测量飞行器表面波纹度的系统以及相应方法技术方案

本发明专利技术提供了一种测量飞行器表面波纹度的系统以及相应方法。该系统包括如下部件：激光轮廓扫描模块，用于发射激光至飞行器表面，接收飞行器表面反射回的激光，并获得代表飞行器表面截面线轮廓的数据；数字信号处理器，用于对来自该激光轮廓扫描模块的数据进行处理，得到波纹度计算模块可以处理的数据；波纹度计算模块，用于根据处理后的代表飞行器表面截面线轮廓的数据，计算出该飞行器表面的波纹度。通过本发明专利技术的实施方式，可以在非接触的情况下，瞬时获取被测机体表面某一截面的波纹度信息。信息采集过程迅速高效，能有效避免数据采集过程中产生的误差。

【技术实现步骤摘要】
测量飞行器表面波纹度的系统以及相应方法
本专利技术涉及飞行器的检测，尤其涉及对飞行器表面的检测。
技术介绍
在航空工程中，波纹度用来衡量飞机外表面起伏情况，反映了飞机的表面质量。飞机表面某些特殊区域的波纹度大小会对飞机的气动特性和飞行性能产生较大影响，例如：静压口附近的波纹度情况直接影响民用飞机缩小最小垂直间隔(RVSM)运行能力的适航取证。目前，对波纹度检查的传统方法有两种：目视检查，以及直尺与样条检查法。传统检测方法检查结果不够精确，特别是对多架机检测耗时且工作量大。现阶段国外使用的方法是机械式的测量卡尺，该卡尺利用自身的支架支撑在飞机表面，然后等间距移动卡尺探针，测出飞机表面不同位置的点到支架基准到距离，通过样条连线来反映飞机表面波纹度情况。
技术实现思路
对于现有的机械式的测量方法，需要人工采样，因此采样时间较长，并且容易产生采样误差。为了弥补现有技术的以上缺点，本项目提出了一种光学式波纹度测量仪，可以有效地改善现有测量工具的种种弊端。根据本专利技术的一个方面，提供了一种测量飞行器表面波纹度的系统，其中，包括如下部件：激光轮廓扫描模块，用于发射激光至飞行器表面，接收飞行器表面反射回的激光，并获得代表飞行器表面截面线轮廓的数据；数字信号处理器，用于对来自该激光轮廓扫描模块的数据进行处理，得到波纹度计算模块可以处理的数据；波纹度计算模块，用于根据处理后的代表飞行器表面截面线轮廓的数据，计算出该飞行器表面的波纹度。本专利技术的该方面使用激光来扫描飞行器表面的轮廓，并根据该轮廓来计算飞行器表面的波纹度，提高了测量的自动化程度，缩短了测量时间。提高了测量效率，并且也减少了人工采样可能导致的采样误差。在一个优选的实施方式中，该系统还包括至少任一如下部件：-电源模块，用于为该系统供电；-支架，用于承载该激光轮廓扫描模块；-系统设备箱，用于容纳所述数字信号处理器、所述波纹度计算模块和所述电源模块。优选的，所述波纹度计算模块被配置为进行如下操作：i.将数据点连成样条曲线；ii.对该样条曲线中的凸包进行识别筛选，忽略其中部分凸包，使剩余凸包的包络线具有保凸性；iii.作出剩余凸包的包络线，该包络线与所有剩余凸包相切；iv.根据该样条曲线以及所作出的包络线，计算波幅和波长作为波纹度的信息。在该实施方式中，还对凸包进行识别筛选，使凸包的包络线具有保凸性，提高了对波纹度的测量准确性。优选地，所述步骤ii包括如下子步骤：a.将样条曲线按一定密度离散为等间距的测量点集；b.找出测量点集的最大矩形，最少有两个测量点落在矩形的边界上；c.任取该矩形边界上的一个测量点，将其作为当前凸包的顶点；d.依次做该当前凸包的该顶点与测量点集内其它点的射线；e.对于某个点，对于该当前凸包的该顶点与该点间的射线，其他测量点集全部位于该射线的同一侧，则将该点定为下一个凸包的顶点；f.以该下一个凸包的作为当前凸包，沿相同方向重复以上d和e步骤，以找到下一个凸包的顶点；重复步骤f，直到新找到的凸包的顶点是该矩形边界上的另一个测量点为止，所有找出的凸包的顶点为凸包顶点的点集。