第52卷第3期 南京航空航天大学学报 Vol. 52 No. 3 年6月 Journal of Nanjing University of Aeronautics &.Astronautics Jun.2020 DO1:10.16356/1-1005-2615.2020.03.002 飞机大尺寸自动化柔性测量技术研究进展 汪俊1,李红卫2 (1.南京航空航天大学机电学院,南京,210016;2.航空工业西安飞机工业(集团)有限责任公司,西安,710089) 摘要:飞机大尺寸零部件具有结构复杂、外形尺寸大等特点。传统的单一测量手段如激光跟踪仪,因测量效率低 等问題,越来越难以满足飞机智能制造的高精度、高效率的测量需求。大尺寸自动化柔性测量技术作为一种新 兴的组合式测量方法,突破了单一测量设备测量效率低的难題,以其高精度、高效率测量的优势,在航空测量领 域展现了极强的发展应用前景。针对飞机制造过程中大尺寸自动化柔性测量技术的研究,本文首先综述了飞机 大尺寸测量场构建的相关进展。其次,介绍了自动化柔性扫描路径规划的研究选展。然后,列举了柔性仳测量 在飞机蒙皮间隙测量、整机水平测量和数宇化预装配等方面的应用现状。最终总结得出,飞机自动化柔性大尺 寸测量技术的研究对提高飞机制造过程中的质量控制具有重要的实际意义。 关键词:大尺寸测量;柔性化测量;测量场;扫描路径规划 中图分类号:V2624文献标志码:A文章编号:1005-2615(2020)03-0353-10 Aircraft Large-Scale automation Flexible Measurement Technology WANG Jun', LI Hongw'er (1. College of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, Nanjing, 210016 China: 2. AVIC Xi'an Aircraft Industry( Group) Company LTD, Xi'an. 710089, China) Abstract: Aircraft parts have the characteristics of large size and complex structure. The traditional single measurement method, such as laser tracker, is more and more difficult to meet the needs of high precision and high efficiency measurement of aircraft intelligent manufacturing due to the low efficiency of measurement. As a new combined measurement method, the flexible measurement technology of large-scale measurement has broken through the problem of low measurement efficiency of single measurement equipment. With its advantages of high precision and high efficiency measurement, it has shown a strong development and application prospect in the field of aviation measurement. Aiming at the research of automatic flexible large scale measurement technology in the aircraft manufacturing process, this paper first summarizes the relevant progress of aircraft measurement field construction. Secondly, the research progress of flexible automatic scanning path planning is introduced. Then, the application status of flexible measurement in the measurement of aircraft skin clearance, overall level measurement and digital preassembly are listed. Finally the research of aircraft automatic flexible large-scale measurement technology is of great practical significance to improve the quality control of aircraft manufacturing process Key words: large-scale measurement; flexible measurement; measurement field; scanning path planning 随着数字化测量技术越来越多地应用到航空制造领域,人工操作测量仪器已经不能满足飞机脉 基金项目:江苏省杰出青年基金(BK20190016)资助项目 收稿日期:2020-0402;修订日期:202005-01 作者简介:汪俊,男,教授,博士生导师,研究方向:大尺寸测量。中组部青年千人,省“双创计划”人才,江苏省 通信作者:汪俊,E-mail:wjun@Nuaa.edu.cno 引用格式:汪俊,李红卫.飞机大尺寸自动化柔性测量技术研究进展[J].南京航空航天大学学报,2020,52(3):353-362 WANG Jun, LI Hongwei. Aircraft large-scale automation flexible measurement technology [J]. Journal of Nanjing Univer sity of Aeronautics &. Astronautics, 2020. 52(3): 353-362
第 52 卷第 3 期 2020 年 6 月 Vol. 52 No. 3 Jun. 2020 南 京 航 空 航 天 大 学 学 报 Journal of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics 飞机大尺寸自动化柔性测量技术研究进展 汪 俊 1 ，李红卫 2 （1.南京航空航天大学机电学院，南京，210016；2.航空工业西安飞机工业（集团）有限责任公司，西安，710089） 摘要：飞机大尺寸零部件具有结构复杂、外形尺寸大等特点。传统的单一测量手段如激光跟踪仪，因测量效率低 等问题，越来越难以满足飞机智能制造的高精度、高效率的测量需求。大尺寸自动化柔性测量技术作为一种新 兴的组合式测量方法，突破了单一测量设备测量效率低的难题，以其高精度、高效率测量的优势，在航空测量领 域展现了极强的发展应用前景。针对飞机制造过程中大尺寸自动化柔性测量技术的研究，本文首先综述了飞机 大尺寸测量场构建的相关进展。其次，介绍了自动化柔性扫描路径规划的研究进展。然后，列举了柔性化测量 在飞机蒙皮间隙测量、整机水平测量和数字化预装配等方面的应用现状。最终总结得出，飞机自动化柔性大尺 寸测量技术的研究对提高飞机制造过程中的质量控制具有重要的实际意义。 关键词：大尺寸测量；柔性化测量；测量场；扫描路径规划 中图分类号：V262.4 文献标志码：A 文章编号：1005‑2615（2020）03‑0353‑10 Aircraft Large‑Scale Automation Flexible Measurement Technology WANG Jun1 ，LI Hongwei2 （1. College of Mechanical and Electrical Engineering，Nanjing University of Aeronautics & Astronautics，Nanjing，210016， China；2. AVIC Xi’an Aircraft Industry（Group）Company LTD，Xi’an，710089，China） Abstract: Aircraft parts have the characteristics of large size and complex structure. The traditional single measurement method，such as laser tracker，is more and more difficult to meet the needs of high precision and high efficiency measurement of aircraft intelligent manufacturing due to the low efficiency of measurement. As a new combined measurement method，the flexible measurement technology of large-scale measurement has broken through the problem of low measurement efficiency of single measurement equipment. With its advantages of high precision and high efficiency measurement，it has shown a strong development and application prospect in the field of aviation measurement. Aiming at the research of automatic flexible largescale measurement technology in the aircraft manufacturing process，this paper first summarizes the relevant progress of aircraft measurement field construction. Secondly，the research progress of flexible automatic scanning path planning is introduced. Then， the application status of flexible measurement in the measurement of aircraft skin clearance，overall level measurement and digital preassembly are listed. Finally， the research of aircraft automatic flexible large-scale measurement technology is of great practical significance to improve the quality control of aircraft manufacturing process. Key words: large-scale measurement；flexible measurement；measurement field；scanning path planning 随着数字化测量技术越来越多地应用到航空 制造领域，人工操作测量仪器已经不能满足飞机脉 DOI：10. 16356/j. 1005‑2615. 2020. 03. 002 基金项目：江苏省杰出青年基金（BK20190016）资助项目。 收稿日期：2020‑04‑02；修订日期：2020‑05‑01 作者简介：汪俊，男，教授，博士生导师，研究方向：大尺寸测量。中组部青年千人，省“双创计划”人才，江苏省特聘教授。 通信作者：汪俊，E-mail：wjun@nuaa.edu.cn。 引用格式：汪俊，李红卫 . 飞机大尺寸自动化柔性测量技术研究进展［J］. 南京航空航天大学学报，2020，52（3）：353‑362. WANG Jun，LI Hongwei. Aircraft large-scale automation flexible measurement technology［J］. Journal of Nanjing Univer‑ sity of Aeronautics & Astronautics，2020，52（3）：353‑362
