蜂窝芯类复合材料零件数字化测量方法研究

摘要

随着航空制造技术的日益发展，现代飞机正朝着高性能、高减重、以及低成本的方向发展。蜂窝芯结构是现代飞机上采用的一种新型填充复合材料，具有重量轻、稳定性好、强度高特点。但蜂窝芯结构较为复杂，类似蜜蜂巢穴呈空心六方晶格，有规则的排列。蜂窝芯类零件上下表面是密集排列的孔，侧面为切割后不完整的蜂窝孔壁。壁厚占蜂窝芯外形轮廓的总表面积比例较小，且壁厚较薄。结构特殊性给该类零件加工质量测量带了来较大困难。
　　针对这情况，分析了现阶段较为典型的数字化测量技术，针对蜂窝芯结构的外形轮廓和孔特征分别提出较优的测量方案，并将两种不同的测量数据进行了融合研究，主要工作内容如下:
　　1.针对蜂窝芯外形轮廓测量，提出了一种基于三维光学扫描的测量方案。首先在蜂窝芯表面紧密贴合一覆盖层，以覆盖层的外形轮廓间接反映蜂窝芯的外形轮廓。采用三维光学扫描采集覆盖层外形点云数据，通过计算点云的法矢，然后在法矢方向偏置覆盖层厚度，从而获得蜂窝芯的外形轮廓数据。最后通过实例验证了测量方法的可行性。在计算点云数据法矢的过程中，采用计算点云k邻域，以k邻域建立微切平面得到法矢的方法，文中改进了点云k邻域的搜索算法，提高了点云数据法矢的计算速度。
　　2.提出了一种基于三坐标测量机的蜂窝芯孔特征测量方法。首先计算孔截面内包含孔壁最小测量范围，然后利用测针在此范围内采样测量，不断逼近零件孔壁获得近似孔壁点，通过近似孔壁点拟合获得精确的孔心坐标。根据三坐标测量机测针参数、蜂窝芯参数以及孔特征理论数据对测量过程的极限误差进行了分析。
　　3.三维光学扫描数据与三坐标测量数据的精确融合。在测量过程中引入靶标球，用三坐标测量机和光学扫描仪分别对靶标球进行测量，根据不同测量数据中的球心位置计算得到数据的变换矩阵，实现数据的融合。在计算三维光学测量数据的靶标球心过程中，按照球体特性先对球体数据进行初步提取，然后引入了RANSAC算法，精确提取球体数据，提高了球心的计算精度。
　　研究成果表明:有效的解决了蜂窝芯外形轮廓及孔特征的测量难题，提高了测量效率和测量精度，并实现了不同测量数据的精确融合。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究现状

1．2．1 数字化测量技术

1．2．2 蜂窝芯测量方法

1．2．3 数据融合

1．3 本文研究的目的和意义

1．4 本文的主要研究内容

第2章 基于光学扫描的蜂窝芯外形轮廓测量

2．1 引言

2．2 测量方案设计

2．3 覆盖层的选择

2．4 覆盖层轮廓法矢的计算

2．4．1 测量点的k邻域搜索

2．4．2 微切平面建立及法矢求解

2．4．3 法矢方向调整

2．5 局部偏差数据去除

2．6 测量实例

2．6．1 k邻域搜索算法验证

2．6．2 测量方案验证

2．7 本章小结

第3章 基于三坐标测量的蜂窝芯孔特征测量

3．1 引言

3．2 测量方案

3．3 最小测量范围计算

3．4 误差分析

3．5 测量实例

3．6 本章小结

第4章 测量数据融合

4．1 引言

4．2 数据融合方案

4．3 球体数据提取

4．3．1 初步提取

4．3．2 基于RANSAC算法的球面精确提取

4．4 基于球心的坐标的数据融合

4．5 融合实例

4．6 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及参与项目