该实施方式提供了为了保证保凸性而对凸包进行筛选的一种具体实施方式。优选地，所述步骤i包括使用样条曲线对数据点进行插值。该实施方式提供了使用插值将数据点转换为样条曲线的一种具体实施方式。更加具体的，可以使用三次样条，三次样条能够比较准确地进行曲线拟合，并且计算量也比较适中。可以理解，其他任何样条插值方式均能够适用。优选地，所述步骤iv包括：-将相邻的两个凸包作为一个波纹，测量该相邻凸包的顶点间的包络线的长度作为该波纹的所述波长；所述计算波幅的步骤包括：-将相邻的两个凸包作为一个波纹，将该段包络线与该样条曲线之间的最大间距作为所述波幅。该实施方式提供了计算波纹的波长和波幅的具体实现方式。优选地，所述波纹度计算模块被配置为在进行所述i操作前，还进行如下操作：对处理后的代表飞行器表面截面线轮廓的数据点进行前期筛选，去除测量坏点。在该实施方式中，考虑到可能出现的测量坏点，对它进行筛选并去除，提高了测量所得的数据的准确性。优选地，在对测量坏点进行筛选时，依次对各数据点，进行如下操作：计算该数据点与前一个数据点的距离差；当该距离差超出预定阈值时，判断该数据点为测量坏点；将该测量坏点忽略。该实施方式提供了筛选测量坏点的一种具体实施方式：由于飞行器表面一般具有连续性，因此该实施方式将不连续的数据点作为测量坏点，具有较好的准确性。优选地，所述波纹度计算模块被配置为在进行所述i操作后，所述ii操作前，还进行如下操作：-滤除样条曲线中的微小波动。在该实施方式中，还滤除样条曲线中的微小波动，这避免了微小波动对波纹度的影响，也减少了计算量。优选地，所述滤除样条曲线中的微小波动的步骤包括，利用小波滤波方法，将有效测量点生成三次样条曲线光顺化，以滤除样条曲线中包含的微小波动，排除粗糙度范畴的干扰。更加优选地，滤除样条曲线中的微小波动中，使用db6，sym6，或coif3小波，且，调整分解层数为1至3层。该实施方式提供了滤除微小波动的一种具体实施方式，以及更加具体的滤波参数。相应地，从方法的角度，本专利技术的第二个方面提供了一种测量飞行器表面波纹度的方法，包括如下步骤：发射激光至飞行器表面，接收飞行器表面反射回的激光，并获得代表飞行器表面截面线轮廓的数据；根据处理后的代表飞行器表面截面线轮廓的数据，计算出该飞行器表面的波纹度；其中，计算波纹度的步骤包括：对处理后的代表飞行器表面截面线轮廓的数据点进行前期筛选，去除测量坏点；将去除测量坏点后的数据点连成样条曲线；滤除样条曲线中的微小波动；对滤除微小波动后的该样条曲线中的凸包进行识别筛选，忽略其中部分凸包，使剩余凸包的包络线具有保凸性；作出剩余凸包的包络线，该包络线与所有剩余凸包相切；根据该样条曲线以及所作出的包络线，计算波幅和波长作为波纹度的信息。本专利技术的各个方面将通过下文中的具体实施例的说明而更加清晰。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更加明显：图1是本专利技术的实施方式所使用的激光轮廓扫描模块的外观和工作示意图；图2是本专利技术的实施方式对飞行器表面进行测量的工作示意图；图3是本专利技术的实施方式所测的飞行器表面的数据点、凸包以及包络线的示意图；图4是根据本专利技术的实施方式计算波纹度的流程图。附图中，相同或相似的附图标记代表相同或相似的步骤特征或部件(模块)特征。具体实施方式本专利技术的一个基本的实施方式提供了一种测量飞行器表面波纹度的系统，其中，包括如下部件：-激光轮廓扫描模块，用于发射激光至飞行器表面，接收飞行器表面反射回的激光，并获得代表飞行器表面截面线轮廓的数据；-数字信号处理器，用于对来自该激光轮廓扫描模块的数据进行处理，得到波纹度计算模块可以处理的数据；-波纹度计算模块，用于根据处理后的代表飞行器表面截面线轮廓的数据，计算出该飞行器表面的波纹度。