南京航空航天大学学报 第52卷 动生产的效率要求。另外,单一测量设备构成的测量基准点选择优化方法和一种在带集合位置约束 量系统,也越来越难以满足飞机大尺寸零部件的高的以转战参数误差不确定度最小为目标的激光跟 精度测量需求。因此,为了能够满足航空制造企业踪仪位置优化方法。Jang等通过对扫描测量末 不断提升的测量要求及灵活多变的测量需求,面向端上的全局跟踪标记点进行研究,提出了一种由5 大尺寸零部件的柔性化测量系统被提了出来。相个离散标记点组成的标记点系统,进而构建了一个 比于传统且单一的测量手段,自动化柔性测量可以由双相机与激光扫描仪组成的测量系统。该系统 大幅度提高测量精度与测量效率。近些年来,大利用双目视觉原理对测量末端上的标记点系统进 尺寸的自动化扫描测量已经成为了当前航空制造行跟踪,且标记点制作简便,能在短时间内构建起 领域研究的热点问题。为了实现飞机大尺寸零部测量场。 件的自动化柔性测量,需要对大尺寸、高精度和组 针对大尺寸飞机装配过程中柔性测量的隐藏 合测量理论方法进行研究,涉及流动式全局测量误点和盲区等问题杜福洲等提出了面向柔性装配 差控制技术、多源测量传感器数据融合与快速处理的多测量系统,并开发了一套软件原型系统,提高 技术、扫描测量智能路径分析技术等,才能最终实了测量过程中的测量效率和测量精度。于浩等 现飞机制造现场的多维度多层级的柔性化组合测针对大型复杂产品检测具有的多尺度特征并存、多 量应用。 源测量数据融合特点,提出一种基于组合测量的大 针对大尺寸飞机在制造过程中的测量问题,本 尺度产品柔性检测技术。对柔性测量单元测量精 文总结了自动化柔性测量的几个主要研究步骤,分度优化问题进行建模,分析其在固定站位下的测量 别是基于柔性测量单元,根据给定的测量对象,在空间范围及测量精度分布。同时为了实现大尺寸 事先构建好的大尺寸测量场中,自主规划测量路产品的自动化柔性检测,构建了高精度的柔性测量 径完成测量数据的采集,最后对测量数据进行有单元,该单元具有广域移动局域精准执行与末端 效分析。因此,本文将从以下3个方面对飞机自动高精度等特点。最后采用K均值聚类分析实现测 化柔性大尺寸测量技术进行梳理:飞机大尺寸测量 量站位规划,设计基于测量数据反馈的自适应控制 场构建,自动化扫描测量路径规划及测量点云数据 策略。图1是大尺度产品柔性测量场景中柔性检 分析与应用。为面向飞机制造过程中大尺寸自动测系统的构成。 测量场的精度是最为重要的内容,如何保证构 化测量技术的应用提供参考 建的测量场的整体精度能符合最终测量精度的要 1飞机大尺寸测量场构建 求,一直是大尺寸测量领域的研究重点p。 杜福洲等针对大尺寸坐标测量系统激光跟 由于飞机具有大尺寸,待测量结构复杂等特踪仪现场测点的不确定度评定问题,进行了激光跟 点,传统测量方法采用一种或多种测量设备独立测 踪仪现场测点不确定度建模及试验分析,提出了基 量的方式无法保证大飞机的测量要求。现有方法于蒙特卡洛仿真法的坐标点测量不确定度评定算 般结合多种测量设备或方法,对飞机进行测量扫法,同时提出一种激光跟踪仪移站测量若干固定靶 描。为了对多种测量设备获取的多源数据进行融标点的方法来获取激光跟踪仪在实际测量环境下 合,从而保证测量精度需要首先构建大尺寸测量传感器单元的测量误差参数。Chen等为了保证 场,建立全局测量坐标系 大尺寸测量对象的三维重建精度,提出了一种结合 陈哲涵等对飞机数字化装配测量场构建的手持式三维激光扫描仪与全局定位测量仪的大尺 关键技术展开了研究,从测量设备软硬件、目标、环寸测量系统。该系统可分为测量数据采集,多源数 境、工艺和过程支持软件5个维度的参数与测量精据融合及基于测量数据的三维重建等3个步骤。 度、时间、成本和有效测量范围4个影响的角度出通过对相机标定和数据拼接误差的优化,该论文提 发,将其在飞机装配过程中应用效果的关键特性进出的三维重建精度能达到00963mm 行耦合,提出了数字化测量场特性矩阵。浙江大学 金涨军等分析激光跟踪仪转站过程中的测 的金涨军国深入研究了飞机装配中大尺寸测量长量误差传递过程,提出对转站参数误差和转站误差 的构建、精度评价和系统配置优化方法,通过对大的理论估计模型,描述了公共观测点的配置和激光 尺寸测量场的构建原理和方法进行详细的分析,建跟踪仪对公共观测点的测量误差对转站精度的影 立激光跟踪仪转战参数误差传递模型和大尺寸测响,实现了对转站参数误差和转站误差的不确定度 量长的误差估计模型;通过对大尺寸测量系统的布评定,如图2所示。曲学军等提出通过建立组合 局和配置进行详细的分析,提出一种装配先创的测测量系统解决全局测量与局部精度控制的矛盾
南 京 航 空 航 天 大 学 学 报 第 52 卷 动生产的效率要求。另外，单一测量设备构成的测 量系统，也越来越难以满足飞机大尺寸零部件的高 精度测量需求。因此，为了能够满足航空制造企业 不断提升的测量要求及灵活多变的测量需求，面向 大尺寸零部件的柔性化测量系统被提了出来。相 比于传统且单一的测量手段，自动化柔性测量可以 大幅度提高测量精度与测量效率[1] 。近些年来，大 尺寸的自动化扫描测量已经成为了当前航空制造 领域研究的热点问题。为了实现飞机大尺寸零部 件的自动化柔性测量，需要对大尺寸、高精度和组 合测量理论方法进行研究，涉及流动式全局测量误 差控制技术、多源测量传感器数据融合与快速处理 技术、扫描测量智能路径分析技术等，才能最终实 现飞机制造现场的多维度多层级的柔性化组合测 量应用。 针对大尺寸飞机在制造过程中的测量问题，本 文总结了自动化柔性测量的几个主要研究步骤，分 别是基于柔性测量单元，根据给定的测量对象，在 事先构建好的大尺寸测量场中，自主规划测量路 径，完成测量数据的采集，最后对测量数据进行有 效分析。因此，本文将从以下 3 个方面对飞机自动 化柔性大尺寸测量技术进行梳理：飞机大尺寸测量 场构建，自动化扫描测量路径规划及测量点云数据 分析与应用。为面向飞机制造过程中大尺寸自动 化测量技术的应用提供参考。 1 飞机大尺寸测量场构建 由于飞机具有大尺寸，待测量结构复杂等特 点，传统测量方法采用一种或多种测量设备独立测 量的方式无法保证大飞机的测量要求。现有方法 一般结合多种测量设备或方法，对飞机进行测量扫 描。为了对多种测量设备获取的多源数据进行融 合，从而保证测量精度，需要首先构建大尺寸测量 场，建立全局测量坐标系[2‑3] 。 陈哲涵等[4] 对飞机数字化装配测量场构建的 关键技术展开了研究，从测量设备软硬件、目标、环 境、工艺和过程支持软件 5 个维度的参数与测量精 度、时间、成本和有效测量范围 4 个影响的角度出 发，将其在飞机装配过程中应用效果的关键特性进 行耦合，提出了数字化测量场特性矩阵。浙江大学 的金涨军[5] 深入研究了飞机装配中大尺寸测量长 的构建、精度评价和系统配置优化方法，通过对大 尺寸测量场的构建原理和方法进行详细的分析，建 立激光跟踪仪转战参数误差传递模型和大尺寸测 量长的误差估计模型；通过对大尺寸测量系统的布 局和配置进行详细的分析，提出一种装配先创的测 量基准点选择优化方法和一种在带集合位置约束 的以转战参数误差不确定度最小为目标的激光跟 踪仪位置优化方法。Jiang 等[6] 通过对扫描测量末 端上的全局跟踪标记点进行研究，提出了一种由 5 个离散标记点组成的标记点系统，进而构建了一个 由双相机与激光扫描仪组成的测量系统。该系统 利用双目视觉原理对测量末端上的标记点系统进 行跟踪，且标记点制作简便，能在短时间内构建起 测量场。 针对大尺寸飞机装配过程中柔性测量的隐藏 点和盲区等问题，杜福洲等[7] 提出了面向柔性装配 的多测量系统，并开发了一套软件原型系统，提高 了测量过程中的测量效率和测量精度。于浩等[8] 针对大型复杂产品检测具有的多尺度特征并存、多 源测量数据融合特点，提出一种基于组合测量的大 尺度产品柔性检测技术。对柔性测量单元测量精 度优化问题进行建模，分析其在固定站位下的测量 空间范围及测量精度分布。同时为了实现大尺寸 产品的自动化柔性检测，构建了高精度的柔性测量 单元，该单元具有广域移动、局域精准执行与末端 高精度等特点。最后采用 K‑均值聚类分析实现测 量站位规划，设计基于测量数据反馈的自适应控制 策略。图 1 是大尺度产品柔性测量场景中柔性检 测系统的构成。 测量场的精度是最为重要的内容，如何保证构 建的测量场的整体精度能符合最终测量精度的要 求，一直是大尺寸测量领域的研究重点[9‑10] 。 杜福洲等[11] 针对大尺寸坐标测量系统激光跟 踪仪现场测点的不确定度评定问题，进行了激光跟 踪仪现场测点不确定度建模及试验分析，提出了基 于蒙特卡洛仿真法的坐标点测量不确定度评定算 法，同时提出一种激光跟踪仪移站测量若干固定靶 标点的方法来获取激光跟踪仪在实际测量环境下 传感器单元的测量误差参数。Chen 等[12] 为了保证 大尺寸测量对象的三维重建精度，提出了一种结合 手持式三维激光扫描仪与全局定位测量仪的大尺 寸测量系统。该系统可分为测量数据采集，多源数 据融合及基于测量数据的三维重建等 3 个步骤。 通过对相机标定和数据拼接误差的优化，该论文提 出的三维重建精度能达到 0.096 3 mm。 金涨军等[13] 分析激光跟踪仪转站过程中的测 量误差传递过程，提出对转站参数误差和转站误差 的理论估计模型，描述了公共观测点的配置和激光 跟踪仪对公共观测点的测量误差对转站精度的影 响，实现了对转站参数误差和转站误差的不确定度 评定，如图 2 所示。曲学军等[14] 提出通过建立组合 测量系统解决全局测量与局部精度控制的矛盾。 354
第3期 汪俊,等:飞机大尺寸自动化柔性测量技术研究进展 全局数字化测量 大尺度产品柔性检测场景 柔性测量单元 移动平台 激光跟踪仪 计算机集成管控 检测规划 检测数据采集 分析 图1柔性检测系统构成 Fig1 Cor 部件坐标系 设备坐标系 (飞机部件 (机器人) 原理,并对其测量精度分布规律进行研究,提出了 iGPS测量单元与测量网络的概念,分别对iGPS单 元测量场和iGPS网络测量场进行精度分析,给出 设备坐标系↓ (定位器) 了基于精度约束的测量方案评估方法,采用基于 设备坐标 维仿真环境的精度碰撞法对测量方案进行快速 移动平台) 评估。 增强参考 装配坐标系∠ 在测量场多源数据融合方面,张福民等基于 奇异值分解的空间配准将多测量站的数据对齐到 测量坐标系 测量坐标系 同一坐标系下,依照矩阵加权线性方差最优融合准 则,研究了相应的多传感器信息融合方法以融合多 图2大尺寸测量场的组成要素及坐标 测量站的信息。Sh等为了对大尺寸零件进行快 Fig2 Components and coordinate system of large meas-速三维测量与重建,提出了一款结合三维激光扫描 ment field 仪与多个立体跟踪仪的三维测量系统。通过在三 维扫描仪上集成发光二级管(LED)灯,使双目相 如图3所示,以光学扫描仪作为前端近距离测量设机能实时跟踪到三维扫描仪的位姿,从而将局部扫 备,激光跟踪仪提供全局测量基准,在扫描仪固定描数据融合到全局坐标系中,实现测量数据的实时 装置上布设合作目标建立传感器坐标系,将基坐标融合 系坐标转换关系分解为3个独立的观测过程,建立 林雪竹等叫根据目前飞机数字化测量的发展 联合各独立坐标转换关系的整体平差优化模型 需求,利用iGPS、激光雷达及激光跟踪仪等多种 杜福洲等介绍室内全球定位导航系统( Indo测量设备,提出了多传感融合的飞机数字化测量 global positioning system,iGPS)测量系统的工作技术,有效解决了单种测量手段测量效率及精度 较低的问题。白素琴等凹为了精确测量大尺度钢 局部视角测量坐标 板的三维形状,构建了激光技术与计算机视觉相 融合的三维测量系统,与单独使用视觉的方法相 基坐标系观测 比,在测量速度基本相同的情况下,精度提高近一 倍,系统结构如图4所示。为了能够方便地将大 尺寸测量系统中,不同类型的测量数据进行更加 高效的融合, Maisano等提出了一种新型模块化 图3组合系统测量原理 探头的设计,它采用不同类型的标靶和集成传感 Fig3 Combined system measurement principle 器。该探测器是多功能的目标数量,其类型和空
