一种面向飞机整机测量数据的机身轮廓度分析方法技术

本发明专利技术公开了一种面向飞机整机测量数据的机身轮廓度分析方法，包括：通过激光扫描仪获取飞机点云数据，并从飞机点云数据中选取飞机机身部件点云数据；以WLOP局部投影算子为基础，基于点云的L1中值曲线骨架概念，从飞机机身部件点云数据中提取飞机机身部件中轴线；将提取的飞机机身部件中轴线均匀采样为多个骨架点，提取机身部件截面轮廓离散点集；对提取的机身部件截面轮廓离散点集进行圆拟合，获得所有截面切片的拟合圆及其参数；通过计算截面形变位移度量指标，评估机身截面轮廓度。该机身轮廓度分析方法以局部截面轮廓截取与截面轮廓曲线拟合代替对飞机整体曲面拟合，保证曲线拟合精度。线拟合精度。线拟合精度。

【技术实现步骤摘要】
一种面向飞机整机测量数据的机身轮廓度分析方法


[0001]本专利技术涉及三维点云测量
，具体而言，涉及一种面向飞机整机测量数据的机身轮廓度分析方法。

技术介绍

[0002]飞机机体结构大多外形复杂，容易发生变形，而且这种变形在装配过程中还因外载荷动态变化，很难将机体结构的尺寸精度控制在较高水平。并且在飞机外形形变检测中，直接用初始测量点云经过曲面拟合处理一次生成符合要求的单张曲面非常困难，而且拟合生成的曲面的质量在光滑性和控制点数量上也不能满足要求。并且通常飞机点云数据具有尺寸大，数据海量的特点，若对所有点云数据通过全局拟合的方法提取截面，必将消耗大量计算时间，极大降低数据处理的效率。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中的不足，本专利技术提出了一种中轴曲线骨架驱动的飞机部件形变分析方法。针对现场飞机维护需求，对各部件形变分析的综合能力，提供更全面化、自动化的形变分析，提升预警能力。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种面向飞机整机测量数据的机身轮廓度分析方法，具体包括如下步骤：步骤S1、通过激光扫描仪获取飞机点云数据，并从飞机点云数据中选取飞机机身部件点云数据，设置飞机机身部件点云数据的机身包围框；步骤S2、以WLOP局部投影算子为基础，基于点云的中值曲线骨架概念，从飞机机身部件点云数据中提取飞机机身部件中轴线；步骤S3、将提取的飞机机身部件中轴线均匀采样为多个骨架点，提取机身部件截面轮廓离散点集；步骤S4、对提取的机身部件截面轮廓离散点集进行圆拟合，获得所有截面切片的拟合圆及其参数；步骤S5、通过计算截面形变位移度量指标，评估机身截面轮廓度。
[0005]进一步地，步骤S2的具体实现过程如下：对飞机机身部件点云数据通过WLOP局部投影算子进行平滑重采样；将平滑重采样后的飞机机身部件点云数据再基于点云的中值曲线骨架概念，使用带正则项的中值目标能量函数，提取不同尺度的L1中值骨架，得到飞机机身部件中轴线。
[0006]进一步地，所述目标能量函数L为：其中，表示飞机机身部件点云，表示飞机机身部件点云中点的索引，表示飞
机机身部件点云中第个点，I表示中值骨架上的点集合，表示中值骨架上的点索引，表示中值骨架上的第个点，是平衡参数，表示距离权重函数，表示中值骨架上除以外的点。
[0007]进一步地，步骤S3包括如下子步骤：步骤S301、以机身包围框长端对角线长度的2%为间距将飞机机身部件中轴线均匀采样为多个骨架点；步骤S302、在每个骨架点的前后侧各取一点，分别在三个点处垂直于飞机机身部件中轴线的平面形成截面切片；步骤S303、分别以该三个点为中心构建局部极坐标系，将三个局部极坐标系分别以对应点为中心，按照等角度进行点云搜索，提取机身部件截面轮廓离散点集。
[0008]进一步地，在等角度点云搜索过程中，若某一方向上未搜到飞机机身部件点云数据，则对该方向邻域内的飞机机身部件点云数据进行局部曲线拟合，内插出该方向对应的截面点坐标。
[0009]进一步地，步骤S4包括如下子步骤：步骤S401、对于任意一个截面切片，进行随机一致性采样算法RANSAC 的参数初始化，设置最大迭代次数W，并假设初始候选圆的得分和阈值；步骤S402、基于截面切片的采样点密度，计算截面切片内部每个点的采样概率；步骤S403、在一次拟合中，将随机一致性采样算法RANSAC中的随机采样替换成基于步骤S402中的采样概率进行采样，然后计算出与采样概率对应的候选圆参数，其中，表示候选圆上的一个点，表示候选圆上的另一个点，表示候选圆的半径；步骤 S404、统计在候选圆的阈值范围内的局内点集合中每个局内点的采样密度，将采样密度作为该候选圆的得分，其中，m为局内点的个数，e为局内点的索引，为局内点集合中第e个点的采样密度值；步骤 S405、若，则将赋值给，导出候选圆参数；步骤S406、若拟合次数，则继续重复上述步骤S403~ S405；若拟合次数，则获得所有截面切片的拟合圆及其参数。
[0010]进一步地，所述最大迭代次数W为：其中，n为每次采样的点数，为随机一致性采样算法RANSAC的置信度，p=0.9，q为当前候选圆采样密度与截面切片的比值。
[0011]进一步地，所述截面切片内部每个点的采样概率为：
，其中，表示截面切片内部第个点的采样概率，表示截面切片内部第k个点的采样密度，表示以第k个点为中心建立的局部邻域包含的点数，r为局部邻域l的半径，表示截面切片内部最大采样点密度，表示截面切片内部最小采样点密度。