图1给出了激光轮廓扫描模块的外观和工作示意图。如图1中右侧所示，该扫描模块一般自带激光源、透镜组和传感器。激光源发出的激光照射在待测物体表面后，透镜组收集待测物体表面所反射的激光并提供给传感器，传感器对该激光进行检测，获得代表飞行器表面截面线轮廓的数据。激光轮廓扫描本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量飞行器表面波纹度的系统，其中，包括如下部件：?激光轮廓扫描模块，用于发射激光至飞行器表面，接收飞行器表面反射回的激光，并获得代表飞行器表面截面线轮廓的数据；?数字信号处理器，用于对来自该激光轮廓扫描模块的数据进行处理，得到波纹度计算模块可以处理的数据；?波纹度计算模块，用于根据处理后的代表飞行器表面截面线轮廓的数据，计算出该飞行器表面的波纹度。

【技术特征摘要】
1.一种测量飞行器表面波纹度的系统，其中，包括如下部件：-激光轮廓扫描模块，用于发射激光至飞行器表面，接收飞行器表面反射回的激光，并获得代表飞行器表面截面线轮廓的数据；-数字信号处理器，用于对来自该激光轮廓扫描模块的数据进行处理，得到波纹度计算模块可以处理的数据；-波纹度计算模块，用于根据处理后的代表飞行器表面截面线轮廓的数据，计算出该飞行器表面的波纹度；其中，所述波纹度计算模块包括：连结一级子模块，用于将数据点连成样条曲线；识别一级子模块，用于对该样条曲线中的凸包进行识别筛选，忽略其中部分凸包，使剩余凸包的包络线具有保凸性；包络线生成一级子模块，用于作出剩余凸包的包络线，该包络线与所有剩余凸包相切；计算一级子模块，用于根据该样条曲线以及所作出的包络线，计算波幅和波长作为波纹度的信息。2.根据权利要求1所述的系统，其中，还包括至少任一如下部件：-电源模块，用于为该系统供电；-支架，用于承载该激光轮廓扫描模块；-系统设备箱，用于容纳所述数字信号处理器、所述波纹度计算模块和所述电源模块。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述识别一级子模块进一步包括：离散二级子模块，用于将样条曲线按一定密度离散为等间距的测量点集；寻找二级子模块，用于找出测量点集的最大矩形，最少有两个测量点落在矩形的边界上；取点二级子模块，用于任取该矩形边界上的一个测量点，将其作为当前凸包的顶点；射线生成二级子模块，用于依次做该当前凸包的该顶点与测量点集内其它点的射线；顶点获取二级子模块，用于对于某个点，对于该当前凸包的该顶点与该点间的射线，其他测量点集全部位于该射线的同一侧，则将该点定为下一个凸包的顶点；其中，所述射线生成二级子模块和所述顶点获取二级子模块用于以该下一个凸包作为当前凸包，沿相同方向分别重复地生成射线和获取顶点，以找到下一个凸包的顶点；并且所述射线生成二级子模块和所述顶点获取二级子模块还用于分别重复地生成射线和获取顶点，直到新找到的凸包的顶点是该矩形边界上的另一个测量点为止，所有找出的凸包的顶点为凸包顶点的点集。4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述连结一级子模块包括插值二级子模块，用于使用样...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹喜锋，金鼎，李启明，丁玲，马明，
申请(专利权)人：中国商用飞机有限责任公司，中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院，
类型：发明
国别省市：