第 3 期 汪 俊，等：飞机大尺寸自动化柔性测量技术研究进展 如图 3 所示，以光学扫描仪作为前端近距离测量设 备，激光跟踪仪提供全局测量基准，在扫描仪固定 装置上布设合作目标建立传感器坐标系，将基坐标 系坐标转换关系分解为 3 个独立的观测过程，建立 联合各独立坐标转换关系的整体平差优化模型。 杜福洲等[15] 介绍 室内全球定位导航系统（Indoor global positioning system, iGPS）测量系统的工作 原理，并对其测量精度分布规律进行研究，提出了 iGPS 测量单元与测量网络的概念，分别对 iGPS 单 元测量场和 iGPS 网络测量场进行精度分析，给出 了基于精度约束的测量方案评估方法，采用基于三 维仿真环境的精度碰撞法对测量方案进行快速 评估。 在测量场多源数据融合方面，张福民等[16] 基于 奇异值分解的空间配准将多测量站的数据对齐到 同一坐标系下，依照矩阵加权线性方差最优融合准 则，研究了相应的多传感器信息融合方法以融合多 测量站的信息。Shi等[17] 为了对大尺寸零件进行快 速三维测量与重建，提出了一款结合三维激光扫描 仪与多个立体跟踪仪的三维测量系统。通过在三 维扫描仪上集成发光二级管（LED）灯，使双目相 机能实时跟踪到三维扫描仪的位姿，从而将局部扫 描数据融合到全局坐标系中，实现测量数据的实时 融合。 林雪竹等[18] 根据目前飞机数字化测量的发展 需求，利用 iGPS、激光雷达及激光跟踪仪等多种 测量设备，提出了多传感融合的飞机数字化测量 技术，有效解决了单种测量手段测量效率及精度 较低的问题。白素琴等[19] 为了精确测量大尺度钢 板的三维形状，构建了激光技术与计算机视觉相 融合的三维测量系统，与单独使用视觉的方法相 比，在测量速度基本相同的情况下，精度提高近一 倍，系统结构如图 4 所示。为了能够方便地将大 尺寸测量系统中，不同类型的测量数据进行更加 高效的融合，Maisano 等[20] 提出了一种新型模块化 探头的设计，它采用不同类型的标靶和集成传感 器。该探测器是多功能的目标数量，其类型和空 图 2 大尺寸测量场的组成要素及坐标系 Fig.2 Components and coordinate system of large measure‑ ment field 图 3 组合系统测量原理 Fig.3 Combined system measurement principle 图 1 柔性检测系统构成 Fig.1 Composition of flexible measurement system 355
南京航空航天大学学报 第52卷 间位置取决于使用的大尺寸测量系统的组合,可柔性测量的发展。逐渐发展出基于光学测量技术 以有效地简化测量过程。该探头设计如图5所和机器人技术相融合的复杂曲面柔性测量系统 示。 galette等四介绍了一种基于距离和角度测量为进行自动化柔性测量,利用机械臂操作扫描仪 的大尺寸测量系统三维位置测量的广义协同融合结合自动导航( Automated guided vehicle,AGV 方法。该方法考虑了各个传感器的精度,可根据移动小车,实现自动化扫描测量是飞机数字化测量 设备的不同精度指标分配相应的融合权重。不同的必然趋势。作为其中最为关键的一步,扫描路径 测量系统的融合,通常是在测量前通过公共点集规划是必不可少的研究内容,根据不同的目标要求 成局部坐标来实现的。例如,zhao等提出了一对扫描路径进行优化,能有效地提高扫描质量和 种改进的公共点法( Modified common points效率。 method,MCPM),通过引入相互的几何约東,将 王鹏等回通过建立基于线结构光三维扫描原 协作机的不同可跟踪系统误差结合起来,最终达理的数据模型结合背影轮廓法与凸包法,提出了 到优化全局精度的目的。 线结构光扫描过程中最佳视角确定的方法。该方 法先利用背影轮廓法获取被测量物体的粗略表面 iGPS移动式 终端控制柜 外形,然后计算出待测物体的三维凸包,根据凸包 算出测量传感器的最佳视角,进而自动确定扫描测 S接收器 量路径。该方法对扫描过程中的人工操作进行了 简化,同时还能保证测量数据的准确性和完整性。 大连理工大学的丁祎明四为提高测量精度和效率, 提出了基于初始化图形交换规范( Initial graphics exchange specification,IGES)表面模型的测量规 GPS激光发射器划方法。针对测量方向和速度影响测量精度和效 率的问题,研究了各类的曲面法线算法,在此基础 图4组合式测量系统示意图 上,规划了定位点、测量行程、测量顺序等,为整体 Fig4 Schematic diagram of combined measurement system测量规划奠定了基础。浙江大学的艾小祥以飞 机机翼自动化装配过程中的测量工艺为研究对象 S,(distributed) S, (centralized) 在分析扫描仪扫描约束及扫描对象几何特性的基 础上,研究了扫描了路径的自动化规划及优化方 法。特别地,针对机翼针对机翼壁板的大尺寸连续 曲面,通过采用行切法,提出了一种基于曲面离散 点的扫描路径优化方法。同时,艾小祥等还通过 constraint 分析手持式激光扫描仪的扫描约束与总体路径优 coordinate -Multi-target pro化问题,提出一种基于遗传算法的扫描路径优化方 (aircraft fuselage) 法,用于机翼壁板扫描时,可减少扫描调姿次数,提 i-th LVM system j-th sensor of the i-th system 高扫描效率 x,yu=)local coordinate system 邢银龙回针对当前模具修复行业的半自动化 k-th probe target 图5多功能测量探头设计 修复方式,提出一种蛇形路径规划算法,在最大限 Fig5 Multifunction measuring probe design 度地减少激光开关动作的同时,也进一步对路径的 连续性进行了约束,实现了机器人的自动修复。郑 2柔性自动化扫描路径规划 成成等针对大尺寸产品曲面外形检测效率低、精 度与评定一致性差等问题,研究了基于模型的曲面 为精确获取飞机装配部件的外形和空间位姿,外形检测方法,以飞机蒙皮为例,如图6所示,在 快速获取检测结果的分析结果,指导航空零部件精CAD模型上提出“双截面法”的曲面布点策略,采 准快速装配与制造,需要采用测量末端对待测量区用“锯齿形往返式”的检测路径提高大型曲面外形 域进行扫描测量。大尺寸飞机测量的扫描测量末检测的效率和精度。用时,对大型曲面外形的评定 端往往由高精度的三维传感器构成。同时,近年来提出了基于模型的“点一线一面”曲面综合评定方 随着中国机器人技术的快速发展,机器人与测量领法,有效提高了曲面外形评定的一致性 域的融合获得了不断的加深,极大地促进了自动化 近年来,与柔性化测量技术类似,针对飞机表
南 京 航 空 航 天 大 学 学 报 第 52 卷 间位置取决于使用的大尺寸测量系统的组合，可 以 有 效 地 简 化 测 量 过 程 。 该 探 头 设 计 如 图 5 所 示。Galetto 等[21] 介绍了一种基于距离和角度测量 的大尺寸测量系统三维位置测量的广义协同融合 方法。该方法考虑了各个传感器的精度，可根据 设备的不同精度指标分配相应的融合权重。不同 测量系统的融合，通常是在测量前通过公共点集 成局部坐标来实现的。例如，Zhao 等[22] 提出了一 种 改 进 的 公 共 点 法（Modified common points method,MCPM），通 过 引 入 相 互 的 几 何 约 束 ，将 协作机的不同可跟踪系统误差结合起来，最终达 到优化全局精度的目的。 2 柔性自动化扫描路径规划 为精确获取飞机装配部件的外形和空间位姿， 快速获取检测结果的分析结果，指导航空零部件精 准快速装配与制造，需要采用测量末端对待测量区 域进行扫描测量。大尺寸飞机测量的扫描测量末 端往往由高精度的三维传感器构成。同时，近年来 随着中国机器人技术的快速发展，机器人与测量领 域的融合获得了不断的加深，极大地促进了自动化 柔性测量的发展。逐渐发展出基于光学测量技术 和机器人技术相融合的复杂曲面柔性测量系统。 为进行自动化柔性测量，利用机械臂操作扫描仪， 结 合 自 动 导 航（Automated guided vehicle，AGV） 移动小车，实现自动化扫描测量是飞机数字化测量 的必然趋势。作为其中最为关键的一步，扫描路径 规划是必不可少的研究内容，根据不同的目标要求 对扫描路径进行优化，能有效地提高扫描质量和 效率。 王鹏等[23] 通过建立基于线结构光三维扫描原 理的数据模型，结合背影轮廓法与凸包法，提出了 线结构光扫描过程中最佳视角确定的方法。该方 法先利用背影轮廓法获取被测量物体的粗略表面 外形，然后计算出待测物体的三维凸包，根据凸包 算出测量传感器的最佳视角，进而自动确定扫描测 量路径。该方法对扫描过程中的人工操作进行了 简化，同时还能保证测量数据的准确性和完整性。 大连理工大学的丁祎明[24] 为提高测量精度和效率， 提出了基于初始化图形交换规范（Initial graphics exchange specification, IGES）表 面 模 型 的 测 量 规 划方法。针对测量方向和速度影响测量精度和效 率的问题，研究了各类的曲面法线算法，在此基础 上，规划了定位点、测量行程、测量顺序等，为整体 测量规划奠定了基础。浙江大学的艾小祥[25] 以飞 机机翼自动化装配过程中的测量工艺为研究对象， 在分析扫描仪扫描约束及扫描对象几何特性的基 础上，研究了扫描了路径的自动化规划及优化方 法。特别地，针对机翼针对机翼壁板的大尺寸连续 曲面，通过釆用行切法，提出了一种基于曲面离散 点的扫描路径优化方法。同时，艾小祥等[26] 还通过 分析手持式激光扫描仪的扫描约束与总体路径优 化问题，提出一种基于遗传算法的扫描路径优化方 法，用于机翼壁板扫描时，可减少扫描调姿次数，提 高扫描效率。 邢银龙[27] 针对当前模具修复行业的半自动化 修复方式，提出一种蛇形路径规划算法，在最大限 度地减少激光开关动作的同时，也进一步对路径的 连续性进行了约束，实现了机器人的自动修复。郑 成成等[28] 针对大尺寸产品曲面外形检测效率低、精 度与评定一致性差等问题，研究了基于模型的曲面 外形检测方法，以飞机蒙皮为例，如图 6 所示，在 CAD 模型上提出“双截面法”的曲面布点策略，采 用“锯齿形往返式”的检测路径提高大型曲面外形 检测的效率和精度。用时，对大型曲面外形的评定 提出了基于模型的“点-线-面”曲面综合评定方 法，有效提高了曲面外形评定的一致性。 近年来，与柔性化测量技术类似，针对飞机表 图 4 组合式测量系统示意图 Fig.4 Schematic diagram of combined measurement system 图 5 多功能测量探头设计 Fig.5 Multi-function measuring probe design 356
第3期 汪俊,等:飞机大尺寸自动化柔性测量技术研究进展 直线 AOBI F (a) Bi-cross-section based surface measurement point planning strategy 图7喷涂机器人与喷涂路径 Fig7 Spraying robot and spraying path 性程度,还便于对机器人进行自主扫描路径的控 制。针对面扫描测量机器人,合肥工业大学的李 浩凹通过研究测量规划中的去曲面最小包围盒算 法、视点规划算法以及视场内曲面的可视性分析 算法等基础算法,实现了基于面扫描测量机器人 长桁 的复杂曲面自动检测方法,并在MFC框架下,采 用C艹+语言完成了相关算法的设计与实现。文献 (b )Zigzag-like detection path planning strategy 图6大型曲面外形检测路径规划策略 [33]针对飞机蒙皮外形的自动化检测问题,研究 Fig.6 Path planning strategy for large surface shape deted了基于激光雷达的自动化检测技术,提出了面向 飞机蒙皮外形的自动化测量系统,实现了对飞机 蒙皮外形的的特征自动提取和测量点自动生成。 面喷漆过程中的喷漆路径优化问题,研究学者也提大连理工大学的张晓蕾叫提出基于动态路径的三 出了不同的方法。飞机表面自动化喷漆系统通常维扫描路径规划方案路线。该方法针对待测量物 也由AGV移动小车,机械臂及喷漆头组成。由于体的三维外形特征,首先将待测物体进行三维包 飞机表面喷漆技术,AGV移动小车搭载的柔性化围球表示,然后按照三维包围球对测量区域进行 测量末端十分类似,因此,研究飞机表面喷漆技术,划分,进而进行分区域的测量路径自动规划。李 对自动化柔性测量方法也具有借鉴意义。缪东晶强等针对飞机蒙皮对缝间隙与阶差测量中执行 等针对飞机喷涂问题,提出了一种飞机位姿标定机构的路径规划和运动控制难题,提出将四轮全 与喷枪轨迹规划的方法,并将喷涂作业规划集成到向机器人作为飞机蒙皮测量的执行机构,并采用 CATIA平台中,开发了一套大型自由曲面产品自基于蚁群算法的路径规划方法,将路径信息转变 动喷涂机器人系统,如图7所示。黄光胜等∞提出成全向机器人可识别的运动指令。梁延德等圆为 了一种超声扫描自动化检测的轨迹规划方法,解决解决被测曲面表面形貌未知时三维扫描的完整性 了飞机复合材料零部件超声扫描轨迹规划效率低和扫描质量问题,提出了一种工业机器人+三维 的问题。该方法结合飞机复材构件特征与超声检激光外形扫描仪的解决方案,将工业机器人作为 测的工艺要求,实现了一种三维数字化模型驱动的运动载体,搭载三维扫描仪对曲面进行测量扫 构件超声C扫描检测的快速轨迹规划技术。描。大连理工大学的史有志回提出一种基于机 于乾坤等叫为解决喷涂飞机等大型工件的过程中器人的大型回转体自动化扫描方案。该方法以 机器人的最佳站位问题,提出并利用外腕心的概念回转体为测量研究对象,通过对机器人工作空间 对喷涂机器人的空心手腕做球形近似,解决机器人进行建模,对扫描的可达区域进行深入分析,最 不可解耦问题。同时,为了定量评估站位对机器人终利用沿轴向行切法生成大型回转体外形的扫 运动性能的影响,在约束和关节可用度指标分析的描路径。陈允全等通过构建机器人扫描系统, 基础上,建立了关于展位的单点和连续喷涂任务代提出飞机大型结构件的自动化外形检测方法。 价函数,如图7所示。 并进一步从系统构建、流程构建和轨迹规划等 将扫描测量末端仪器搭载在移动机器人平台个方面闸述了机器人扫描系统的组成和测量方 上,搭配机器人手臂,不仅可以增加测量系统的柔法,如图8所示
