CN112710233A - 一种基于激光点云的大规模飞机蒙皮点云获取装备及方法 - Google Patents

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汪俊
梁宏宇
谢乾
李大伟
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Abstract

本发明公开了一种基于激光点云的大规模飞机蒙皮点云获取装备及方法，所述装置包括三维激光扫描仪、机械臂、控制台和自动导航移动平台；所述三维激光扫描仪连接于机械臂末端，随机械臂的运动而改变自身位置，实时获取飞机蒙皮被测区域的三维点云数据，并将数据传递给控制台；所述机械臂固定于控制台上，且根据控制台中计算机计算结果自动进行姿态变换；所述控制台固定于自动导航移动平台上，随自动导航移动平台移动。所述装置能够高效的对大规模飞机蒙皮进行表面测量，具有自动化程度高，测量准确等优点。

Description

一种基于激光点云的大规模飞机蒙皮点云获取装备及方法
技术领域
本发明属于数字化测量技术领域，具体涉及一种基于激光点云的大规模飞机蒙皮点云获取装备及方法。
背景技术
钣金蒙皮指包围于飞机骨架结构之外且用粘接剂或者铆钉固定骨架上，形成飞机气动力外形的三维结构。蒙皮与飞机骨架所构成的蒙皮结构具有较大承载力及刚度，而自重却很轻，起到承受和传递气动载荷的作用。蒙皮承受空气动力作用后将作用力传递到相连的机身机翼骨架上，受力复杂，且由于飞机蒙皮是飞机与外界直接接触的零部件，其性能的可靠性对于飞机的安全性影响重大。
随着航空技术的快速发展，现代航空产业对于飞机蒙皮的外形以及装配精度要求越来越高。但是，飞机蒙皮一般尺寸较大且外形结构复杂，对于仅有二维图纸的钣金蒙皮，为了对其进行数字化测量与加工，需利用数字化测量技术对钣金蒙皮进行三维建模。
现有的飞机蒙皮表面装配准确度检测，通常是利用激光跟踪仪、iGPS等设备对其进行关键点检测，能够满足一些大尺寸零部件测量与装配需求，但是这种方法受测量环境温度影响，可靠性不够高，而且在需要获取大规模飞机蒙皮三维坐标的应用场景下效率太低，为了解决这个问题，需要提出一种大规模飞机蒙皮三维信息获取的方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于激光点云的大规模飞机蒙皮点云获取装备及方法，飞机表面三维信息获取效率高、准确度高。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种基于激光点云的大规模飞机蒙皮点云获取装备，包括三维激光扫描仪、机械臂、控制台和自动导航移动平台；
所述三维激光扫描仪连接于机械臂末端，其位置随着机械臂的运动而改变，同时实时获取飞机蒙皮被测区域的三维点云数据，并将数据传递给控制台；
所述机械臂固定于控制台上，且根据控制台中计算机计算结果自动进行姿态变换；
所述控制台固定于自动导航移动平台上，随自动导航移动平台移动。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
上述的所述自动导航移动平台具有自动导航模块和驱动模块，可独立实现平面运动功能，并按照预先设定的路径进行移动，逐点到达预定位置。
上述的控制台基于三维激光扫描仪获取的三维点云数据，计算得出三维激光扫描仪下一最佳测量位置，进而逆向计算得出机械臂的各关节对应参数，并按照计算结果控制机械臂，带动机械臂末端的三维激光扫描仪到达指定位置。
上述的三维激光扫描仪在扫描工作进行时，在机械臂带动下围绕物体表面移动，采集三维点云数据。
一种基于激光点云的大规模飞机蒙皮点云获取方法，包括：
步骤一：根据飞机蒙皮待测区域设定自动导航移动平台的移动路径，并启动自动导航移动平台，使其到达设定路径的第一位置；
步骤二：三维激光扫描仪开始扫描并获取三维点云数据；
步骤三：调整机械臂姿态，将三维激光扫描仪送达指定位置并开始新的扫描；
步骤四：重复步骤二至三，直到自动导航移动平台所处第一位置所对应的被测区域测量完毕；
步骤五：自动导航移动平台移动到下一位置，并重复步骤二至四，直至获取飞机蒙皮表面全部被测区域的点云数据。
上述的步骤三具体为：
控制台根据三维激光扫描仪获取的三维点云数据，计算得出三维激光扫描仪下一最佳测量位置，进而逆向计算得出机械臂的各关节对应参数，并按照计算结果控制机械臂，带动机械臂末端的三维激光扫描仪到达指定位置进行扫描。
本发明具有以下有益效果：
(1)可排除温度影响因素，测量准确度高；
(2)全自动测量，无需手动操作；
(3)针对大规模飞机蒙皮测量效率高。
附图说明
图1是本发明装置的结构示意图；
图2是本发明方法的流程示意图。
其中的附图标记为：1-三维激光扫描仪、2-机械臂、3-控制台、4-自动导航移动平台。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
参见图1，本发明的一种基于激光点云的大规模飞机蒙皮点云获取装备，包括三维激光扫描仪1、机械臂2、控制台3和自动导航移动平台4；
