CN111664801A - 一种基于高斯曲率的光学靶标点投影规划方法 - Google Patents

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朱绪胜
杨林志
陈雪梅
陈洪宇
申皓
刘蕾
陈清良
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Chengdu Aircraft Industrial Group Co Ltd
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Chengdu Aircraft Industrial Group Co Ltd
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    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/2433—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures for measuring outlines by shadow casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64F—GROUND OR AIRCRAFT-CARRIER-DECK INSTALLATIONS SPECIALLY ADAPTED FOR USE IN CONNECTION WITH AIRCRAFT; DESIGNING, MANUFACTURING, ASSEMBLING, CLEANING, MAINTAINING OR REPAIRING AIRCRAFT, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; HANDLING, TRANSPORTING, TESTING OR INSPECTING AIRCRAFT COMPONENTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

本申请涉及数字化测量技术领域，公开了一种基于高斯曲率的光学靶标点投影规划方法，本方法根据飞机表面局部区域的高斯曲率大小，自适应地调整光学投点器投射的靶标点密度，在对飞机表面轮廓以及装配质量进行检测时，能够满足不同区域对靶标点密度的不同要求，减小了因测量表面弯曲程度较大而造成的光学靶标点投影失真，便于摄影测量等系统对靶标点的识别和计算，提高了测量精度和测量效率。