第 3 期 汪 俊，等：飞机大尺寸自动化柔性测量技术研究进展 面喷漆过程中的喷漆路径优化问题，研究学者也提 出了不同的方法。飞机表面自动化喷漆系统通常 也由 AGV 移动小车，机械臂及喷漆头组成。由于 飞机表面喷漆技术，AGV 移动小车搭载的柔性化 测量末端十分类似，因此，研究飞机表面喷漆技术， 对自动化柔性测量方法也具有借鉴意义。缪东晶 等[29] 针对飞机喷涂问题，提出了一种飞机位姿标定 与喷枪轨迹规划的方法，并将喷涂作业规划集成到 CATIA 平台中，开发了一套大型自由曲面产品自 动喷涂机器人系统，如图 7 所示。黄光胜等[30] 提出 了一种超声扫描自动化检测的轨迹规划方法，解决 了飞机复合材料零部件超声扫描轨迹规划效率低 的问题。该方法结合飞机复材构件特征与超声检 测的工艺要求，实现了一种三维数字化模型驱动的 复材构件超声 C 扫描检测的快速轨迹规划技术。 于乾坤等[31] 为解决喷涂飞机等大型工件的过程中 机器人的最佳站位问题，提出并利用外腕心的概念 对喷涂机器人的空心手腕做球形近似，解决机器人 不可解耦问题。同时，为了定量评估站位对机器人 运动性能的影响，在约束和关节可用度指标分析的 基础上，建立了关于展位的单点和连续喷涂任务代 价函数，如图 7 所示。 将扫描测量末端仪器搭载在移动机器人平台 上，搭配机器人手臂，不仅可以增加测量系统的柔 性程度，还便于对机器人进行自主扫描路径的控 制。针对面扫描测量机器人，合肥工业大学的李 浩[32] 通过研究测量规划中的去曲面最小包围盒算 法、视点规划算法以及视场内曲面的可视性分析 算法等基础算法，实现了基于面扫描测量机器人 的复杂曲面自动检测方法，并在 MFC 框架下，采 用 C++ 语言完成了相关算法的设计与实现。文献 [33]针对飞机蒙皮外形的自动化检测问题，研究 了基于激光雷达的自动化检测技术，提出了面向 飞机蒙皮外形的自动化测量系统，实现了对飞机 蒙皮外形的的特征自动提取和测量点自动生成。 大连理工大学的张晓蕾[34] 提出基于动态路径的三 维扫描路径规划方案路线。该方法针对待测量物 体的三维外形特征，首先将待测物体进行三维包 围球表示，然后按照三维包围球对测量区域进行 划分，进而进行分区域的测量路径自动规划。李 强等[35] 针对飞机蒙皮对缝间隙与阶差测量中执行 机构的路径规划和运动控制难题，提出将四轮全 向机器人作为飞机蒙皮测量的执行机构，并采用 基于蚁群算法的路径规划方法，将路径信息转变 成全向机器人可识别的运动指令。梁延德等[36] 为 解决被测曲面表面形貌未知时三维扫描的完整性 和扫描质量问题，提出了一种工业机器人+三维 激光外形扫描仪的解决方案，将工业机器人作为 运 动 载 体 ，搭 载 三 维 扫 描 仪 对 曲 面 进 行 测 量 扫 描 。 大 连 理 工 大 学 的 史 有 志[37] 提 出 一 种 基 于 机 器人的大型回转体自动化扫描方案。该方法以 回转体为测量研究对象，通过对机器人工作空间 进行建模，对扫描的可达区域进行深入分析，最 终利用沿轴向行切法生成大型回转体外形的扫 描路径。陈允全等[38] 通过构建机器人扫描系统， 提 出 飞 机 大 型 结 构 件 的 自 动 化 外 形 检 测 方 法 。 并进一步从系统构建、流程构建和轨迹规划等 3 个方面阐述了机器人扫描系统的组成和测量方 法，如图 8 所示。 图 6 大型曲面外形检测路径规划策略 Fig.6 Path planning strategy for large surface shape detec‑ tion 图 7 喷涂机器人与喷涂路径 Fig.7 Spraying robot and spraying path 357
358 南京航空航天大学学报 第52卷 扫描轨迹 主控计算机 机器人控制 激光跟踪仪 激光扫描仪 末端执行器 KUKA工业机器人 工业机器人系统 激光跟踪仪 图8机器人扫描系统的组成 3测量点云数据分析与应用 GPS发射器 通过构建大尺寸测量场,控制柔性测量单元进 测量场坐标 行自动化数据采集,可以在短时间内获取到高精度 停靠点 的三维点云测量数据。通过对测量数据进行合理 的分析与利用,可以实现飞机蒙皮间隙阶差测量, 飞机水平测量与飞机预装配控制等应用。 机坐标系 针对飞机蒙皮对缝阶差与间隙测量的问题,许 AGV坐标系 测量场 大帅等在线结构光视觉测量技术的研究基础上 设计了一个阶差与间隙测量模型,并利用iGPS系 S坐标系 统,在计算间隙与阶差的同时,在蒙皮部件上对其 图10间隙与阶差测量系统应用场景 进行定位。如图9所示,通过线结构光视觉床干起 ig. 10 Gap and step difference measurement system appli cation scene 与iGPS的联合测量,可以实现阶差与间隙在尺度 和位置两个方面的非接触、高精度测量。文献[40] 针对飞机水平测量的问题,电子科技大学的栗 针对飞机蒙皮装配间隙与阶差的数字化测量问题 辉叫针对飞机水平测量中效率低、可重复性差以及 提出了一种基于全向机器人测量平台的测量模式,误差波动大等问题,提出了一种既能保证测量精 设计了一个基于多系统集成的间隙与阶差测量系 统,并且为验证系统性能,自主开发了间隙与阶差度,又能减少操作人员工作量的数字化测量方法。 该方法通过坐标融合数学模型将iGPS系统与激光 测量软件,如图10所示。 雷达相融合,实现飞机外形基准数据的采集与传 递。喻世臣等针对传统飞机水平测量方法精度 效率低的问题,将iGPS与激光跟踪仪进行结合,实 现了测量范围广、测量精度高的多传感器测量系 统,实现了大尺寸飞机的数字化水平测量 为了将扫描测量数据在飞机装配过程中进行 有效的利用,南京航空航天大学的张微针对由于 装配件件产生干涉或间隙而引起零件的反复试装 图9线结构光视觉传感器与iGPS联合测量示意图 的问题,通过扫描实际构件得到点云数据,然后利 Fig9 Schematic diagram of combined measurement of lin--用虚拟装配技术,分析装配件间的干涉情况,从而 ear structured light vision sensor and iGPS 指导实构件的位姿调整。壁板数字化位姿调整过
南 京 航 空 航 天 大 学 学 报 第 52 卷 3 测量点云数据分析与应用 通过构建大尺寸测量场，控制柔性测量单元进 行自动化数据采集，可以在短时间内获取到高精度 的三维点云测量数据。通过对测量数据进行合理 的分析与利用，可以实现飞机蒙皮间隙阶差测量， 飞机水平测量与飞机预装配控制等应用。 针对飞机蒙皮对缝阶差与间隙测量的问题，许 大帅等[39] 在线结构光视觉测量技术的研究基础上， 设计了一个阶差与间隙测量模型，并利用 iGPS 系 统，在计算间隙与阶差的同时，在蒙皮部件上对其 进行定位。如图 9 所示，通过线结构光视觉床干起 与 iGPS 的联合测量，可以实现阶差与间隙在尺度 和位置两个方面的非接触、高精度测量。文献[40] 针对飞机蒙皮装配间隙与阶差的数字化测量问题， 提出了一种基于全向机器人测量平台的测量模式， 设计了一个基于多系统集成的间隙与阶差测量系 统，并且为验证系统性能，自主开发了间隙与阶差 测量软件，如图 10 所示。 针对飞机水平测量的问题，电子科技大学的栗 辉[41] 针对飞机水平测量中效率低、可重复性差以及 误差波动大等问题，提出了一种既能保证测量精 度，又能减少操作人员工作量的数字化测量方法。 该方法通过坐标融合数学模型将 iGPS 系统与激光 雷达相融合，实现飞机外形基准数据的采集与传 递。喻世臣等[42] 针对传统飞机水平测量方法精度、 效率低的问题，将 iGPS 与激光跟踪仪进行结合，实 现了测量范围广、测量精度高的多传感器测量系 统，实现了大尺寸飞机的数字化水平测量。 为了将扫描测量数据在飞机装配过程中进行 有效的利用，南京航空航天大学的张微[43] 针对由于 装配件件产生干涉或间隙而引起零件的反复试装 的问题，通过扫描实际构件得到点云数据，然后利 用虚拟装配技术，分析装配件间的干涉情况，从而 指导实构件的位姿调整。壁板数字化位姿调整过 图 8 机器人扫描系统的组成 Fig.8 Composition of the robot scanning system 图 9 线结构光视觉传感器与 iGPS 联合测量示意图 Fig.9 Schematic diagram of combined measurement of lin‑ ear structured light vision sensor and iGPS 图 10 间隙与阶差测量系统应用场景 Fig.10 Gap and step difference measurement system appli‑ cation scene 358
第3期 汪俊,等:飞机大尺寸自动化柔性测量技术研究进展 程,通过光学工具球点( Optical tooling points,真正在航空制造企业的应用还远未起步。因此,考 OTP)可将壁板的定位器的位姿信息从虚拟装配虑到航空制造现场环境的复杂性,如何利用较少的 环境中传递到实际装配环境,从而实现壁板的位姿设备,构建完成满足精度要求且运行效率高,并真 调整。赵海洋等叫针对装配体小间隙在线快速测正能在实际制造应用起来的测量场,是未来研究的 量问题,提出了一种基于三维点云重构的配合面装 个重点方向。另外,完整的基于柔性测量单元的 配间隙测量分析方法。如图11所示,该算法首先扫描测量自动规划技术也还未真正成熟。现阶段 利用双目采集系统获取零件点云,并对数据进行过测量路径规划技术集中在小目标的测量规划,无法 滤处理;然后通过逆向重建技术完成曲面重构,最适应未来飞机测量大尺寸、全方位的测量需求。由 后在 CATIA的虚拟环境中按照一定的约束关系此可见,针对大飞机装配现场对待装配部件柔性化 进行虚拟装配,分析其装配间隙。东华大学的孔庆测量的迫切需求,结合全向移动平台及工业机械臂 超针对航天结构件的半实物模型的点云处理技组成柔性测量平台系统,通过智能算法驱动来实现 术进行了研究,分析了点云模型的采样、精简、去移动平台的自主导航定位与避障技术,同时实现机 噪、特征提取以及点云模型与CAD模型配准等技械臂的测量路径自动规划,是未来研究的一个重点 术,通过人机交互,实现大尺寸航天结构件的一次方向。 性装配。通过区域映射进行对应点搜索以及增加 最后,在大型飞机自动化柔性测量与分析中 装配特征权重因子的方式,对传统迭代最近点(It 对整机外形进行自动化柔性测量占据着非常重要 erative closest point,ICP)算法进行了改进,可大大的地位。现有的整机外形测量方法,普遍采用人工 操作测量仪器对飞机进行局部测量,随后借助标记 形貌扫描:C三維形貌重建 点对测量数据进行融合得到整机测量数据。这种 厘板三维扫描:壁板三维数据 测量方式,自动化程度低,测量效率偏低,且精度无 虚拟装「 法保证,已经无法满足大型飞机制造及装配。同时 助板三维扫描助板三维数据 回隙分析也可以看出,飞机整体结构件加工变形在线测量正 在逐渐向具有自动化、快速性、自适应性以及整体 柔性的在线精密自动测量系统等方面发展 图11间隙分析总体方案流程图 参考文献 Fig 11 Flow chart of overall plan for gap analysis [1 SCHMITT R H. PETEREK M. MORSE E, et al Advances in large-scale metrology-review and futr 另外,王青等{l针对叉耳接头因装配变形而产 trends[ J]. CIRP Annals, 2016, 65(2):643-665. 生的实际位姿与理论位姿不一致问题,通过最小距 [2] ZHANG Yang, LIU Wei, LAN Zhiguang, et al 离分析,判断接头间的干涉情况。在此基础上,利 Global measurement method for large-scale compo 用大尺寸测量手段,提出了一种机翼位姿调整方 nents based on a multiple field of view combina- 案,该方法可以适用于多种叉耳接头布局方式。 tion[J]. Journal of Sensors. 2017, 2017(12) 文献[47]针对飞机薄壁结构件提取边界特征效率 低的问题,利用扫描线点云的分布特点,提出了一[3] SHI Jinlong, SUN Zhengxing, BAI Suqin.Lage 种扫描线点云的逐行处理算法。首先通过邻域搜 索获得局部测量点,然后将测量点投影到扫描平面 3D scanner and laser rangefinder[J]. Applied Optics 上,最后拟合出边界特征线。此算法可以避免点 2015,54(10):2814-2823 分区、曲面拟合等几个耗时的复杂计算,从而提高[4]陈哲涵,杜福洲,飞机数字化装配测量场构建关键技 大规模点云处理的效率。 术研究[J].航空制造技术,2012,48(22):77-80 CHen Zhehan. DU Fuzhou. Research on the ke 结论 technology of the construction of aircraft digital asser bly measuring field[ J]. Aviation Manufacturing Tech- 对飞机自动化柔性大尺寸测量技术的深入研 究,对航空制造过程中的质量控制具有重要意义。[5]金涨军,飞机装配中大尺寸测量场的建立与优化技 就大尺寸测量技术而言,大型测量场构建是影响该 术[D]杭州:浙江大学,2016 技术实际应用的核心因素。就目前研究进展来看 大尺寸测量场的构建,仍然处于实验室研究阶段。 scale measurement field in aircraft assembly[[D]