所述三维激光扫描仪1连接于机械臂2末端，位置随机械臂2的运动而改变，同时实时获取飞机蒙皮被测区域的三维点云数据，并将数据传递给控制台3；
所述机械臂2固定于控制台3上，且根据控制台3中计算机计算结果自动进行姿态变换；
所述控制台3固定于自动导航移动平台4上，随自动导航移动平台4移动。
实施例中，所述自动导航移动平台4具有自动导航模块和驱动模块，可独立实现平面运动功能，并按照预先设定的路径进行移动，逐点到达预定位置。
实施例中，所述控制台3基于三维激光扫描仪1获取的三维点云数据，计算得出三维激光扫描仪1的下一最佳测量位置，进而逆向计算得出机械臂2的各关节对应参数，并按照计算结果控制机械臂2，带动机械臂2末端的三维激光扫描仪1到达指定位置。
实施例中，所述三维激光扫描仪1在扫描工作进行时，在机械臂2带动下围绕物体表面移动，采集三维点云数据。
根据不同测量任务，可更换不同三维激光扫描仪1来适应测量场景。
参见图2，一种基于激光点云的大规模飞机蒙皮点云获取方法，包括：
步骤一：根据飞机蒙皮待测区域的形状以及测量难度，以提高测量效率以及测量精度为目标，设定自动导航移动平台的移动路径，并启动自动导航移动平台4，使其到达设定路径的第一位置；
步骤二：三维激光扫描仪1开始扫描并获取三维点云数据；
步骤三：调整机械臂2姿态，将三维激光扫描仪1送达指定位置并开始新的扫描，补全三维激光扫描仪1在步骤二因位姿限制而无法获取的三维点云数据；
步骤四：重复步骤二至三，直到自动导航移动平台4所处第一位置所对应的被测区域测量完毕；
步骤五：自动导航移动平台4移动到下一位置，并重复步骤二至四，直至获取飞机蒙皮表面全部被测区域的点云数据。
实施例中，步骤三具体为：
控制台3根据三维激光扫描仪1获取的三维点云数据，计算得出三维激光扫描仪1的下一最佳测量位置，进而逆向计算得出机械臂2的各关节对应参数，并按照计算结果控制机械臂2，带动机械臂2末端的三维激光扫描仪1到达指定位置进行扫描。
本发明解决了现有的三维测量方法受温度影响较明显，精度不足，且在涉及大规模三维数据获取的应用场景下自动化程度低，效率低等问题，实现了大规模飞机蒙皮点云数据的全自动获取。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于激光点云的大规模飞机蒙皮点云获取装备，其特征在于，包括三维激光扫描仪(1)、机械臂(2)、控制台(3)和自动导航移动平台(4)；
所述三维激光扫描仪(1)连接于机械臂(2)末端，随机械臂(2)的运动而改变自身位置，实时获取飞机蒙皮被测区域的三维点云数据，并将数据传递给控制台(3)；
所述机械臂(2)固定于控制台(3)上，且根据控制台(3)中计算机计算结果自动进行姿态变换；
所述控制台(3)固定于自动导航移动平台(4)上，随自动导航移动平台(4)移动。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光点云的大规模飞机蒙皮点云获取装备，其特征在于，所述自动导航移动平台(4)具有自动导航模块和驱动模块，可独立实现平面运动功能，并按照预先设定的路径进行移动，逐点到达预定位置。
3.根据权利要求1所述的一种基于激光点云的大规模飞机蒙皮点云获取装备，其特征在于，所述控制台(3)基于三维激光扫描仪(1)获取的三维点云数据，计算得出三维激光扫描仪(1)的下一最佳测量位置，进而逆向计算得出机械臂(2)的各关节对应参数，并按照计算结果控制机械臂(2)，带动机械臂(2)末端的三维激光扫描仪(1)到达指定位置。
4.根据权利要求1所述的一种基于激光点云的大规模飞机蒙皮点云获取装备，其特征在于，所述三维激光扫描仪(1)在扫描工作进行时，在机械臂(2)带动下围绕物体表面移动，采集三维点云数据。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种基于激光点云的大规模飞机蒙皮点云获取装备的飞机蒙皮点云获取方法，其特征在于，包括：
步骤一：根据飞机蒙皮待测区域设定自动导航移动平台的移动路径，并启动自动导航移动平台(4)，使其到达设定路径的第一位置；
步骤二：三维激光扫描仪(1)开始扫描并获取三维点云数据；
步骤三：调整机械臂(2)姿态，将三维激光扫描仪(1)送达指定位置并开始新的扫描；
步骤四：重复步骤二至三，直到自动导航移动平台(4)所处第一位置所对应的被测区域测量完毕；
步骤五：自动导航移动平台(4)移动到下一位置，并重复步骤二至四，直至获取飞机蒙皮表面全部被测区域的点云数据。
6.根据权利要求1所述的一种基于激光点云的大规模飞机蒙皮点云获取装备，其特征在于，步骤三具体为：
控制台(3)根据三维激光扫描仪(1)获取的三维点云数据，计算得出三维激光扫描仪(1)下一最佳测量位置，进而逆向计算得出机械臂(2)的各关节对应参数，并按照计算结果控制机械臂(2)，带动机械臂(2)末端的三维激光扫描仪(1)到达指定位置进行扫描。
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