基于相位测量轮廓术的飞机外形协调准确度检测技术研究

论文摘要

飞机装配中,零、构件之间的外形协调关系是很多的,既要保证气动外形准确度的要求,又要保证零、构件相配合处的外形协调准确度要求。比如在检查副翼对机翼的吻合性时,多数采用模拟量的协调方法,不仅检测效率低,而且可靠性较差。为此本文提出了采用相位测量轮廓技术实现飞机副翼对机翼的吻合性检测。该测量技术具有非接触、精度高、测量速度快等优点,并可在飞机零构件外形测量中有着广阔的应用前景。该论文主要研究内容包括以下几个方面:1.根据飞机外形协调准确度检测要求,构建了基于相位测量轮廓术的检测系统。利用该系统对副翼和机翼的外形数据进行测量,并按照相关吻合性评价方法与指标对测量结果进行评估,从而完成飞机副翼对机翼的吻合性检测。2.研究了相位测量轮廓术的基本原理,并对各种时域相位展开方法的优缺点进行了比较,并采用了格雷码和相移法相结合的编码技术,并且成功地得到了被测物体表面上的展开相位。3.通过Matlab编程,用计算机模拟相位测量轮廓术系统。通过对被测物体进行模拟测量实验,其重建外形数据精度控制在±0.02mm范围内。4.着重分析了相位测量轮廓系统的标定方法,根据实验条件,采用了自由视角下的相机标定方法,无需采用价格高昂的高精度位移平台进行标定相位高度关系,从而节省了标定系统的成本造价。5.开发基于相位测量轮廓系统,集成了摄像机标定、光栅条纹图像的生成、相位展开计算等功能于一体的软件系统。实践证明该系统可以应用于飞机副翼对机翼的吻合性检测。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外数字化测量技术的现状及对比分析
• 1.2.1 数字化测量方法分类
• 1.2.2 当前数字化测量技术的主要不足
• 1.3 相位测量轮廓技术的基本原理
• 1.4 研究意义
• 1.5 本课题研究的目的及内容
• 第2章 相位展开算法的研究
• 2.1 引言
• 2.2 空域相位展开算法的介绍
• 2.2.1 典型的基于路径相关相位展开算法
• 2.2.2 基于路径无关的相位展开算法
• 2.3 时间相位展开算法的发展历程及算法比较
• 2.3.1 双频投射方法
• 2.3.2 投射条纹呈线性递增的时域相位展开算法
• 2.3.3 投射条纹呈指数递增的时域相位展开算法
• 2.3.4 投射条纹呈反指数递增的时域相位展开算法
• 2.4 基于格雷码和相移法相结合的相位展开算法
• 2.5 分离展开相位中测量物与背景区域算法
• 2.6 模拟测量实验分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 测量系统的标定与三维重建
• 3.1 测量系统的硬件组成
• 3.2 PMP 测量系统的标定
• 3.2.1 结构参数化标定方法
• 3.2.2 隐式标定方法
• 3.3 自由角度下的标定方法
• 3.3.1 张正友的摄像机标定方法
• 3.3.2 坐标系介绍
• 3.3.3 透视投影矩阵的求取
• 3.3.4 摄像机内外参数的求取
• 3.3.5 图像畸变的产生与畸变校正
• 3.4 标定过程与试验结果分析
• 3.4.1 摄像机标定与图像的畸变校正
• 3.4.2 建立各测量平面相对空间位置关系
• 3.4.3 标定结果误差分析
• 3.5 三维重建误差分析
• 3.5.1 平面度误差评定方法
• 3.5.2 系统测量误差分析
• 3.5.3 石膏像三维重建
• 3.6 本章小结
• 第4章 飞机副翼对机翼的吻合性检测
• 4.1 引言
• 4.2 飞机制造中的协调问题以及产生不协调现象的部位
• 4.3 基于相位测量轮廓系统重建机翼外形曲面数据
• 4.4 传统的副翼对机翼的吻合性检查方法
• 4.5 采用数字化检测方法实现对飞机副翼对机翼的吻合性检测
• 4.5.1 Matlab 数据文件导入Imageware 方法
• 4.5.2 基于Imageware 测量模块对机翼点云数据进行检测
• 4.6 本章小结
• 第5章 全文总结及展望
• 附录Ⅰ 某条纹周期下四步相移图像生成代码
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文