一种基于三维扫描的装配钉头平齐度检测方法
技术领域
本申请涉及飞机装配测量技术，具体是一种基于三维扫描的装配钉头平齐度检测方法。
背景技术
新研型号具有飞机尺寸大、结构复杂、大量使用复合材料等特点，且因其自身性能需求，对飞机表面装配误差控制要求极高。复合材料结构在装配过程中变形大、连接难度大、技术要求高，对飞机表面误差控制有重要影响，钉头平齐度是影响飞机表面误差的主要因素。钉头平齐度即埋头紧固件连接后，钉头与飞机复材结构件表面的高度差大小，其连接质量好坏直接决定表面局部气动连续性和电磁反射性能，为此需要对紧固件连接后的钉头平齐度进行检测。
钉头平齐度检测的难点在于装配钉头点及该装配钉头周围结构件表面的点的准确提取。由于新型号飞机钉头与其周围表面的高度差在0.01mm左右的量级，这不仅对测量设备提出较高要求，而且针对整个测量点云中的钉头识别算法要设置铆钉提取的阈值很小，导致可能产生许多的错误识别，此外从体积庞大的点云中搜寻属于铆钉的点云需要消耗大量的计算时间与计算内存。
所以，急需一种装配钉头点云快速提取并完成装配钉头表面轮廓精准识别的方法，从而进行钉头平齐度的高精度检测。
发明内容
本申请的目的是提供一种基于三维扫描的装配钉头平齐度检测方法，该方法能够满足飞机复材结构装配钉头平齐度的分析检测，用于飞机复材结构表面埋头紧固件安装后钉头平齐度的检测及分析，给出钉头平齐度检测结果数据，用定量的方法评判了钉头平齐度合格与否。
为达到以上目的，本申请采取如下技术方案：
一种基于三维扫描的装配钉头平齐度检测方法，在结构件的表面有多个装配钉头，该装配钉头表面与结构件表面的高度差为一个预定值，其特征在于包含以下内容：1)利用三维扫描设备对所装配完成的结构件表面进行扫描，获取结构件表面的点云数据和影像图案；2)根据结构件表面的影像图案和装配钉头的直径识别出装配钉头的中心位置及钉头的表面轮廓；3)在结构件表面的点云数据中分别提取每一个装配钉头表面轮廓的特征点和该装配钉头周围结构件表面的点云数据；4)将该装配钉头周围结构件表面的点云数据拟合成该装配钉头对应的结构平面；5)分别计算出每一个装配钉头表面轮廓的特征点与该装配钉头对应的结构平面的高度差；6)将装配钉头表面轮廓的特征点与该装配钉头对应的结构平面的高度差与预定值进行比较，如果高度差在预定值范围内，则产品合格，否则为不合格产品。
本申请的优点在于精准识别装配体装配钉头表面轮廓，定量得出装配钉头平齐度，实现了飞机复材装配钉头平齐度高精度检测，为新型号飞机外表面装配钉头平齐度高精度指标要求提供可靠检测方法，并定量给出检测数值。可以用于飞机生产过程中或外场排故时，对飞机外表面紧固件安装质量检测及分析，判断飞机结构外表面紧固件安装是否存在故障，达到装配钉头平齐度精准检测的目的，并为装配钉头平齐度合格与否提供检测数据支持。
附图说明
图1为结构件表面的点云数据和影像图案示意图。
图2为装配钉头表面轮廓特征点与该装配钉头对应结构平面的高度差集合示意图。
图中编号说明：1结构件表面、2装配钉头、3结构件表面点云数据、4装配钉头表面轮廓特征点。
具体实施方式
参见附图，本申请的目的是提供一种基于三维扫描的装配钉头平齐度检测方法，其方法主要步骤为：
1、利用三维扫描设备对所装配完成的结构件表面进行扫描，获取结构件表面特征点云数据和影像图案，如图1所示；
2、装配钉头点云提取并精准识别钉头表面轮廓；将彩色相机与测量设备一起标定，彩色相机拍下含装配钉头的结构件表面的影像图案，通过影像图案中装配钉头和钉头周围结构件表面颜色差异提取装配钉头实际的中心位置，以提取的装配钉头中心作为种子点，装配钉头半径进行搜寻并提取每个钉头的钉头表面轮廓面积区域；
通过影像图案中装配钉头和钉头周围结构件表面的颜色差异提取钉头圆心位置和钉头半径，从而识别出装配钉头的中心位置及钉头的表面轮廓。
3、在结构件表面的点云数据中分别提取每一个装配钉头表面轮廓的特征点和该装配钉头周围结构件表面的点云数据。提取装配钉头表面轮廓的特征点作为第一点集数据，提取该钉头周围结构件表面的点云作为第二点集数据；
在每一个装配钉头表面轮廓的点云数据中选取装配钉头表面轮廓上的30到50个特征点数据作为第一点集数据分析对象，该特征点数据均匀分布在装配钉头表面轮廓内。选取该装配钉头周围结构件表面的点云数据范围为，在装配钉头周围2.5倍装配钉头半径范围内进行选取第二点集数据。
4、将钉头周围结构件表面第二点集数据用最小二乘法拟合出该装配钉头对应的结构平面；
5、分别计算第一点集数据中每个点到拟合出的对应结构平面的高度差；得出装配钉头表面轮廓特征点与该装配钉头对应结构平面的高度差集合。
6、根据所得高度差中最大值与理论预定值相比较，即可得出装配钉头平齐度是否合格。也可用所得高度差集合计算每个装配钉头偏差的平均值、标准差、最大值和最小值，根据偏差的最大值、最小值以及钉头直径计算出紧固件安装倾斜角，从而对紧固件安装垂直度进行判定，对装配钉头平齐度进行定量评判，评价钉头平齐度是否满足预定指标要求。
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