第 3 期 汪 俊，等：飞机大尺寸自动化柔性测量技术研究进展 程 ，通 过 光 学 工 具 球 点（Optical tooling points, OTP）可将壁板的定位器的位姿信息从虚拟装配 环境中传递到实际装配环境，从而实现壁板的位姿 调整。赵海洋等[44] 针对装配体小间隙在线快速测 量问题，提出了一种基于三维点云重构的配合面装 配间隙测量分析方法。如图 11 所示，该算法首先 利用双目采集系统获取零件点云，并对数据进行过 滤处理；然后通过逆向重建技术完成曲面重构，最 后在 CATIA 的虚拟环境中按照一定的约束关系 进行虚拟装配，分析其装配间隙。东华大学的孔庆 超[45] 针对航天结构件的半实物模型的点云处理技 术进行了研究，分析了点云模型的采样、精简、去 噪、特征提取以及点云模型与 CAD 模型配准等技 术，通过人机交互，实现大尺寸航天结构件的一次 性装配。通过区域映射进行对应点搜索以及增加 装配特征权重因子的方式，对传统迭代最近点（It‑ erative closest point, ICP）算法进行了改进，可大大 提高点云匹配效率，保证配准精度。 另外，王青等[46] 针对叉耳接头因装配变形而产 生的实际位姿与理论位姿不一致问题，通过最小距 离分析，判断接头间的干涉情况。在此基础上，利 用大尺寸测量手段，提出了一种机翼位姿调整方 案，该方法可以适用于多种叉耳接头布局方式。 文献[47]针对飞机薄壁结构件提取边界特征效率 低的问题，利用扫描线点云的分布特点，提出了一 种扫描线点云的逐行处理算法。首先通过邻域搜 索获得局部测量点，然后将测量点投影到扫描平面 上，最后拟合出边界特征线。此算法可以避免点云 分区、曲面拟合等几个耗时的复杂计算，从而提高 大规模点云处理的效率。 4 结 论 对飞机自动化柔性大尺寸测量技术的深入研 究，对航空制造过程中的质量控制具有重要意义。 就大尺寸测量技术而言，大型测量场构建是影响该 技术实际应用的核心因素。就目前研究进展来看， 大尺寸测量场的构建，仍然处于实验室研究阶段。 真正在航空制造企业的应用还远未起步。因此，考 虑到航空制造现场环境的复杂性，如何利用较少的 设备，构建完成满足精度要求且运行效率高，并真 正能在实际制造应用起来的测量场，是未来研究的 一个重点方向。另外，完整的基于柔性测量单元的 扫描测量自动规划技术也还未真正成熟。现阶段 测量路径规划技术集中在小目标的测量规划，无法 适应未来飞机测量大尺寸、全方位的测量需求。由 此可见，针对大飞机装配现场对待装配部件柔性化 测量的迫切需求，结合全向移动平台及工业机械臂 组成柔性测量平台系统，通过智能算法驱动来实现 移动平台的自主导航定位与避障技术，同时实现机 械臂的测量路径自动规划，是未来研究的一个重点 方向。 最后，在大型飞机自动化柔性测量与分析中， 对整机外形进行自动化柔性测量占据着非常重要 的地位。现有的整机外形测量方法，普遍采用人工 操作测量仪器对飞机进行局部测量，随后借助标记 点对测量数据进行融合得到整机测量数据。这种 测量方式，自动化程度低，测量效率偏低，且精度无 法保证，已经无法满足大型飞机制造及装配。同时 也可以看出，飞机整体结构件加工变形在线测量正 在逐渐向具有自动化、快速性、自适应性以及整体 柔性的在线精密自动测量系统等方面发展。 参考文献： ［1］ SCHMITT R H，PETEREK M，MORSE E，et al. Advances in large-scale metrology‑review and future trends［J］. CIRP Annals，2016，65（2）：643-665. ［2］ ZHANG Yang，LIU Wei，LAN Zhiguang，et al. Global measurement method for large-scale compo‑ nents based on a multiple field of view combina‑ tion［J］. Journal of Sensors， 2017， 2017 （12）： 8765450. ［3］ SHI Jinlong，SUN Zhengxing，BAI Suqin. Largescale three-dimensional measurement via combining 3D scanner and laser rangefinder［J］. Applied Optics， 2015，54（10）：2814-2823. ［4］ 陈哲涵，杜福洲 . 飞机数字化装配测量场构建关键技 术研究［J］. 航空制造技术，2012，48（22）：77-80. CHEN Zhehan，DU Fuzhou. Research on the key technology of the construction of aircraft digital assem‑ bly measuring field［J］. Aviation Manufacturing Tech‑ nology，2012，48（22）：77-80. ［5］ 金涨军 . 飞机装配中大尺寸测量场的建立与优化技 术［D］.杭州：浙江大学，2016. JIN Zhangjun. Establishment and optimization of largescale measurement field in aircraft assembly［D］. 图 11 间隙分析总体方案流程图 Fig.11 Flow chart of overall plan for gap analysis 359
南京航空航天大学学报 第52卷 Hangzhou: Zhejiang University, 2016. face parts[ J]. Computer Integrated Manufacturing [6 JIANG T. CHENG X. CUI H, et al. Combined System,201521(9):2384-2392 shape measurement based on locating and tracking of[15]杜福洲,陈哲涵,唐晓青iGPS测量场精度分析及其 an optical scanner[J]. Journal of Instrumentation 应用研究[J].航空学报,2012,33(9):1737-1745 019.14:6-21 DU Fuzhou, CHEN Zhehan, TANG Xiaoqing Preci- [7]杜福洲,金杰,陈哲涵.面向柔性装配的多测量系统集 sion analysis and application of iGPS survey field[ J] 成应用关键技术研究[J].航空制造技术,2014,4 Journal of Aeronautics. 2012. 33(9): 1737-1745 (13):43-47 [16]张福民,曲兴华,叶声华.大尺寸测量中多传感器的融 DU Fuzhou, JIn Jie. Chen Zhehan. Research on 合[门.光学精密工程,2008,16(7):1236-1239 key technologies of integrated application of multiple ZHANG Fumin QU Xinghua, YE Shenghua. Multiple measurement systems for flexible assembly [J]. Avi sensor fusion in large scale measurement, optics and tion Manufacturing Technology, 2014, 4(13):43-47 precision engineering[J]. 2008, 16(7): 1236-1239 [8]于浩,杜福洲.基于组合测量的大尺度产品柔性检测[17] SHI Jinlong, SUN Zhengxing, BAI Suqin.3 D recon 技术[J].计算机集成制造系统,2019,25(5):1037 struction framework via combining one 3D scanner and 1046. multiple stereo trackers[ J]. The Visual Computer YU Hao. DU Fuzhou. Flexible inspection technolog 2018,34(3):377-389 of large scale products based on combination measure[18]林雪竹,曹国华,李丽娟,等.多传感器融合的飞机数 ment[J]. Computer Integrated Manufacturing Sys- 字化测量技术[J]航空制造技术,2013(7):46-49 tem,2019,25(5):1037-1046 LIN Xuezhu, CAO Guohua, LI Lijuan, et al. Aircraft [9] ZHAO Gang, ZHANG Chengyang. JING Xishuang digital measuring technology of multi-sensor ft et al. Station-transfer measurement accuracy improve- sion[ J]. Aeronautical Manufacturing Technology ment of laser tracker based on photogrammetry[J] 2013(7):46-49 Measurement,2016(94):717-725. [19]白素琴,史金龙,钱强,等.视觉与激光相融合的大 [10] LIU Wei, LAN Zhiguang, ZHANG Yang, et al 度钢板三维测量[光电子·激光,2015,26(3) Global data registration technology based on dynamic coded points[J]. IEEE Transactions on Instrument BAI Suqin, SHI Jinlong, QIAN Qiang, et al. 3D mea- tion and Measurement, 2017. 67(2): 394-405 surement of large steel plates based on the integration [11]杜福洲,王怀.激光跟踪仪现场测点不确定度建模及 of computer vision and laser technology[J] Journal of 试验分析[J].制造业自动化,2013,35(3):23-26 Optoelectronics Laser, 2015. 