一种基于实测三维数据的飞机整机外形波纹度测量方法技术

本发明专利技术公开一种基于实测三维数据的飞机整机外形波纹度测量方法，包括步骤：对整机的原始点云数据进行去除离群点操作，然后采用最佳拟合方式将整机的理论点云模型与实际点云模型进行配准；在理论点云模型中提取待测外形面的理论曲线，并将理论曲线所在投影平面附近的点云数据作为待测曲线的候补点；离散理论曲线并计算各离散点在候补点集中的对应点；根据各离散点在重力与内力的作用下产生的位移调整各离散点的位置，直至达到迭代终止条件；根据理论曲线离散点及其对应点的距离提取波纹度曲线并计算波形度参数。本发明专利技术结合三维点云数据，基于配准的理论模型与点云模型，实现了待测曲面波纹度信息的准确高效提取。待测曲面波纹度信息的准确高效提取。待测曲面波纹度信息的准确高效提取。

【技术实现步骤摘要】
一种基于实测三维数据的飞机整机外形波纹度测量方法


[0001]本专利技术属于飞机整机外形波纹度测量领域，具体涉及一种基于实测三维数据的飞机整机外形波纹度测量方法。

技术介绍

[0002]飞机外形的波纹度对飞机的气动性能、飞行性能都会产生较大的影响。目前，较多的使用实物样条的方法对飞机外形的波纹度进行检测，但是该方法存在测量精度低、效率低且工作量大等缺陷，已逐渐被废弃。现有的波纹度测量方式大多为机械式测量方法，需要人工采样，导致采样时间长、采样数据易受人为因素的影响产生误差。因此，总体来说，目前缺少成熟的测量方法对波纹度进行测量、分析。
[0003]随着激光雷达和三维扫描技术的发展和普及(该技术被广泛应用于测绘、电力线巡检、数字城市、古建筑保护、军工设备测量以及数字孪生等领域)，近年来也出现一些基于激光雷达点云对波纹度进行测量分析的方法，虽然方法各有不同，但均存在一定的不足，对采集到的激光点云数据无法充分利用。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术中的不足，提供一种基于实测三维数据的飞机整机外形波纹度测量方法，以解决现有技术中飞机外形波纹度测量精度差、效率低的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种基于实测三维数据的飞机整机外形波纹度测量方法，包括以下步骤：
[0007]S1、对整机的原始点云数据进行去除离群点操作，然后采用最佳拟合方式将整机的理论点云模型与实际点云模型进行配准；
[0008]S2、在理论点云模型中提取待测外形面的理论曲线，并将理论曲线所在投影平面附近的点云数据作为待测曲线的候补点；
[0009]S3、离散理论曲线并计算各离散点在候补点集中的对应点，并将各离散点及其对应点投影到同一水平面上；
[0010]S4、根据各离散点在重力与内力的作用下产生的位移调整各离散点的位置，直至达到迭代终止条件；
[0011]S5、根据理论曲线离散点及其对应点的距离提取波纹度曲线并计算波形度参数。
[0012]进一步地，步骤S1具体包括以下步骤：
[0013]S101、对整机的原始点云数据进行去除离群点操作，得到实际点云模型；
[0014]S102、在整机的理论曲面模型上随机采样，获得对应的理论点云模型；
[0015]S103、采用ICP算法对实际点云模型与理论点云模型进行配准，将实际点云模型与理论点云模型转换到同一坐标系下。
[0016]进一步地，步骤S2具体包括以下步骤：
[0017]S201、给定理论曲面波纹度检测的百分比K，在理论曲面模型中待测外形面两条边
界曲线上确定两点A0、A1，使得A0、A1两点到各自边界线开始位置的弧长占边界线总弧长的百分比等于K，将A0、A1两点连成的直线A0A1投影到理论点云模型中，得到理论曲线L
t
；
[0018]S202、将理论曲线L
t
所在投影平面两侧10mm内的所有点作为待测曲线的候补点，组成候补点集P
j
(j＝0,1,...,M)。
[0019]进一步地，步骤S3具体包括以下步骤：
[0020]S301、根据直线A0A1的参数方程按照一定的长度间隔选择直线上的点T
i
(i＝0,1,...,N)，M＞N＞1，并将点T
i
(i＝0,1,...,N)投影到理论曲线L
t
上，得到理论曲线L
t
的离散点T
i
′
(i＝0,1,...,N)；
[0021]S302、分别计算各离散点与候补点集中各候补点间的距离d
j
(j＝0,1,...,M)，将距离最小的候补点作为离散点的对应点T
i
″
(i＝0,1,...,N)，并将两者间的距离记为理论距离；
[0022]S303、将各离散点及其对应点投影到同一水平面上。
[0023]进一步地，步骤S4具体包括以下步骤：
[0024]S401、分别计算各离散点T
i
′
(i＝0,1,...,N)的曲率ρ
i
(i＝0,1,...,N)及对应的法向量α
i
(i＝0,1,...,N)，将理论曲线L
t
上的所有离散点沿曲率最小点的法线方向的反方向移动一定距离，并判断各离散点是否视为不可移动点；
[0025]S402、计算理论曲线L
t
上各离散点T
i
′
(i＝0,1,...,N)在重力与内力双重作用下产生的位移，并根据位移量将对应点移动到新的位置并判断是否视为不可移动点；
