飛機鈑金零件點云測量數據處理與分析技術

宋麗

摘要：飛機鈑金零件因其特殊且重要的用途，對其質量的監測始終是重中之重。本文先對飛機鈑金件數字化檢測技術進行闡述，再簡要分析鈑金零件測量數據的處理和技術。以期鈑金零件的數字化檢測技術能夠得到更好的發展。

關鍵詞：飛機鈑金零件;點云測量;數據分析;技術分析

引言：過去的飛機鈑金檢測是通過人工對比的形式檢測鈑金件，人工的方式僅僅可以在一定程度上描述鈑金件，并不能精確的描述鈑金件，這會使鈑金件的品質受到影響，進而對飛機的整體品質以及隱身性能等產生影響。在檢測飛機鈑金件時，運用數字化檢測技術可以使人工鈑金件檢測問題進一步得到解決。

1飛機鈑金零件數字化檢測技術

1.1飛機鈑金零件

飛機鈑金件的形狀通常都較為復雜，并且由于其使用的特殊性，對成型零件有著較高的性能要求。同其他行業相比，飛機鈑金零件的技術水平比較高，加工鈑金零件的難度比較大，并且對其零件的品質要求也較為嚴苛。鈑金零件組裝成了飛機的機身，并且鈑金件的鑄造品質會使飛機的氣動特性和隱身性能受到影響。所以，飛機的性能標準在一代代的升級，對成型鈑金件的品質需求也愈來愈高。現在鍛造飛機鈑金件的主要方式是運用專業的裝置，再配以人工操作來完成。檢測鈑金零件的方法皆根據模擬定性評價得出，人工檢測沒有辦法將鈑金零件的幾何形態準確的定量描述出來。若是沒有辦法嚴格把控飛機鈑金零件的品質，那將使飛機整體裝配品質得到較大程度的影響，進而影響飛機的使用性能[1]。

1.1鈑金零件數字化檢測

基于人工的飛機鈑金零件檢測辦法的精確度不高，并且耗費的時間也比較長。為解決以上問題，這些年來相關人員始終在大力研究飛機鈑金零件數字化測量技術。進行鈑金零件的數字化檢測首先需通過運用結構光掃描儀等裝置得到飛機鈑金件的表面點云數據，隨后針對獲取到的表面點云數據實行合理的分析，提煉出三維點云數據當中的較為關鍵的部分幾何特點，例如特征點、特征線等。最后運用提煉到的部分幾何特點針對飛機鈑金件的特征實行分析和評價的工作。

2鈑金零件數據處理與分析

2.1測量數據預處理

由于運用不一樣的設備、方法和操作環境等因素都會對測量鈑金件表面數據的品質造成比較大的影響，所以有必要運用多樣的鈑金件表面數據預處理的方式獲取較為理想的測量數據。對鈑金零件測量數據的事先處理包含數據去噪、簡化、修補以及多視拼合等多方面的操作。在鈑金件數據測量時，因為一些影響因素的作用，會造成測量的數據當中存在噪音點，為使噪音點被去掉，不對之后的數據處理和特征檢測造成影響，需濾波處理測量的數據，一般情況下運用的方式有三種：平均濾波、標準高斯濾波以及中值濾波。運用高斯濾波的方式能夠盡可能使鈑金件模型的形狀得到維持，而中值濾波對于消除毛刺噪音點的效果比較理想，在實際應用當中可以依據數據的具體狀況選取相應的濾波算法。運用光學測量儀器對鈑金件表面數據進行采集的時候很可能會有多余的數據產生，這很可能會花費較長的時間對之后的數據進行處理，因此有必要將鈑金件表面測量的數據實施簡化處理。針對不規則的測量數據來說，可以運用均勻網格以及三角網格的方式對其實施簡化的操作;針對規則的測量數據來說，可以運用弦高差的方式對其實行簡化。在進行數據測量的時候，會因為鈑金零件被遮擋，從而致使零件的部分表面沒有辦法被測量到或是零件表面部分損壞，這些現象都會導致鈑金零件的測量數據缺失。當出現這種情況時，進行數字化檢測前應及時修補缺失的數據。多視拼合的方法是把經不同角度和位置測量到的數據點統一組合到同一個的坐標系中，以便形成可以使被檢測的鈑金零件整體形狀得以展現的測量數據。常用的方式有在被檢測零件上粘貼特殊標簽或者運用精密度較高的工作臺等方式[2]。