26(3): 581-589 DU Fuzhou, WANG Huai Uncertainty modeling and [20] MAISANO D, MASTROGIACOMO L. A novel experimental analysis of laser tracker on-site measure- ment points[J]. Manufacturing Automation, 2013, 35 Metrology systems[J]. Precision Engineering, 2018 (3):23 [12] CHEN Zhe, ZHANG Fumin, QU Xinghua, et al. [21] GALETTO M, MASTROGIACOMO L, MAISA Fast measurement and reconstruction of large work- NO D, et al. Cooperative fusion of distributed multi pieces with freeform surfaces by combining local scan- sensor LVM(Large Volume Metrology systems[J] ing and global position data[ J]. Sensors,, 2015. 15 CIRP Annals,2015,64(1):483-486. (6):14328-14344 [22] ZHAO G. ZHANG P, XIAO W. Coordinate align- [13]金涨军,李江雄,俞慈君,等.大尺寸空间测量中转站 ment of combined measurement systems using a mod 误差分析与评估[J]浙江大学学报(工学版),2015 fied common points method[ J]. Journal of Instrumen JIN Zhangjun, LI Jiangxiong, YU Cijun,etal. Regis-[23]王鹏,孙长库,陶立.最佳视角3D激光扫描路径的自 ration error analysis and evaluation in large-volume me- 动确定方法[冂].清华大学学报(自然科学版),2007 trology system[J] Journal of Zhejiang University(En (11):1980-1983 gineering Edition), 2015, 49(4): 655-661 WANG Peng, SUN Changku, TAO Li. Automatic [14]曲学军,孟飙,刘春.大尺寸自由曲面部件组合测量现 determination method of 3-D laser scanning path with 场全局标定优化方法与应用[冂计算机集成制造系 the best viewing angle[J]. Journal of Tsinghua Univer 统,2015.21(9):2384-2392 sity(Natural Science Edition), 2007(11): 1980-1983 QU Xuejun, MenG BIao, LIU Chun. Optimization[24]丁袆明.基于CAD模型的测量规划与可视化[D].大 method and application of on-site global calibration for 连:大连理工大学,2012 combined measurement of large-scale free-form sur- DING Weiming Measurement planning and visualiza-
南 京 航 空 航 天 大 学 学 报 第 52 卷 Hangzhou：Zhejiang University，2016. ［6］ JIANG T，CHENG X，CUI H，et al. Combined shape measurement based on locating and tracking of an optical scanner［J］. Journal of Instrumentation， 2019，14：6-21. ［7］ 杜福洲，金杰，陈哲涵 .面向柔性装配的多测量系统集 成 应 用 关 键 技 术 研 究［J］. 航 空 制 造 技 术 ，2014，4 （13）：43-47. DU Fuzhou，JIN Jie，CHEN Zhehan. Research on key technologies of integrated application of multiple measurement systems for flexible assembly［J］. Avia‑ tion Manufacturing Technology，2014，4（13）：43-47. ［8］ 于浩，杜福洲 . 基于组合测量的大尺度产品柔性检测 技术［J］. 计算机集成制造系统，2019，25（5）：1037- 1046. YU Hao，DU Fuzhou. Flexible inspection technology of large scale products based on combination measure‑ ment［J］. Computer Integrated Manufacturing Sys‑ tem，2019，25（5）：1037-1046. ［9］ ZHAO Gang，ZHANG Chengyang，JING Xishuang， et al. Station-transfer measurement accuracy improve‑ ment of laser tracker based on photogrammetry［J］. Measurement，2016（94）：717-725. ［10］ LIU Wei，LAN Zhiguang，ZHANG Yang，et al. Global data registration technology based on dynamic coded points［J］. IEEE Transactions on Instrumenta‑ tion and Measurement，2017，67（2）：394-405. ［11］ 杜福洲，王怀 . 激光跟踪仪现场测点不确定度建模及 试验分析［J］. 制造业自动化，2013，35（3）：23-26. DU Fuzhou，WANG Huai. Uncertainty modeling and experimental analysis of laser tracker on-site measure‑ ment points［J］. Manufacturing Automation，2013，35 （3）：23-26. ［12］ CHEN Zhe，ZHANG Fumin，QU Xinghua，et al. Fast measurement and reconstruction of large work‑ pieces with freeform surfaces by combining local scan‑ ning and global position data［J］. Sensors，2015，15 （6）：14328-14344. ［13］ 金涨军，李江雄，俞慈君，等 . 大尺寸空间测量中转站 误差分析与评估［J］. 浙江大学学报（工学版），2015， 49（4）：655-661. JIN Zhangjun，LI Jiangxiong，YU Cijun，et al. Regis‑ ration error analysis and evaluation in large-volume me‑ trology system［J］.Journal of Zhejiang University（En‑ gineering Edition），2015，49（4）：655-661. ［14］ 曲学军，孟飙，刘春 .大尺寸自由曲面部件组合测量现 场全局标定优化方法与应用［J］. 计算机集成制造系 统，2015，21（9）：2384-2392. QU Xuejun，MENG Biao，LIU Chun. Optimization method and application of on-site global calibration for combined measurement of large-scale free-form sur‑ face parts［J］. Computer Integrated Manufacturing System，2015，21（9）：2384-2392. ［15］ 杜福洲，陈哲涵，唐晓青 .iGPS 测量场精度分析及其 应用研究［J］. 航空学报，2012，33（9）：1737-1745. DU Fuzhou，CHEN Zhehan，TANG Xiaoqing. Preci‑ sion analysis and application of iGPS survey field［J］. Journal of Aeronautics，2012，33（9）：1737-1745. ［16］ 张福民，曲兴华，叶声华 .大尺寸测量中多传感器的融 合［J］. 光学精密工程，2008，16（7）：1236-1239. ZHANG Fumin，QU Xinghua，YE Shenghua.Multiple sensor fusion in large scale measurement，optics and precision engineering［J］，2008，16（7）：1236-1239. ［17］ SHI Jinlong，SUN Zhengxing，BAI Suqin. 3D recon‑ struction framework via combining one 3D scanner and multiple stereo trackers［J］. The Visual Computer， 2018，34（3）：377-389. ［18］ 林雪竹，曹国华，李丽娟，等 . 多传感器融合的飞机数 字化测量技术［J］.航空制造技术，2013（7）：46-49. LIN Xuezhu，CAO Guohua，LI Lijuan，et al. Aircraft digital measuring technology of multi-sensor fu‑ sion［J］. Aeronautical Manufacturing Technology， 2013（7）：46-49. ［19］ 白素琴，史金龙，钱强，等 . 视觉与激光相融合的大尺 度 钢 板 三 维 测 量［J］. 光 电 子·激 光 ，2015，26（3）： 581-589. BAI Suqin，SHI Jinlong，QIAN Qiang，et al.3D mea‑ surement of large steel plates based on the integration of computer vision and laser technology［J］.Journal of Optoelectronics Laser，2015，26（3）：581-589. ［20］ MAISANO D， MASTROGIACOMO L. A novel multi-target modular probe for multiple Large-Volume Metrology systems［J］. Precision Engineering，2018 52：30-54. ［21］ GALETTO M，MASTROGIACOMO L，MAISA‑ NO D，et al. Cooperative fusion of distributed multisensor LVM（Large Volume Metrology）systems［J］. CIRP Annals，2015，64（1）：483-486. ［22］ ZHAO G，ZHANG P，XIAO W. Coordinate align‑ ment of combined measurement systems using a modi‑ fied common points method［J］. Journal of Instrumen‑ tation，2018，13（3）：21-42. ［23］ 王鹏，孙长库，陶立 . 最佳视角 3-D 激光扫描路径的自 动确定方法［J］. 清华大学学报（自然科学版），2007 （11）：1980-1983. WANG Peng，SUN Changku，TAO Li. Automatic determination method of 3-D laser scanning path with the best viewing angle［J］. Journal of Tsinghua Univer‑ sity（Natural Science Edition），2007（11）：1980-1983. ［24］ 丁祎明 . 基于 CAD 模型的测量规划与可视化［D］. 大 连：大连理工大学，2012. DING Weiming. Measurement planning and visualiza‑ 360
