论文部分内容阅读
摘要：飞机钣金零件因其特殊且重要的用途，对其质量的监测始终是重中之重。本文先对飞机钣金件数字化检测技术进行阐述，再简要分析钣金零件测量数据的处理和技术。以期钣金零件的数字化检测技术能够得到更好的发展。
关键词：飞机钣金零件;点云测量;数据分析;技术分析
引言：过去的飞机钣金检测是通过人工对比的形式检测钣金件，人工的方式仅仅可以在一定程度上描述钣金件，并不能精确的描述钣金件，这会使钣金件的品质受到影响，进而对飞机的整体品质以及隐身性能等产生影响。在检测飞机钣金件时，运用数字化检测技术可以使人工钣金件检测问题进一步得到解决。
1飞机钣金零件数字化检测技术
1.1飞机钣金零件
飞机钣金件的形状通常都较为复杂，并且由于其使用的特殊性，对成型零件有着较高的性能要求。同其他行业相比，飞机钣金零件的技术水平比较高，加工钣金零件的难度比较大，并且对其零件的品质要求也较为严苛。钣金零件组装成了飞机的机身，并且钣金件的铸造品质会使飞机的气动特性和隐身性能受到影响。所以，飞机的性能标准在一代代的升级，对成型钣金件的品质需求也愈来愈高。现在锻造飞机钣金件的主要方式是运用专业的装置，再配以人工操作来完成。检测钣金零件的方法皆根据模拟定性评价得出，人工检测没有办法将钣金零件的几何形态准确的定量描述出来。若是没有办法严格把控飞机钣金零件的品质，那将使飞机整体装配品质得到较大程度的影响，进而影响飞机的使用性能[1]。
1.1钣金零件数字化检测
基于人工的飞机钣金零件检测办法的精确度不高，并且耗费的时间也比较长。为解决以上问题，这些年来相关人员始终在大力研究飞机钣金零件数字化测量技术。进行钣金零件的数字化检测首先需通过运用结构光扫描仪等装置得到飞机钣金件的表面点云数据，随后针对获取到的表面点云数据实行合理的分析，提炼出三维点云数据当中的较为关键的部分几何特点，例如特征点、特征线等。最后运用提炼到的部分几何特点针对飞机钣金件的特征实行分析和评价的工作。
2钣金零件数据处理与分析
2.1测量数据预处理
由于运用不一样的设备、方法和操作环境等因素都会对测量钣金件表面数据的品质造成比较大的影响，所以有必要运用多样的钣金件表面数据预处理的方式获取较为理想的测量数据。对钣金零件测量数据的事先处理包含数据去噪、简化、修补以及多视拼合等多方面的操作。在钣金件数据测量时，因为一些影响因素的作用，会造成测量的数据当中存在噪音点，为使噪音点被去掉，不对之后的数据处理和特征检测造成影响，需滤波处理测量的数据，一般情况下运用的方式有三种：平均滤波、标准高斯滤波以及中值滤波。运用高斯滤波的方式能够尽可能使钣金件模型的形状得到维持，而中值滤波对于消除毛刺噪音点的效果比较理想，在实际应用当中可以依据数据的具体状况选取相应的滤波算法。运用光学测量仪器对钣金件表面数据进行采集的时候很可能会有多余的数据产生，这很可能会花费较长的时间对之后的数据进行处理，因此有必要将钣金件表面测量的数据实施简化处理。针对不规则的测量数据来说，可以运用均匀网格以及三角网格的方式对其实施简化的操作;针对规则的测量数据来说，可以运用弦高差的方式对其实行简化。在进行数据测量的时候，会因为钣金零件被遮挡，从而致使零件的部分表面没有办法被测量到或是零件表面部分损坏，这些现象都会导致钣金零件的测量数据缺失。当出现这种情况时，进行数字化检测前应及时修补缺失的数据。多视拼合的方法是把经不同角度和位置测量到的数据点统一组合到同一个的坐标系中，以便形成可以使被检测的钣金零件整体形状得以展现的测量数据。常用的方式有在被检测零件上粘贴特殊标签或者运用精密度较高的工作台等方式[2]。
2.2测量数据特征线提取