2.2測量數據特征線提取

鈑金件測量數據的特征線能夠被分成兩種，分別是邊界線以及棱線。其中在鈑金件中邊界線的特征較為清楚，例如孔邊界以及外形邊界等;而棱線是飛機鈑金零件當中較為光滑的邊界。現在提取測量數據特征線的辦法能夠將邊界線和棱線一同提取出來，同時也存在僅提取邊界線的方式。現在提取特征線的方式有半自動提取以及全自動提取兩種方式。一般情況下全自動提取是首先將網格模型當中發生曲率突然變化的頂點找到，例如曲率比閾值頂點還高或者曲率到達極值，這便是特征點，隨后將這些檢測到的特征點連接變成特征線。有相關研究人員先找到模型當中每個頂點曲率信息的特點，隨后運用成分分析法把沒有順序的特征點連接成為有順序的特征線。半自動提取特征線的方式是讓用戶首先在特征線所指方向選擇幾個點，將相鄰的兩點進行連接初步形成特征線，后運用相應的優化方法對此條特征線實施優化作業，從而使檢測到的特征線更為光滑并更加接近其特征。有相關研究人員在全面考量模型當中每個頂點間曲率以及每兩點間的距離以及方向，在特定的區域當中首先將初始特征線描繪出來，隨后再將該特征線由三維空間投射至二維的平面當中，自二維平面當中將較為光滑的特征線運用相應的算法獲取出來，最后把最新得到的特征線重新投射回到三維空間，進而得出平滑的特征線[3]。

2.3測量數據分塊辦法

為使飛機鈑金零件點云數據當中的特征曲面被提取出來，就應針對點云數據實施分塊的處理。其中較為常用的點云數據分塊方式即是根據邊和根據面兩種方式。根據邊的方式應先將三維測量數據邊界尋找到，隨后運用測量數據的邊界將不同的區域分隔。有相關人員運用空間網格精細劃分的方式，在點云數據當中獲取特征點，隨后運用特征點連接成特征線，并且對點云數據實行分塊處理。這樣的方式適用于對于有比較多鋒利邊界模進行數據分塊操作。然而對于較為光滑的曲面模型來說，該方式的分塊效果欠佳。根據邊的方式有著對噪音點較為敏銳的問題，這會造成邊界點的錯誤判斷，在找尋邊界時，也會造成邊界點的錯誤追蹤，從而較難確保邊界的密封性。根據面的方式通常會運用分區域生長的方式進行數據的分塊處理。在測量數據的任一曲面范圍當中首先選擇一個點當作種子點，隨后以該點為起始點向外側不停分散找尋和該點法矢條件相符合的數據點，將找到的數據點加入到分塊當中，一直到再也沒有和種子點法矢條件相符合的數據點，就此將分割的數據工作圓滿完成。相關研究人員首先對三角網格模型里的三角片實行分類工作，隨后將有著同樣種類三角片進行區域生長操作，將三角網格模型當中的數據分割變成現實。與根據邊的方式相比較，根據面的方式對噪音點并沒有那么敏銳，因此密封性比較優良，而且想要獲得有密閉邊界的模塊數據較為簡便，但是根據面的方式在選擇最開始種子點的時候需要慎重，并且該方式的區域生長標準較難確定。除以上兩種方法之外，還有將兩種方式進行結合運用的方式。該組合方式是先尋找到區域邊界，隨后選擇種子點實行區域的生長，一直生長到分塊邊界，該程序就此結束。有研究人員運用模型當中每個三角片的法矢信息尋找到該模型的邊界，隨后選取種子點實行區域的生長，以此方式進行網格模型數據分割[4]。

結束語：飛機鈑金件的質量很大程度上決定了飛機的質量和性能，因此對鈑金件的檢測不可忽視。運用數字化技術進行鈑金件的檢測，大大提升了檢測效率的同時，也提高了檢測結果的精確度。運用對測量數據進行預處理、提取測量特征線以及分割網格模型數據的方式，可以更好的解決飛機鈑金零件表面測量點云數據的處理和分析，進而使檢測鈑金件的執行效率更高，結果更為精確，更加有利于對鈑金件質量的管控，從而使飛機整體品質和性能得到更加強有力的保障。

參考文獻：

[1] 邰君. 飛機鈑金零件的數控檢測技術運用實踐分析[J]. 科學與財富， 2019， 000（011）：83.

[2] 阮培舉. 飛機鈑金零件數字化檢測技術研究[J]. 華東科技：學術版， 2017（3）：12-12.

[3] 王海晨， 梁春， 沈建新. 面向制造的飛機鈑金零件數據集研究開發[J]. 機械制造與自動化， 2017（4）.42-43

[4] 史云鵬. 復雜零件點云數據獲取方法對比研究[J]. 內燃機與配件， 2019（11）：212-213.

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