【摘要】：大型航空零構(gòu)件是大型飛機(jī)的核心承載結(jié)構(gòu)件,具有尺寸大、薄壁弱剛性等特點(diǎn)。特別是對(duì)于大型復(fù)合材料曲面零構(gòu)件,在裝配過(guò)程中需精確測(cè)量零構(gòu)件三維面形信息,進(jìn)而通過(guò)與數(shù)模比較,分析面形偏差,以避免面形超差致使復(fù)合材料零構(gòu)件強(qiáng)迫裝配。這種強(qiáng)迫裝配極易引起材料的內(nèi)部損傷,嚴(yán)重影響飛機(jī)的裝配質(zhì)量、威脅服役安全性。因此,大型航空曲面零構(gòu)件面形測(cè)量對(duì)于大型航空件的高質(zhì)裝配至關(guān)重要。由于大型航空曲面零構(gòu)件薄壁弱剛性的特點(diǎn),零構(gòu)件面形易發(fā)生變形,需在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下對(duì)其進(jìn)行非接觸測(cè)量,以保證面形測(cè)量的有效性。視覺測(cè)量法具有非接觸、測(cè)量速度快、設(shè)備便于移動(dòng)等優(yōu)勢(shì),在大型航空曲面零構(gòu)件面形測(cè)量中極具潛力。但由于視覺測(cè)量方法測(cè)量范圍較小,測(cè)量精度和魯棒性極易受干擾光場(chǎng)、人員擾動(dòng)等現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜環(huán)境影響,難以滿足大型航空曲面零構(gòu)件面形測(cè)量對(duì)測(cè)量范圍和精度的要求,因此,常規(guī)的視覺測(cè)量法無(wú)法直接應(yīng)用于大型航空曲面零構(gòu)件面形的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。為實(shí)現(xiàn)大型航空曲面零構(gòu)件面形的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量,本文提出了激光輔助視覺測(cè)量方法,并針對(duì)影響大型航空曲面零構(gòu)件面形測(cè)量精度的關(guān)鍵性技術(shù)難題,開展了面向三維大尺寸空間的測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)定技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜環(huán)境中非均勻圖像特征的高精度提取技術(shù)、曲面零構(gòu)件邊界準(zhǔn)確提取技術(shù)等研究工作。具體研究?jī)?nèi)容如下:(1)傳統(tǒng)雙目視覺模型在三維景深方向上標(biāo)定精度低,無(wú)法滿足大型航空構(gòu)件曲面面形在三維大尺寸空間內(nèi)的測(cè)量精度。針對(duì)該問題,本文提出了基于三維圖像畸變校正的雙目視覺測(cè)方法根據(jù)視覺成像系統(tǒng)在三維空間范圍內(nèi)的圖像畸變規(guī)律,結(jié)合雙目視覺測(cè)量原理,建立基于三維圖像畸變校正的雙目視覺測(cè)量模型;并提出了畸變參量和相機(jī)固有參量等模型相關(guān)參數(shù)的標(biāo)定方法。實(shí)驗(yàn)表明所提出的基于三維圖像畸變校正的雙目視覺測(cè)量方法較傳統(tǒng)方法有效地改善了大景深情況下測(cè)量精度較低的問題,顯著提高了三維測(cè)量空間內(nèi)的測(cè)量精確度。(2)為解決在大型航空零構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中由于輔助掃描激光亮度分布不均、結(jié)構(gòu)不清晰等因素造成序列圖像中零件曲面幾何特征難以準(zhǔn)確快速提取的問題,提出大視場(chǎng)零件曲面非均勻光條特征的高精度快速提取方法。結(jié)合所建立的雙目序列激光光條灰度模型,研究在成像過(guò)程中投射角度、距離、零件曲面特征、相機(jī)采集角度等多源因素對(duì)輔助掃描激光亮度分布的影響規(guī)律,從理論上確定輔助掃描激光圖像亮度分布特性;建立激光光條序列圖像質(zhì)量的信度結(jié)構(gòu)相似性評(píng)價(jià)方法,實(shí)現(xiàn)了圖像質(zhì)量評(píng)價(jià);提出基于光強(qiáng)模板的非均勻激光光條區(qū)域提取方法,并結(jié)合提取結(jié)果,提出基于分層處理的激光光條中心快速提取方法。所提出的大視場(chǎng)零件曲面非均勻光條特征高精度快速提取方法可有效避免亮度過(guò)曝區(qū)域的錯(cuò)誤特征提取,同時(shí)完整地保留了激光光條亮度較暗區(qū)域,且相對(duì)于傳統(tǒng)光條中心提取方法,激光光條中心的提取精度大大提高。(3)針對(duì)大型構(gòu)件曲面邊界特征的圖像噪聲干擾大難以準(zhǔn)確提取的問題,提出了一種基于非固定特征點(diǎn)的激光邊界提取方法。通過(guò)被測(cè)零件的非固定特征點(diǎn),構(gòu)建被測(cè)零件整體邊界輪廓約束,基于該約束采用弧長(zhǎng)法實(shí)現(xiàn)激光光條邊界有效判別,大幅提高了零件邊界特征的提取準(zhǔn)確度。為克服視覺測(cè)量方法的測(cè)量范圍的局限性,開展激光與視覺復(fù)合式測(cè)量系統(tǒng)的全局?jǐn)?shù)據(jù)拼接研究。結(jié)合全局拼接的思想,利用全局轉(zhuǎn)接標(biāo)志實(shí)現(xiàn)大范圍全局測(cè)量系統(tǒng)對(duì)局部掃描測(cè)量系統(tǒng)的高精度定位,保證大尺寸全局范圍內(nèi)的曲面零構(gòu)件面形測(cè)量精度,全局測(cè)量精度可達(dá)0.042%。(4)綜合應(yīng)用所提出的大型航空曲面零構(gòu)件面形激光輔助視覺測(cè)量關(guān)鍵技術(shù),研發(fā)出大型航空曲面零構(gòu)件面形測(cè)量系統(tǒng),系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)3米以上全尺寸大型航空曲面零構(gòu)件面形測(cè)量。依據(jù)國(guó)際三維視覺檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)所搭建的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行精度驗(yàn)證,測(cè)量精度可達(dá)0.2mm,滿足大型航空曲面零構(gòu)件面形測(cè)量要求。并采用所搭建的測(cè)量系統(tǒng),基于本文所提出的測(cè)量關(guān)鍵技術(shù),開展了大型航空曲面零構(gòu)件面形的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:應(yīng)用本論文所提出的大型航空曲面零構(gòu)件面形激光輔助視覺測(cè)量關(guān)鍵技術(shù),能良好地測(cè)量大型航空曲面零構(gòu)件的三維面形特征,為構(gòu)件裝配分析提供有效的測(cè)量數(shù)據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V261
【圖文】：

