【摘 要】
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蒙皮对缝阶差与间隙大量存在于飞机表面,是评价飞机表面平滑度的主要指标,对缝阶差与间隙测量是飞机气动外缘偏差检查的工作内容之一。随着飞机气动性能和隐身性能的不断提高,以塞片法和电容法为主的传统气动外缘偏差检查方法已经很难满足要求。线结构光测量方法具有非接触、精度高、实时性等优点,能够克服传统方法存在测量结果误差大、应用范围有限等问题,是飞机蒙皮对缝测量领域的发展方向之一。本文围绕飞机蒙皮对缝测量这一
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蒙皮对缝阶差与间隙大量存在于飞机表面,是评价飞机表面平滑度的主要指标,对缝阶差与间隙测量是飞机气动外缘偏差检查的工作内容之一。随着飞机气动性能和隐身性能的不断提高,以塞片法和电容法为主的传统气动外缘偏差检查方法已经很难满足要求。线结构光测量方法具有非接触、精度高、实时性等优点,能够克服传统方法存在测量结果误差大、应用范围有限等问题,是飞机蒙皮对缝测量领域的发展方向之一。本文围绕飞机蒙皮对缝测量这一主题,采用双线结构光测量方法,以两根光条构造对缝阶差和间隙,解决单线结构光在测量阶差和间隙时由于无法保证激光条纹与蒙皮对缝垂直而造成测量结果误差大且不稳定的问题,重点研究蒙皮结构光光条模型、线结构光测量系统标定、结构光测量图像处理、蒙皮对缝特征表达与解算等难点,提高飞机蒙皮对缝测量精度和稳定性。本文以基于双线结构光的飞机蒙皮对缝测量为研究对象,全文的研究成果包括:（1）研究了蒙皮表面结构光光条模型,给出了结构光与飞机蒙皮干涉时光条的截面模型,并研究了蒙皮表面、边缘结构等因素对结构光光条的影响。（2）针对结构光测量系统标定中存在的相机标定结果波动大、结构光平面参数标定精度低的问题,设计了基于圆环点与RANSAC（RANdom SAmple Consensus,随机抽样一致）的相机与双线结构光标定算法,推导了基于圆环点的相机内参数解算模型;将结构光平面参数标定过程与相机标定过程结合在一起,简化了结构光测量系统标定过程;基于Sampson误差估计,进一步优化标定结果;通过仿真实验和真实实验验证了相机标定和结构光标定结果的精度,与现有结构光测量系统标定方法相比能够获得精度更高的相机与结构光平面标定结果。（3）针对蒙皮对缝测量图像处理过程中存在的光条图像噪声多、光条特征提取结果误差大的问题,提出了基于一阶变分模型与自适应函数的图像去噪算法,证明了该去噪模型的可解性以及解的唯一性,引入Bregman距离对变分去噪模型进行解算,并用仿真实验验证了该去噪模型的抗噪性和保真性;将Fuzzy C-Means（模糊C均值）算法引入光条图像分割过程,提出了基于改进模糊C均值的图像分割算法,通过改进传统FCM算法的模糊隶属度函数和目标函数提高了对噪声的抗干扰性以及对光条的适用性;提出了基于多重模板与区域灰度重心的光条中心提取方法,结合光条图像分割结果对光条特征进行细化。（4）研究了蒙皮对缝特征表达以及对缝阶差与间隙解算方法,在对蒙皮对缝结构充分分析的基础上构建了面向飞机蒙皮对缝测量的光条特征表达模型;在计算阶差和间隙时,考虑对缝边缘结构对计算结果的影响,并提出了面向多种蒙皮对缝结构的阶差与间隙解算方法。（5）在以上研究内容的基础上,以某机器人智能检测项目为依托,面向PC端和手持式分别设计蒙皮对缝测量系统,并基于VS2010和Qt5.2.2开发了飞机蒙皮对缝测量软件;采用阶差和间隙试验件验证了双线结构光对缝测量系统的精度,结果表明蒙皮对缝测量精度可达17μm（阶差）/38μm（间隙）,本文研究成果为目前国内飞机制造厂在对缝测量方面提供了理论和应用支持。
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