准的统一配准方法,该方法基于最小区域准则直接优化轮廓度误差。不同于现有最小区域法,该方法对零部件测量模型的几何性质没有特殊要求,适合一般曲面检测。为了解决计算复杂性高的问题,利用凝聚函数一致光滑逼近极差目标函数,并通过低存储无约束拟牛顿优化算法求解相应的光滑优化问题。这一算法计算简单高效,容易实施,适合大规模稠密点云数据配准。5、提出一种有效的配准控制点规划方法。基于实验分析,从配准强度定量指标出发定义了配准强度优选参考值和临界阈值,以复杂零部件测量模型的配准强度优选参考值作为配准控制点规划目标,并利用当前配准信息阵计算配准最弱方向,从而选取配准强度指标优化最快的数据点作为新添加的配准控制点。