钣金件测量数据的特征线能够被分成两种，分别是边界线以及棱线。其中在钣金件中边界线的特征较为清楚，例如孔边界以及外形边界等;而棱线是飞机钣金零件当中较为光滑的边界。现在提取测量数据特征线的办法能够将边界线和棱线一同提取出来，同时也存在仅提取边界线的方式。现在提取特征线的方式有半自动提取以及全自动提取两种方式。一般情况下全自动提取是首先将网格模型当中发生曲率突然变化的顶点找到，例如曲率比阈值顶点还高或者曲率到达极值，这便是特征点，随后将这些检测到的特征点连接变成特征线。有相关研究人员先找到模型当中每个顶点曲率信息的特点，随后运用成分分析法把没有顺序的特征点连接成为有顺序的特征线。半自动提取特征线的方式是让用户首先在特征线所指方向选择几个点，将相邻的两点进行连接初步形成特征线，后运用相应的优化方法对此条特征线实施优化作业，从而使检测到的特征线更为光滑并更加接近其特征。有相关研究人员在全面考量模型当中每个顶点间曲率以及每两点间的距离以及方向，在特定的区域当中首先将初始特征线描绘出来，随后再将该特征线由三维空间投射至二维的平面当中，自二维平面当中将较为光滑的特征线运用相应的算法获取出来，最后把最新得到的特征线重新投射回到三维空间，进而得出平滑的特征线[3]。
2.3测量数据分块办法
为使飞机钣金零件点云数据当中的特征曲面被提取出来，就应针对点云数据实施分块的处理。其中较为常用的点云数据分块方式即是根据边和根据面两种方式。根据边的方式应先将三维测量数据边界寻找到，随后运用测量数据的边界将不同的区域分隔。有相关人员运用空间网格精细划分的方式，在点云数据当中获取特征点，随后运用特征点连接成特征线，并且对点云数据实行分块处理。这样的方式适用于对于有比较多锋利边界模进行数据分块操作。然而对于较为光滑的曲面模型来说，该方式的分块效果欠佳。根据边的方式有着对噪音点较为敏锐的问题，这会造成边界点的错误判断，在找寻边界时，也会造成边界点的错误追踪，从而较难确保边界的密封性。根据面的方式通常会运用分区域生长的方式进行数据的分块处理。在测量数据的任一曲面范围当中首先选择一个点当作种子点，随后以该点为起始点向外侧不停分散找寻和该点法矢条件相符合的数据点，将找到的数据点加入到分块当中，一直到再也没有和种子点法矢条件相符合的数据点，就此将分割的数据工作圆满完成。相关研究人员首先对三角网格模型里的三角片实行分类工作，随后将有着同样种类三角片进行区域生长操作，将三角网格模型当中的数据分割变成现实。与根据边的方式相比较，根据面的方式对噪音点并没有那么敏锐，因此密封性比较优良，而且想要获得有密闭边界的模块数据较为简便，但是根据面的方式在选择最开始种子点的时候需要慎重，并且该方式的区域生长标准较难确定。除以上两种方法之外，还有将两种方式进行结合运用的方式。该组合方式是先寻找到区域边界，随后选择种子点实行区域的生长，一直生长到分块边界，该程序就此结束。有研究人员运用模型当中每个三角片的法矢信息寻找到该模型的边界，随后选取种子点实行区域的生长，以此方式进行网格模型数据分割[4]。
结束语：飞机钣金件的质量很大程度上决定了飞机的质量和性能，因此对钣金件的检测不可忽视。运用数字化技术进行钣金件的检测，大大提升了检测效率的同时，也提高了检测结果的精确度。运用对测量数据进行预处理、提取测量特征线以及分割网格模型数据的方式，可以更好的解决飞机钣金零件表面测量点云数据的处理和分析，进而使检测钣金件的执行效率更高，结果更为精确，更加有利于对钣金件质量的管控，从而使飞机整体品质和性能得到更加强有力的保障。
参考文献：
[1] 邰君. 飞机钣金零件的数控检测技术运用实践分析[J]. 科学与财富， 2019， 000（011）：83.
[2] 阮培举. 飞机钣金零件数字化检测技术研究[J]. 华东科技：学术版， 2017（3）：12-12.
[3] 王海晨， 梁春， 沈建新. 面向制造的飞机钣金零件数据集研究开发[J]. 机械制造与自动化， 2017（4）.42-43
[4] 史云鹏. 复杂零件点云数据获取方法对比研究[J]. 内燃机与配件， 2019（11）：212-213.