第3期 汪俊,等:飞机大尺寸自动化柔性测量技术研究进展 tion based on CAD model[D]. Dalian: Dalian Univer[33]许龙.飞机蒙皮外形的自动化检测技术研究[D].南 sity of Technology. 2012. 京:南京航空航天大学,2015 [25]艾小祥.飞机机翼装配中的扫描路径规划研究[D]. XU Long. Research on automatic detection technology 杭州:浙江大学,2014 of aircraft skin shape[D]. Nanjing: Nanjing University of Aeronautics and astronautics. 2015 aircraft wing assembly[D]. Hangzhou: Zhejiang Uni-[34]张晓蕾.基于动态路径规划的三维扫描方法研 versity, 2014 究[D].大连:大连理工大学,2017 [26]艾小祥,俞慈君,方强,等.基于遗传算法的机翼壁板 ZHANG Xiaolei. Research on 3D scanning method 扫描路径优化[].浙江大学学报(工学版),2015,49 based on dynamic path planning[ D ] Dalian: Dalian (3):448-456. University of Technology, 2017 Al Xiaoxiang, YU Cijun, FANG Qiang, et al. Or [35]李强,杜福洲.全向机器人蚁群算法路径规划与运动 ization of scanning path of wing panel based on ge- 控制研究[冂.机械设计与制造,2018(S2):157- netic algorithm[J] Journal of Zhejiang University(En 159,163. gineering Edition), 2015, 49(3):448-456 LI Qiang, DU Fuzhou. Path planning and motion con- [27]邢银龙.基于平面扫描的路径规划算法研究[J].机器 trol of omnidirectional robot based on ant colony algo 人技术与应用,2019.187(1):33 rithm[J]. Mechanical Design and Manufacturing. 2018 XING Yinlong. Research on path planning algorithm S2):157-159.16 based on plane scanning[J. Robot Technology and[36]梁延德,王瑞锋,何福本,等.基于工业机器人的三维 pplication,2019,187(1):33-36 扫描技术研究[门.组合机床与自动化加工技术, [28]郑成成,杜福洲.基于模型的大型曲面外形检测与评 2018,534(8):57-59,67 定[]制造业自动化,2016,38(12):55-60 LIANG Y ande, WANG Ruifeng, HE Fuben, et al ZHENG Chengcheng, DU Fuzhou. Inspection and Research on 3D scanning technology based on industri- evaluation of large curved surface based on model[ J] al robot [J]. Modular Machine Tool and Automatic Manufacturing Automation 2016, 38(12): 55-60 Machining Technology, 2018, 534(8): 57-59, 6 [29]缪东晶,吴聊,徐静,等.飞机表面自动喷涂机器人系[37]史有志.基于机器人的大型回转体外形扫描轨 统与喷涂作业规划[J.吉林大学学报(工学版), 划与仿真[D].大连:大连理工大学,2018 201545(2):547-553 SHI Youzhi. Trajectory planning and simulation of MIU Dongjing, WU Liao, XU Jing, et al. Automatie ge-scale revolving body based on robot[ D]. Dalian praying robot system for aircraft surface and spraying Dalian University of Technology, 2018 operation planning[J]. Journal of Jilin University(En-[38]陈允全,李泷杲,黄翔,等.基于机器人的飞机大型结 gineering Edition), 2015, 45(2): 547-553 构三维自动化检测方法[J].航空制造技术,2019,62 [30]黄光胜,王美清,杜福洲,等.飞机复合材料构件超声 (10):51-57 C扫描检测轨迹规划系统研究[J].制造业自动化 CHEN Yunquan, LI Longgao, HUANG Xiang, et 2015,37(10):132-135 al. Robot based 3D automatic inspection method for HUANG Guangsheng, WANG Meiqing, DU Fu- large aircraft structure[J]. Aviation Manufacturing zhou, et al. Research on trajectory planning system for Technology,2019.62(10):51-57 ultrasonic C-scan inspection of aircraft composite com-[39]许大帅,杜福州.基于线结构光的飞机蒙皮对缝阶差 ponents[J]. Manufacturing Automation, 2015. 3 与间隙测量技术研究[J].航空制造技术,2017(5) (10):132-135 77-81 [31]于乾坤,王国磊,任田雨,等一种移动喷涂机器人的 XU Dashuai, DU fuzhou. Research on measurement 高效站位优化方法[门.机器人,2017,39(2) technique of the stepped difference and gap between aircraft skins based on linear structural light[J].Aero- YU Qiankun, WANG Guolei, REN Tianyu, et al. nautical Manufacturing Technology, 2017(5):77-81 An efficient method of position optimization for mobile[40]杜福州,于浩,李强.基于多元测量数据融合的间隙与 spraying robot [J]. Robot, 2017, 39(2): 249-256 阶差自动化测量技术研究[冂].航空制造技术,2019 [32]李浩.面向面扫描测量机器人的测量规划基础算法 62(8):14-20 研究[D].合肥:合肥工业大学,2014 DU FuZhou, YU Hao, LI Qiang. Research on gap and LI Hao. Research on the basic algorithm of meast step difference automatic measurement data fusion[J] ment planning for face-to-face scanning measurement Aeronautical Manufacturing Technology, 2019, 62 robot[D]. Hefei: Hefei University of Technology 14-20 [41]栗辉.基于iGPS和激光雷达的飞机水平测量设计与
第 3 期 汪 俊，等：飞机大尺寸自动化柔性测量技术研究进展 tion based on CAD model［D］. Dalian：Dalian Univer‑ sity of Technology，2012. ［25］ 艾小祥 . 飞机机翼装配中的扫描路径规划研究［D］. 杭州：浙江大学，2014. AI Xiaoxiang. Research on scanning path planning in aircraft wing assembly［D］. Hangzhou：Zhejiang Uni‑ versity，2014. ［26］ 艾小祥，俞慈君，方强，等 . 基于遗传算法的机翼壁板 扫描路径优化［J］. 浙江大学学报（工学版），2015，49 （3）：448-456. AI Xiaoxiang，YU Cijun，FANG Qiang，et al. Opti‑ mization of scanning path of wing panel based on ge‑ netic algorithm［J］. Journal of Zhejiang University（En‑ gineering Edition），2015，49（3）：448-456. ［27］ 邢银龙 .基于平面扫描的路径规划算法研究［J］. 机器 人技术与应用，2019，187（1）：33-36. XING Yinlong. Research on path planning algorithm based on plane scanning［J］. Robot Technology and Application，2019，187（1）：33-36. ［28］ 郑成成，杜福洲 . 基于模型的大型曲面外形检测与评 定［J］. 制造业自动化，2016，38（12）：55-60. ZHENG Chengcheng， DU Fuzhou. Inspection and evaluation of large curved surface based on model［J］. Manufacturing Automation，2016，38（12）：55-60. ［29］ 缪东晶，吴聊，徐静，等 . 飞机表面自动喷涂机器人系 统 与 喷 涂 作 业 规 划［J］. 吉 林 大 学 学 报（工 学 版）， 2015，45（2）：547-553. MIU Dongjing，WU Liao，XU Jing，et al. Automatic spraying robot system for aircraft surface and spraying operation planning［J］. Journal of Jilin University（En‑ gineering Edition），2015，45（2）：547-553. ［30］ 黄光胜，王美清，杜福洲，等 . 飞机复合材料构件超声 C 扫描检测轨迹规划系统研究［J］. 制造业自动化， 2015，37（10）：132-135. HUANG Guangsheng， WANG Meiqing， DU Fu‑ zhou，et al. Research on trajectory planning system for ultrasonic C-scan inspection of aircraft composite com‑ ponents［J］. Manufacturing Automation， 2015， 37 （10）：132-135. ［31］ 于乾坤，王国磊，任田雨，等 . 一种移动喷涂机器人的 高 效 站 位 优 化 方 法［J］. 机 器 人 ，2017，39（2）： 249-256. YU Qiankun，WANG Guolei，REN Tianyu，et al. An efficient method of position optimization for mobile spraying robot［J］. Robot，2017，39（2）：249-256. ［32］ 李浩 . 