[0026]S404、重复步骤S402，直至所有离散点均为不可移动点或离散点及其对应点间的距离小于设定的阈值。
[0027]进一步地，S402中，由公式计算理论曲线L
t
上各离散点T
i
′
(i＝0,1,...,N)在重力与内力双重作用下产生的位移，其中，Y
i
(t)表示点T
i
′
(i＝0,1,...,N)在t时刻的位置，F
out
(Y
i
,t)表示t时刻点在位置Y
i
时受到的外力，包括受到的重力以及与其他点相互碰撞产生的作用力，F
ind
(Y
i
,t)表示t时刻点在位置Y
i
时由于离散点之间的作用产生的内力，m表示点T
i
′
(i＝0,1,...,N)的质量；
[0028]仅考虑重力作用时，由公式来计算位移量，式中，Δt为时间步长，G表示重力系数，X(t+Δt)、X(t
‑
Δt)、X(t)分别代表在t+Δt、t
‑
Δt、t时刻点的位置；
[0029]仅考虑内力作用时，任取理论曲线L
t
上两个相邻的离散点T
i
′
、T
i+1
′
，若两点均为可移动点，则将两点相向移动相同的位移量d，若其中一点为不可移动点，则将可移动点移动位移量d，若两点均为不可移动点，则不进行操作；
[0030]所述位移量其中，p0为当前准备移动的点，p
i
为p0的相邻点，当存在可移动点时b为1，当两点均为不可移动点时b为0。
[0031]进一步地，不可移动点的判断依据为：若位移后离散点及其对应点间的距离小于或等于理论距离，则将该离散点视为不可移动点，并固定该点位置。
[0032]进一步地，步骤S5具体包括以下步骤：
[0033]S501、计算迭代终止后理论曲线上各离散点及其对应点间的间距；
[0034]S502、对所有的间距进行线性插值获得由2
J
个离散点构成的原始信号y本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于实测三维数据的飞机整机外形波纹度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对整机的原始点云数据进行去除离群点操作，然后采用最佳拟合方式将整机的理论点云模型与实际点云模型进行配准；S2、在理论点云模型中提取待测外形面的理论曲线，并将理论曲线所在投影平面附近的点云数据作为待测曲线的候补点；S3、离散理论曲线并计算各离散点在候补点集中的对应点，并将各离散点及其对应点投影到同一水平面上；S4、根据各离散点在重力与内力的作用下产生的位移调整各离散点的位置，直至达到迭代终止条件；S5、根据理论曲线离散点及其对应点的距离提取波纹度曲线并计算波形度参数。2.如权利要求1所述的一种基于实测三维数据的飞机整机外形波纹度测量方法，其特征在于，步骤S1具体包括以下步骤：S101、对整机的原始点云数据进行去除离群点操作，得到实际点云模型；S102、在整机的理论曲面模型上随机采样，获得对应的理论点云模型；S103、采用ICP算法对实际点云模型与理论点云模型进行配准，将实际点云模型与理论点云模型转换到同一坐标系下。3.如权利要求1所述的一种基于实测三维数据的飞机整机外形波纹度测量方法，其特征在于，步骤S2具体包括以下步骤：S201、给定理论曲面波纹度检测的百分比K，在理论曲面模型中待测外形面两条边界曲线上确定两点A0、A1，使得A0、A1两点到各自边界线开始位置的弧长占边界线总弧长的百分比等于K，将A0、A1两点连成的直线A0A1投影到理论点云模型中，得到理论曲线L
t
；S202、将理论曲线L
t
所在投影平面两侧10mm内的所有点作为待测曲线的候补点，组成候补点集P
j
(j＝0,1,...,M)。4.如权利要求3所述的一种基于实测三维数据的飞机整机外形波纹度测量方法，其特征在于，步骤S3具体包括以下步骤：S301、根据直线A0A1的参数方程按照一定的长度间隔选择直线上的点T
i
(i＝0,1,...,N)，M＞N＞1，并将点T
i
(i＝0,1,...,N)投影到理论曲线L
t
上，得到理论曲线L
t
的离散点T
i
′
(i＝0,1,...,N)；S302、分别计算各离散点与候补点集中各候补点间的距离d
j
(j＝0,1,...,M)，将距离最小的候补点作为离散点的对应点T
i
″
(i＝0,1,...,N)，并将两者间的距离记为理论距离；S303、将各离散点及其对应点投影到同一水平面上。5.如权利要求4所述的一种基于实测三维数据的飞机整机外形波纹度测量方法，其特征在于，步骤S4具体包括以下步骤：S401、分别计算各离散点T
i
′
(i＝0,1,...,N)的曲率ρ
i
(i＝0,1,...,N)及对应的法向量α
i
(i＝0,1,...,N)，将理论曲线L
t
上的所有离散点沿曲率最小点的法线方向的反方向移动一定距离，并判断各离散点是否视为不可移动点；S402、计算理论曲线L
t
上各离散点T
i
′
(i＝0,1,...,N)在重力与内力双重...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪俊，李超，李红卫，李子宽，张凯钧，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：