航空工業沈阳飞机工业（集团）有限公司 辽宁省沈阳市 110034
关键词：飞机钣金零件;点云测量;数据分析;技术分析
引言：过去的飞机钣金检测是通过人工对比的形式检测钣金件，人工的方式仅仅可以在一定程度上描述钣金件，并不能精确的描述钣金件，这会使钣金件的品质受到影响，进而对飞机的整体品质以及隐身性能等产生影响。在检测飞机钣金件时，运用数字化检测技术可以使人工钣金件检测问题进一步得到解决。
1飞机钣金零件数字化检测技术
1.1飞机钣金零件
飞机钣金件的形状通常都较为复杂，并且由于其使用的特殊性，对成型零件有着较高的性能要求。同其他行业相比，飞机钣金零件的技术水平比较高，加工钣金零件的难度比较大，并且对其零件的品质要求也较为严苛。钣金零件组装成了飞机的机身，并且钣金件的铸造品质会使飞机的气动特性和隐身性能受到影响。所以，飞机的性能标准在一代代的升级，对成型钣金件的品质需求也愈来愈高。现在锻造飞机钣金件的主要方式是运用专业的装置，再配以人工操作来完成。检测钣金零件的方法皆根据模拟定性评价得出，人工检测没有办法将钣金零件的几何形态准确的定量描述出来。若是没有办法严格把控飞机钣金零件的品质，那将使飞机整体装配品质得到较大程度的影响，进而影响飞机的使用性能[1]。
1.1钣金零件数字化检测
基于人工的飞机钣金零件检测办法的精确度不高，并且耗费的时间也比较长。为解决以上问题，这些年来相关人员始终在大力研究飞机钣金零件数字化测量技术。进行钣金零件的数字化检测首先需通过运用结构光扫描仪等装置得到飞机钣金件的表面点云数据，随后针对获取到的表面点云数据实行合理的分析，提炼出三维点云数据当中的较为关键的部分几何特点，例如特征点、特征线等。最后运用提炼到的部分几何特点针对飞机钣金件的特征实行分析和评价的工作。
2钣金零件数据处理与分析
2.1测量数据预处理
由于运用不一样的设备、方法和操作环境等因素都会对测量钣金件表面数据的品质造成比较大的影响，所以有必要运用多样的钣金件表面数据预处理的方式获取较为理想的测量数据。对钣金零件测量数据的事先处理包含数据去噪、简化、修补以及多视拼合等多方面的操作。在钣金件数据测量时，因为一些影响因素的作用，会造成测量的数据当中存在噪音点，为使噪音点被去掉，不对之后的数据处理和特征检测造成影响，需滤波处理测量的数据，一般情况下运用的方式有三种：平均滤波、标准高斯滤波以及中值滤波。运用高斯滤波的方式能够尽可能使钣金件模型的形状得到维持，而中值滤波对于消除毛刺噪音点的效果比较理想，在实际应用当中可以依据数据的具体状况选取相应的滤波算法。运用光学测量仪器对钣金件表面数据进行采集的时候很可能会有多余的数据产生，这很可能会花费较长的时间对之后的数据进行处理，因此有必要将钣金件表面测量的数据实施简化处理。针对不规则的测量数据来说，可以运用均匀网格以及三角网格的方式对其实施简化的操作;针对规则的测量数据来说，可以运用弦高差的方式对其实行简化。在进行数据测量的时候，会因为钣金零件被遮挡，从而致使零件的部分表面没有办法被测量到或是零件表面部分损坏，这些现象都会导致钣金零件的测量数据缺失。当出现这种情况时，进行数字化检测前应及时修补缺失的数据。多视拼合的方法是把经不同角度和位置测量到的数据点统一组合到同一个的坐标系中，以便形成可以使被检测的钣金零件整体形状得以展现的测量数据。常用的方式有在被检测零件上粘贴特殊标签或者运用精密度较高的工作台等方式[2]。
2.2测量数据特征线提取
