航空工业西飞民机与转包项目部 陕西省西安市 710089
摘要：随着21世纪人类文明的发展，这个时代是一个科学技术突飞猛进的社会。社会各方面的发展日新月异。一个智能化的现代社会的蓝图正逐渐展现在人们面前重要的标准，国家和社会对相关专业的发展也越来越重视。飞机的表面质量将直接影响飞机的性能。研究了飞机表面制造质量的智能检测方法。
关键词：数字相移；飞机表面；相位误差
飞机是20世纪最重要的发明之一，是一种非常重要的交通工具，在国民经济和国防军事领域占有重要地位。根据制造工艺，在飞机表面膜主要由机翼骨架外围的蒙皮构成，并制造表面质量有较大影响的飞行中飞机的空气动力特性、安全性、成本和对隐身性。因此，为了保证飞行性能，有必要在飞机制造和出厂时严格检查制造表面的质量。影响飞机表面制造质量的因素包括：机身与表面附件、蒙皮与蒙皮及表面紧固件之间形成的阶差，蒙皮表面凹坑与凸起，表面划痕等损伤。在早期，由于技术的进步，表面质量主要由传统方法控制，如人工观察、量规测量等。很难准确地描述零件的真实状态，接触测量缓慢且效率极低。在缺乏适当工具的情况下，某些复杂结构的结果受到主观人为因素的严重影响，甚至无法衡量。随着技术的发展，很明显，这种传统的测量方法很难满足快速非接触式制造的要求。因此，迫切需要开发一种用于飞机表面制造的快速、数字化和非接触式质量控制方法。
1 数字化检测技术发展简介
应时代的发展，注重创新技术，利用技术的先进性提高飞机整体的运行性能。
在目前的发展中，可以说技术的各个方面都在迅速发展，我们的航空工业一直有一个发展的口号，即“一代飞机，一代技术”。这意味着，随着时代的发展，相关研究人员必须适应时代的发展，专注于创新技术，利用技术进步提高飞机的整体运行性能。进入21世纪以来，信息技术发展迅速。近年来，这项技术在各个领域非常普遍。特别是在航空领域，这些技术通过实现飞机的三维数字化设计，取得了令人满意的效果。我国飞机工业已进入两个数字化领域：一是数控机床的先进技术目前正用于制造通风部件。该技术大大提高了飞机零件加工的效率，提供了更精确的控制。这一系列技术的CIS改进，一方面精度大大提高了飞机制造过程的运行效率，另一方面将先进的计算机控制技术应用到飞机生产管理中，使整个飞机制造过程更加清晰，更好地体现了控制中心的管理步骤，从而大大减少了飞机的生产数量。全工序生产误差率飞机总装的正常运行框架，一个基于三维数字模型的产品系统，提高了配置招标过程的效率。大大提高了设备制造效率和新设备安装效率。
2 表面类特征检测
飞机在装配过程中，其主要的表面特性是间隙、阶差、波纹和气动外形，直接影响飞机的物理气动特性。
2.1 间隙和阶差检测。塞尺测量间隙和阶差，表面沉头孔（包括铆钉孔和螺栓孔）则是根据人工的视觉判断，通过量规等模拟测量来检测的。工人检测精度与工作经验有关，且测量精度低。
2.2 检测波纹和空气动力学形状。采用卡板检测精度低，气动形状误差大小无法定量分析。另外，卡板制造周期长，成本高，安装劳动强度大，难以实现对飞机零件所有形状的测量，影响飞机制造精度。采用国际先进的光学非接触测量的地物检测技术，主要包括：（1）摄影测量。使用特定的工业相机对被测物体在不同位置进行拍照，然后将数据传输到后台计算机。对采集到的图像进行软件处理，最终得到被测物体的表面点云图，并与理论数学模型进行对比，实现物体表面尺寸检查。适用于大型零件及整机的测量，效率高，精度在亚毫米级。（2）白光测量。根据人的视觉原理，利用二维光学成像技术，利用若干特殊布置的摄像机，重建了工件的三维数学模型。适用于飞机零件的测量，测量误差小于0.1mm。此外，现代飞机制造的发展向协作模型，一些重要的部分，特别是大型零部件，协调复杂，如大型门，皮瓣，机翼表面部分，配合面形状复杂，基于三维地形扫描，配合预期部分匹配程度，减少返回工厂维修率，确保进度。