Description

一种基于高斯曲率的光学靶标点投影规划方法
技术领域
本申请涉及数字化测量技术领域，尤其涉及对飞机表面轮廓以及装配质量等的在机检测，具体的说涉及一种基于高斯曲率的光学靶标点投影规划方法。
背景技术
在飞机工业当中，飞机装配是影响飞机性能的重要生产环节之一。装配质量将直接影响飞机的气动外形，通过一定的测量方式检测飞机外形轮廓准确度，进而对装配工艺进行优化，对于提升飞机质量具有重要意义。
目前，主要以飞机水平测量的方式来检查飞机外形以及各部件之间的相对位置和安装质量。传统的水平测量需要事先在飞机上制备飞机水平测量点，再利用激光跟踪仪等设备对所有水平测点进行坐标测量，整个过程操作繁杂且耗时长。而目前较新的测量方式有摄影测量、扫描仪测量等，该类方法效率高，测量覆盖面广，能够反映更多的飞机表面轮廓信息，使用该类方法时，需要在待测量表面粘贴或者投影靶标点，光学投点器能够较大范围的投射出一定大小的光学靶标点，因此，具有使用便捷、灵活等特点。但飞机表面通常包含了大量曲面，不同曲面的曲率各不相同，如果仅使用一种投影模式，则会导致投射到待测表面的光学靶标点出现较大畸变等问题，不利于相机系统等测量方式的识别，对测量精度会造成较大影响。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的问题和不足，本申请针对现有的现有测量方式由于飞机表面不同曲率导致的光学靶标点出现较大畸变，从而对测量精度造成较大影响等缺点，提出了一种根据飞机表面不同的曲率，自适应调整投影模式的投影规划方法，对提高数字化测量效率和测量精度以及改善飞机装配质量有着重要意义。
为了实现上述发明目的，本申请的技术方案如下：
一种基于高斯曲率的光学靶标点投影规划方法，本方法根据飞机表面局部区域的高斯曲率大小，自适应地调整光学投点器投射的靶标点密度，以便于数字化摄影测量系统对靶标点的识别和测量，具体包括以下步骤：
S1.根据光学投点器的大致投点范围，在飞机整机工艺数字模型上选出相应的待测区域；
S2.根据数字模型上该待测区域内的最大主曲率和最小主曲率计算出该区域的高斯曲率k，并得到相应的高斯曲率绝对值k；
S3.根据飞机表面典型曲面，计算出飞机整体待测区域内高斯曲率的最大绝对值|k|max以及最小绝对值|k|min；
S4.设光学投点器的最大投点密度为每平方米nmax个点，最小投点密度为每平方米nmin个点，那么：
Figure BDA0002504297950000021
S5.根据步骤S2所得的高斯曲率绝对值|k|，通过式(2)采用线性计算的方式得到待测区域内光学投点器的投点密度ρ；
ρ＝a|k|+b 式(2)。
本申请的有益效果：
(1)本申请根据飞机表面不同的曲率，应用了一种自适应调整投影模式的投影规划方法，在对飞机表面轮廓以及装配质量进行检测时，能够满足不同区域对靶标点密度的不同要求，减小了因测量表面弯曲程度较大而造成的光学靶标点投影失真，便于摄影测量等系统对靶标点的识别和计算，提高了测量精度和测量效率。
(2)本申请提供了一种快捷的投点器投点策略规划方式，不仅提高了测量规划效率，减少了投点器调整时间，降低了投点器消耗，提高了测量经济性，并且，根据不同区域的曲面高斯曲率调整投点密度，有助于降低后续点坐标的计算复杂度，进一步提高工程测量效率。
(3)本申请中，投点数目直接根据区域高斯曲率在整体待测区域中的占比，采用线性计算的方式确定投点密度，有助于高效、准确的完成飞机表面点坐标测量任务，可降低计算消耗，并且便于投点器现场调校，同时采用线性解算无需使用多次迭代求解等复杂解算方法，因此整个计算过程更加简单便捷，对应缩短测量规划时间具有实际意义，工程应用性强。
附图说明
图1为曲面结构示意图；
图2为投点策略示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本申请作进一步地详细说明，但本申请的实施方式不限于此。
本实施例公开了一种基于高斯曲率的光学靶标点投影规划方法，本方法根据飞机表面局部区域的高斯曲率大小，自适应地调整光学投点器投射的靶标点密度，以便于数字化摄影测量系统对靶标点的识别和测量，具体操作如下：
如图1所示，对于飞机表面局部区域的三维曲面S，有
Figure BDA0002504297950000031
令
Figure BDA0002504297950000032
则切平面可以表示为
T(u,v)＝Su·u+Sv·v
Figure BDA0002504297950000033
为P点处的法向量，
Figure BDA0002504297950000034
所在任一平面与曲面S的交线的弯曲程度即为曲率。
Figure BDA0002504297950000035
所在若干平面中，有两个特殊的平面，其中一个与曲面S相交得到的弧线曲率最大，另一个得到的曲率最小。分别设最大和最小曲率为k1和k2，称k1为最大主曲率，k2为最小主曲率。则高斯曲率可以通过下式进行计算
k＝k1k2。
根据光学投点器的大致投点范围，在飞机整机工艺数字模型上选出相应的待测区域，根据数字模型上该待测区域内的最大主曲率和最小主曲率计算出该区域的高斯曲率k，并得到相应的高斯曲率绝对值|k|。进一步地，设飞机整体待测区域内高斯曲率的最大绝对值为|k|max，最小绝对值为|k|min，光学投点器的最大投点密度为每平方米nmax个点，最小投点密度为每平方米nmin个点，光学投点器的最大投点密度和最小投点密度为设备固有参数，由设备本身的设计制造所决定，采用线性解算的方式来计算待测区域内光学投点器的投点密度，其计算式如下：
ρ＝a|k|+b；
其中，ρ为光学投点器在待测区域内的投点密度，参数a和b满足下列方程
Figure BDA0002504297950000036
参照说明书附图2所示，根据投点密度计算式，计算出不同曲率处的投影密度，并使用该密度设定光学投点器的投点参数。当待测区域的高斯曲率绝对值较大时，投点器投射出的靶标点较为密集；当待测区域的高斯曲率绝对值较小时，投点器投射出的靶标点则相对稀疏。通过这种方法，自适应地调整光学投点器的投点密度，减小因测量表面弯曲程度较大而造成的光学靶标点投影失真，便于摄影测量等系统对靶标点的识别和计算，提高测量精度和测量效率。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
以上所述，仅是本申请的较佳实施例，并非对本申请做任何形式上的限制，凡是依据本申请的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本申请的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于高斯曲率的光学靶标点投影规划方法，其特征在于：本方法根据飞机表面局部区域的高斯曲率大小，自适应地调整光学投点器投射的靶标点密度，以便于数字化摄影测量系统对靶标点的识别和测量，具体包括以下步骤：
S1.根据光学投点器的大致投点范围，在飞机整机工艺数字模型上选出相应的待测区域；
S2.根据数字模型上该待测区域内的最大主曲率和最小主曲率计算出该区域的高斯曲率k，并得到相应的高斯曲率绝对值|k|；
S3.根据飞机表面典型曲面，计算出飞机整体待测区域内高斯曲率的最大绝对值|k|max以及最小绝对值|k|min；
S4.设光学投点器的最大投点密度为每平方米nmax个点，最小投点密度为每平方米nmin个点，那么：
Figure FDA0002504297940000011
S5.根据步骤S2所得的高斯曲率绝对值|k|，通过式(2)采用线性计算的方式得到待测区域内光学投点器的投点密度ρ；
ρ＝a|k|+b 式(2)。
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