钣金件测量数据的特征线能够被分成两种，分别是边界线以及棱线。其中在钣金件中边界线的特征较为清楚，例如孔边界以及外形边界等;而棱线是飞机钣金零件当中较为光滑的边界。现在提取测量数据特征线的办法能够将边界线和棱线一同提取出来，同时也存在仅提取边界线的方式。现在提取特征线的方式有半自动提取以及全自动提取两种方式。一般情况下全自动提取是首先将网格模型当中发生曲率突然变化的顶点找到，例如曲率比阈值顶点还高或者曲率到达极值，这便是特征点，随后将这些检测到的特征点连接变成特征线。有相关研究人员先找到模型当中每个顶点曲率信息的特点，随后运用成分分析法把没有顺序的特征点连接成为有顺序的特征线。半自动提取特征线的方式是让用户首先在特征线所指方向选择几个点，将相邻的两点进行连接初步形成特征线，后运用相应的优化方法对此条特征线实施优化作业，从而使检测到的特征线更为光滑并更加接近其特征。有相关研究人员在全面考量模型当中每个顶点间曲率以及每两点间的距离以及方向，在特定的区域当中首先将初始特征线描绘出来，随后再将该特征线由三维空间投射至二维的平面当中，自二维平面当中将较为光滑的特征线运用相应的算法获取出来，最后把最新得到的特征线重新投射回到三维空间，进而得出平滑的特征线[3]。
2.3测量数据分块办法
为使飞机钣金零件点云数据当中的特征曲面被提取出来，就应针对点云数据实施分块的处理。其中较为常用的点云数据分块方式即是根据边和根据面两种方式。根据边的方式应先将三维测量数据边界寻找到，随后运用测量数据的边界将不同的区域分隔。有相关人员运用空间网格精细划分的方式，在点云数据当中获取特征点，随后运用特征点连接成特征线，并且对点云数据实行分块处理。这样的方式适用于对于有比较多锋利边界模进行数据分块操作。然而对于较为光滑的曲面模型来说，该方式的分块效果欠佳。根据边的方式有着对噪音点较为敏锐的问题，这会造成边界点的错误判断，在找寻边界时，也会造成边界点的错误追踪，从而较难确保边界的密封性。根据面的方式通常会运用分区域生长的方式进行数据的分块处理。在测量数据的任一曲面范围当中首先选择一个点当作种子点，随后以该点为起始点向外侧不停分散找寻和该点法矢条件相符合的数据点，将找到的数据点加入到分块当中，一直到再也没有和种子点法矢条件相符合的数据点，就此将分割的数据工作圆满完成。相关研究人员首先对三角网格模型里的三角片实行分类工作，随后将有着同样种类三角片进行区域生长操作，将三角网格模型当中的数据分割变成现实。与根据边的方式相比较，根据面的方式对噪音点并没有那么敏锐，因此密封性比较优良，而且想要获得有密闭边界的模块数据较为简便，但是根据面的方式在选择最开始种子点的时候需要慎重，并且该方式的区域生长标准较难确定。除以上两种方法之外，还有将两种方式进行结合运用的方式。该组合方式是先寻找到区域边界，随后选择种子点实行区域的生长，一直生长到分块边界，该程序就此结束。有研究人员运用模型当中每个三角片的法矢信息寻找到该模型的边界，随后选取种子点实行区域的生长，以此方式进行网格模型数据分割[4]。
结束语：飞机钣金件的质量很大程度上决定了飞机的质量和性能，因此对钣金件的检测不可忽视。运用数字化技术进行钣金件的检测，大大提升了检测效率的同时，也提高了检测结果的精确度。运用对测量数据进行预处理、提取测量特征线以及分割网格模型数据的方式，可以更好的解决飞机钣金零件表面测量点云数据的处理和分析，进而使检测钣金件的执行效率更高，结果更为精确，更加有利于对钣金件质量的管控，从而使飞机整体品质和性能得到更加强有力的保障。
参考文献：
[1] 邰君. 飞机钣金零件的数控检测技术运用实践分析[J]. 科学与财富， 2019， 000（011）：83.
[2] 阮培举. 飞机钣金零件数字化检测技术研究[J]. 华东科技：学术版， 2017（3）：12-12.
[3] 王海晨， 梁春， 沈建新. 面向制造的飞机钣金零件数据集研究开发[J]. 机械制造与自动化， 2017（4）.42-43
[4] 史云鹏. 复杂零件点云数据获取方法对比研究[J]. 内燃机与配件， 2019（11）：212-213.
航空工業沈阳飞机工业（集团）有限公司 辽宁省沈阳市 110034