3 飞机表面制造质量智能检测方法
3.1 数字移相原理。本文利用数据移相技术实现了飞机表面的三维数据采集。数字相移技术，又称表面结构光测量技术，是基于结构光的三维测量技术之一，是一种非常重要的三维测量方法。根据结构光的不同类型，基于结构光的三维测量技术可分为三种类型：点结构光、线结构光和平面结构光。根据相机数量的不同，表面结构测光技术可分为单目和双目。数字相移技术是双目表面结构光测量技术拍摄了一系列预先设计好的正弦光栅图像。在被测物体表面对图像进行调制后，由相机获得光栅图像的变形。经过计算机处理，得到各点对应的相位并以此作为立体匹配的特征量。根据三角测量原理，可获得被测物体表面的三维点云数据。
3.2 特征区域分析。通过图像处理提取铆接区域。提取图像中的特征区域后，对特征区域对应的三维点云进行处理和分析。在铆接区域，是的分析了铆钉表面与周边区域的相对距离和铆钉表面与周边区域的铆接角度。假设铆钉周围的区域大致是平的，如图1所示，可以在铆钉内外取一圈圆环点。这两个环根据RANSAC思想进行调整。由图1（b）可以看出，两个平面的标准向量之间的夹角为铆接角。此外，还可以计算出内圈相对于铆钉外平面的平均距离、最大距离和最小距离。
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图1 铆钉区域数据分析
3.3 特征结果的可视化标注。为了提高操作效率和测量结果的直观性，采用可视化显示的方法，将特征结果直接投影到被检测工件表面。投影检测结果直接对应于缺陷区域，避免了操作人员与多个操作人员确认的问题。如图2所示，投影信息直接显示在检测区域附近，并且颜色不同。突出铆钉表面以区分其相对于表面的高度。研究另外，将实际高度差投影到每个区域铆钉上，该方法包括将检测信息精确投影到de区域。如图2所示，左、右摄像机图像的投影点分别为pl和pr。普基于双目标定信息在坐标系三维点坐标计算投影仪坐标系类似于安装在投影仪上的投影仪坐标系，投影仪坐标系与左摄像机坐标系之间的位置关系是已知的，所以P点可以放在左摄像机坐标系中。根据投影仪标定的内部参数信息，计算出该点在图像平面上的投影点。投影信息被设置在pp点上，pp点被投影到检测元件的P点上。获取检测区域的点云数据，根据上述步骤计算出投影图像对应的投影坐标，并在这些坐标上设置投影到相应检测区域的区域分析信息。从而完成了检测信息的可视化显示过程。
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图2 可视化显示原理
3.4 实验结果。实验系统由两台工业摄像机、投影仪、成像卡和计算机组成，摄像机通过网络、路由器和图像采集卡与计算机相连，DLP投影仪通过网络与计算机相连。USB和HDMI相机和投影仪通过连接板固定在三脚架上，可以在三脚架上任意调节。三维测量左右摄像机必须同步，因此摄像机连接到摄像机上的投影仪。系统测量软件编写，包括系统标定、三维重建、特征分析、可视化显示等。其他功能以更直观的方式显示了所提出的显示方法的效率实验结果表明，该方法能准确地将检测信息投影到被检测物体表面，并以可视化的方式显示检测结果，大大提高了检测效率。所以，一个很大的实际价值。目前，铆钉检测精度为0.02mm正或负，平均检测时间为8秒。
随着人类技术和应用技术的快速发展，快速、智能的思想逐渐进入人心，未来的社会将是一个智能、高度现代化的社会。在我们社会的未来发展，数字化的概念越来越多，技术的发展前景，促进工业生产和企业的发展及发挥了重要作用，融入高新技术产业，加快我国现代化发展。
参考文献：
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