１．１研究背景與意義逡逑大型航空構(gòu)件多由大型整體復(fù)合材料、夾芯材料以及其他金屬零件加工裝配連接而逡逑成，如圖１．１所示。構(gòu)件的高可靠低損傷連接裝配是確保飛機(jī)結(jié)構(gòu)安全的前提和基礎(chǔ)。逡逑大型復(fù)合材料零構(gòu)件成型和加工過(guò)程中不可避免的會(huì)產(chǎn)生尺寸誤差和變形，造成連接配逡逑合面難以自然貼合，產(chǎn)生連接千涉或裝配間隙，造成零構(gòu)件的強(qiáng)迫裝配［１］。而強(qiáng)迫裝配逡逑極易造成復(fù)合材料的內(nèi)部損傷，引發(fā)飛機(jī)在服役期間無(wú)征兆破損，嚴(yán)重影響服役性能的逡逑可靠性［２＿５］。因此，在裝配過(guò)程中，必需對(duì)大型航空曲面零構(gòu)件面形的現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)進(jìn)行三逡逑維面形高精度測(cè)量，進(jìn)而通過(guò)三維面形測(cè)量數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)模的對(duì)比分析獲得大型航空曲逡逑面零構(gòu)件的三維面形偏差和變形情況，為大型航空零構(gòu)件裝配提供數(shù)據(jù)支撐。逡逑圖ｉ．ｉ大型復(fù)合材料零構(gòu)件逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｐａｒｔｓ邋ｏｆ邋ｌａｒｇｅ邋ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ邋ｍａｔｅｒｉａｌｓ逡逑以某型號(hào)飛機(jī)平尾試驗(yàn)件為例，如圖１．２所示，幾何尺寸可達(dá)長(zhǎng)６．５ｍ、寬】．３ｎｉ、逡逑高０．１ｍ

Ｐ邋尾壁邋６：ｉｍ逡逑（：型梁邋６．５ｍ邋Ｘ邋0？邋１邋ｍ逡逑圖１．２某型號(hào)飛機(jī)平尾試驗(yàn)件逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ邋ｔａｉｌ邋ｏｆ邋ａ邋ｃｅｒｔａｉｎ邋ｔｙｐｅ邋ｏｆ邋ａｉｒｃｒａｆｔ逡逑在數(shù)字化測(cè)量過(guò)程中主要是通過(guò)有限點(diǎn)集來(lái)表征實(shí)際產(chǎn)品的幾何信息。目前，由于逡逑缺乏對(duì)大型航空曲面零構(gòu)件面形的有效表征，測(cè)量過(guò)程中僅對(duì)零構(gòu)件的局部關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行逡逑測(cè)量，點(diǎn)集數(shù)量較少，點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)易產(chǎn)生歧義難以明確表征結(jié)構(gòu)特征。特別是對(duì)于大逡逑型航空曲面零構(gòu)件，由于其形面的薄壁弱剛性，面形無(wú)特定的結(jié)構(gòu)特征，無(wú)法通過(guò)少量逡逑點(diǎn)對(duì)零構(gòu)件曲面面形進(jìn)行有效描述。因此，面向大型航空曲面零構(gòu)件面形測(cè)量需通過(guò)掃逡逑描的方式增加測(cè)量點(diǎn)密度，以實(shí)現(xiàn)零構(gòu)件曲面三維面形的有效表征。逡逑在大型航空曲面零構(gòu)件面形測(cè)量中，需綜合考慮全場(chǎng)測(cè)量精度和局部特征測(cè)量精逡逑度

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本文編號(hào)：2801777