[0012]进一步地，所述截面形变位移μ度量指标为：其中，表示拟合圆在投影平面上与极坐标系原点角度夹角为a的点，O是将截面切片与投影平面对齐后的坐标中心点，是发生形变后截面曲线角度a的点。
[0013]进一步地，所述形变后截面曲线表示拟合圆与原始飞机机身轮廓数据的形变曲线。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术面向飞机整机测量数据的机身轮廓度分析方法以局部截面轮廓截取与截面轮廓曲线拟合代替对飞机整体曲面拟合，不仅能避免全局拟合的庞大计算量，有效降低运算成本，同时还能以指定位置的局部点云数据为依据，对该位置进行曲线拟合，排除其他不相关数据对拟合区域的干扰，从而保证曲线拟合精度。
附图说明
[0015]图1为本专利技术的面向飞机整机测量数据的机身轮廓度分析方法流程图；图2为本专利技术中飞机机身部件点云数据图；图3为本专利技术中机身部件截面轮廓离散点集示意图；图4为根据本专利技术方法进行机身截面轮廓形变分析图。
具体实施方式
[0016]下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步地详细说明。
[0017]如图1为本专利技术的面向飞机整机测量数据的机身轮廓度分析方法流程图，该机身轮廓度分析方法具体包括如下步骤：步骤S1、通过激光扫描仪获取飞机点云数据，并从飞机点云数据中选取飞机机身部件点云数据，飞机机身部件点云数据如图2所示，并设置飞机机身部件点云数据的机身包围框。
[0018]步骤S2、以WLOP局部投影算子为基础，基于点云的L1中值曲线骨架概念，从飞机机身部件点云数据中提取飞机机身部件中轴线；L1中值曲线骨架可表达飞机的整体走势，在截取截面轮廓时首先需要知道截取位置处机身的空间姿态信息，从而使切割平面与机身表面保持正交关系。具体地：对飞机机身部件点云数据通过WLOP局部投影算子进行平滑重采样；将平滑重采样后的飞机机身部件点云数据再基于点云的L1中值曲线骨架概念，使用带正则项的L1中值目标能量函数，提取不同尺度的L1中值骨架，得到飞机机身部件中轴线。具
体地，通过不断扩大邻域的方法，先用较小邻域进行收缩，固定已经将骨架支点整齐排列成骨架分支，然后继续扩大邻域半径，找到一个新的分支，直到所有骨架点连接到骨架分支。本专利技术中涉及的目标能量函数L为：其中，表示飞机机身部件点云，表示飞机机身部件点云中点的索引，表示飞机机身部件点云中第j个点，I表示L1中值骨架上的点集合，i表示L1中值骨架上的点索引，x
i...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向飞机整机测量数据的机身轮廓度分析方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤S1、通过激光扫描仪获取飞机点云数据，并从飞机点云数据中选取飞机机身部件点云数据，设置飞机机身部件点云数据的机身包围框；步骤S2、以WLOP局部投影算子为基础，基于点云的中值曲线骨架概念，从飞机机身部件点云数据中提取飞机机身部件中轴线；步骤S3、将提取的飞机机身部件中轴线均匀采样为多个骨架点，提取机身部件截面轮廓离散点集；步骤S4、对提取的机身部件截面轮廓离散点集进行圆拟合，获得所有截面切片的拟合圆及其参数；步骤S5、通过计算截面形变位移度量指标，评估机身截面轮廓度。2.根据权利要求1所述面向飞机整机测量数据的机身轮廓度分析方法，其特征在于，步骤S2的具体实现过程如下：对飞机机身部件点云数据通过WLOP局部投影算子进行平滑重采样；将平滑重采样后的飞机机身部件点云数据再基于点云的中值曲线骨架概念，使用带正则项的中值目标能量函数，提取不同尺度的L1中值骨架，得到飞机机身部件中轴线。3.根据权利要求2所述面向飞机整机测量数据的机身轮廓度分析方法，其特征在于，所述目标能量函数L为：其中，表示飞机机身部件点云，表示飞机机身部件点云中点的索引，表示飞机机身部件点云中第个点，I表示中值骨架上的点集合，表示中值骨架上的点索引，表示中值骨架上的第个点，是平衡参数，表示距离权重函数，表示中值骨架上除以外的点。4.根据权利要求1所述面向飞机整机测量数据的机身轮廓度分析方法，其特征在于，步骤S3包括如下子步骤：步骤S301、以机身包围框长端对角线长度的2%为间距将飞机机身部件中轴线均匀采样为多个骨架点；步骤S302、在每个骨架点的前后侧各取一点，分别在三个点处垂直于飞机机身部件中轴线的平面形成截面切片；步骤S303、分别以该三个点为中心构建局部极坐标系，将三个局部极坐标系分别以对应点为中心，按照等角度进行点云搜索，提取机身部件截面轮廓离散点集。5.根据权利要求4所述面向飞机整机测量数据的机身轮廓度分析方法，其特征在于，在等角度点云搜索过程中，若某一方向上未搜到飞机机身部件点云数据，则对该方向邻域内的飞机机身部件点云数据进行局部曲线拟合，内插出该方向对应的...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪俊，仲天驰，单忠德，张沅，肖坤，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：