面向面扫描测量机器人的测量规划基础算法 研究［D］. 合肥：合肥工业大学，2014. LI Hao. Research on the basic algorithm of measure‑ ment planning for face-to-face scanning measurement robot［D］. Hefei： Hefei University of Technology， 2014. ［33］ 许龙 . 飞机蒙皮外形的自动化检测技术研究［D］. 南 京：南京航空航天大学，2015. XU Long. Research on automatic detection technology of aircraft skin shape［D］. Nanjing：Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，2015. ［34］ 张 晓 蕾 . 基 于 动 态 路 径 规 划 的 三 维 扫 描 方 法 研 究［D］. 大连：大连理工大学，2017. ZHANG Xiaolei. Research on 3D scanning method based on dynamic path planning［D］. Dalian：Dalian University of Technology，2017. ［35］ 李强，杜福洲 . 全向机器人蚁群算法路径规划与运动 控 制 研 究［J］. 机 械 设 计 与 制 造 ，2018（S2）：157- 159，163. LI Qiang，DU Fuzhou. Path planning and motion con‑ trol of omnidirectional robot based on ant colony algo‑ rithm［J］. Mechanical Design and Manufacturing，2018 （S2）：157-159，163. ［36］ 梁延德，王瑞锋，何福本，等 . 基于工业机器人的三维 扫 描 技 术 研 究［J］. 组 合 机 床 与 自 动 化 加 工 技 术 ， 2018，534（8）：57-59，67. LIANG Yande，WANG Ruifeng，HE Fuben，et al. Research on 3D scanning technology based on industri‑ al robot［J］. Modular Machine Tool and Automatic Machining Technology，2018，534（8）：57-59，67. ［37］ 史有志 . 基于机器人的大型回转体外形扫描轨迹规 划与仿真［D］. 大连：大连理工大学，2018. SHI Youzhi. Trajectory planning and simulation of large-scale revolving body based on robot［D］. Dalian： Dalian University of Technology，2018. ［38］ 陈允全，李泷杲，黄翔，等 . 基于机器人的飞机大型结 构三维自动化检测方法［J］. 航空制造技术，2019，62 （10）：51-57. CHEN Yunquan，LI Longgao，HUANG Xiang，et al. Robot based 3D automatic inspection method for large aircraft structure［J］. Aviation Manufacturing Technology，2019，62（10）：51-57. ［39］ 许大帅，杜福州 . 基于线结构光的飞机蒙皮对缝阶差 与间隙测量技术研究［J］. 航空制造技术，2017（5）： 77-81. XU Dashuai，DU fuzhou. Research on measurement technique of the stepped difference and gap between aircraft skins based on linear structural light［J］. Aero‑ nautical Manufacturing Technology，2017（5）：77-81. ［40］ 杜福州，于浩，李强 .基于多元测量数据融合的间隙与 阶差自动化测量技术研究［J］. 航空制造技术，2019， 62（8）：14-20. DU FuZhou，YU Hao，LI Qiang.Research on gap and step difference automatic measurement data fusion［J］. Aeronautical Manufacturing Technology，2019，62 （8）：14-20. ［41］ 栗辉 . 基于 iGPS 和激光雷达的飞机水平测量设计与 361
362 南京航空航天大学学报 第52卷 实现[D].成都:电子科技大学,2019 al. Research on fitting clearance analysis method based LI HUL. Design and implementation of aircraft level on 3D reconstruction of point cloud[ J]. Theory and measurement based on iGPS and lidar[D]. Chengdu Practice,2017,37(3):20-23. University of Electronic Science and Technology of[45]孔庆超.大尺寸航天结构件装配的半实物模型点云 China. 2019 处理关键技术研究[D].上海:东华大学,2017 [42]喻世臣,唐晓峰,翟南,等.基于激光跟踪仪iGPS的飞 KONG Qingchao. Research on key technique point 机水平测量技术研究[J].航空制造技术,2015,58 loud processing for semi physical model of large size (21):119-121 aerospace structure assembly[D]. Shanghai: Donghua YU Shichen, TANG Xiaofeng, ZHAI Nan, et al. 2017 Study of aircraft level-testing measurement technology[46]王青,范胜豪,程亮,等.基于实测数据的翼身交点接 based on laser tracker and iGPS. aeronautical manufac- 头干涉检测方法[J].浙江大学学报(工学版),2018 turing technology[J]. Aeronautical Manufacturing 2(2):207-232 Technology,2018,58(21):119-121 WANG Qing FAN Shenghao, CHENG Liang, et al [43]张微基于实测数据的飞机部件数字化预装配技术研 Interference detection method of wing-fuselage joints 究[D].南京:南京航空航天大学,2016 based on measured data[ J] Journal of Zhe jiang Univer ZHANG Wei. Research on aircraft components digital sity( Engineering Edition), 2018, 52(2): 207-232. preassembly based on measured data[D]. Nanjing:[47]余飞祥,黄翔,李泷杲,等,基于扫描线点云的飞机蒙 Nanjing University of Aeronautics and Astronautics 皮边界特征提取[J].计算机集成制造系统,2017,23 (4):701-707. [44]赵海洋,张洋,兰志广,等.基于点云三维重构的配合 YU Feixiang, HUANG Xiang. LI Shuanggao, et al 面装配间隙分析方法研究[J].理论与实践,2017,37 Aircraft skin bounary extraction based on scan line point cloud[ J]. Computer Integrated Manufacturing ZHAO Haiyang, ZHANG Yang. LAN Zhiguang. et Systems,2017,23(4):701-707 (编辑:陈珺)
南 京 航 空 航 天 大 学 学 报 第 52 卷 实现［D］. 成都：电子科技大学，2019. LI HUI. Design and implementation of aircraft level measurement based on iGPS and lidar［D］. Chengdu： University of Electronic Science and Technology of China，2019. ［42］ 喻世臣，唐晓峰，翟南，等 .基于激光跟踪仪 iGPS 的飞 机 水 平 测 量 技 术 研 究［J］. 航 空 制 造 技 术 ，2015，58 （21）：119-121. YU Shichen，TANG Xiaofeng，ZHAI Nan，et al. Study of aircraft level-testing measurement technology based on laser tracker and iGPS，aeronautical manufac‑ turing technology［J］. Aeronautical Manufacturing Technology，2018，58（21）：119-121. ［43］ 张微 .基于实测数据的飞机部件数字化预装配技术研 究［D］. 南京：南京航空航天大学，2016. ZHANG Wei. Research on aircraft components digital preassembly based on measured data［D］. Nanjing： Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， 2016. ［44］ 赵海洋，张洋，兰志广，等 . 基于点云三维重构的配合 面装配间隙分析方法研究［J］. 理论与实践，2017，37 （3）：20-23. ZHAO Haiyang，ZHANG Yang，LAN Zhiguang，et al.Research on fitting clearance analysis method based on 3D reconstruction of point cloud［J］. Theory and Practice，2017，37（3）：20-23. ［45］ 孔庆超 . 大尺寸航天结构件装配的半实物模型点云 处理关键技术研究［D］. 上海：东华大学，2017. KONG Qingchao. Research on key technique point cloud processing for semi-physical model of large size aerospace structure assembly［D］. Shanghai：Donghua University，2017. ［46］ 王青，范胜豪，程亮，等 . 基于实测数据的翼身交点接 头干涉检测方法［J］. 浙江大学学报（工学版），2018， 52（2）：207-232. WANG Qing，FAN Shenghao，CHENG Liang，et al. Interference detection method of wing-fuselage joints based on measured data［J］.Journal of Zhejiang Univer‑ sity（Engineering Edition），2018，52（2）：207-232. ［47］ 余飞祥，黄翔，李泷杲，等，基于扫描线点云的飞机蒙 皮边界特征提取［J］. 计算机集成制造系统，2017，23 （4）：701-707. YU Feixiang，HUANG Xiang，LI Shuanggao，et al. Aircraft skin bounary extraction based on scan line point cloud［J］. Computer Integrated Manufacturing Systems，2017，23（4）：701-707. （编辑：陈珺） 362