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    一種基于多目標優化的飛機整機外形掃描規劃方法技術
    
                            
    技術編號：44405756 閱讀：3 留言：0更新日期：2025-02-25 10:19
    
                        
    
                        
    
                            
                            本發明專利技術涉及飛機外形檢測技術領域，解決了現有技術在面對飛機外形掃描時存在掃描盲區、路徑覆蓋度不均勻、重復掃描率高的技術問題，尤其涉及一種基于多目標優化的飛機整機外形掃描規劃方法，首先導入飛機數模信息、掃描及自動化設備參數信息、測量場及控制場信息；對輸入的飛機數模進行局部曲率自適應離散；隨后建立多重約束條件；建構基于多目標優化函數的掃描路徑規劃任務，求解獲取全局最優的參數集合；進行路徑冗余檢測及精簡；最終實現基于多目標優化的大尺寸飛機外形掃描規劃。本發明專利技術通過采用多種信息作為輸入，綜合考慮效率、覆蓋率、精度等因素，結合多目標優化方法實現飛機整機外形掃描的規劃，提高飛機外形掃描的效率和數據質量。
    
                            
                            
    


    
                            

                            
    【技術實現步驟摘要】
    
                                
    本專利技術涉及飛機外形檢測，尤其涉及一種基于多目標優化的飛機整機外形掃描規劃方法。

    技術介紹
    1、飛機裝配是飛機生產過程中的核心環節，裝配質量直接影響飛機氣動性能和結構穩定性，而飛機外形檢測是飛機裝配過程中的關鍵步驟。當前的主要檢查手段是依靠人工使用三維掃描設備進行外形掃描獲取點云數據進行分析，但是這種檢測方式存在自動化程度低、速度慢、不全面等問題。當前飛機外形檢測手段已無法滿足現代航空工業對于飛機檢測高精度、高效率、全覆蓋的要求。
    2、為解決上述缺點提高掃描效率和掃描數據的質量，需要在飛機外形掃描之前進行掃描任務規劃。然而，由于飛機目標尺寸大、表面曲率復雜、不同區域的反射率和細節需求差異顯著，導致掃描路徑規劃面臨一系列技術挑戰，如掃描盲區、路徑覆蓋度不均勻、重復掃描率高等問題。因此，實現高效、全面、合理的掃描路徑規劃成為確保數據質量的關鍵。

    技術實現思路
    1、針對現有技術的不足，本專利技術提供了一種基于多目標優化的飛機整機外形掃描規劃方法，解決了現有技術在面對飛機外形掃描時存在掃描盲區、路徑覆蓋度不均勻、重復掃描率高的技術問題。
    2、為解決上述技術問題，本專利技術提供了如下技術方案：一種基于多目標優化的飛機整機外形掃描規劃方法，該方法包括以下步驟：
    3、s1、獲取飛機數模信息、掃描及自動化設備參數信息、測量場及控制場信息；
    4、s2、對飛機數模信息進行局部曲率自適應離散，得到數模離散點集；
    5、s3、基于數模離散點集和掃描及自動化設備參數信息、測量場及控制場信息，建立三維掃描儀掃描飛機整機外形任務的多重約束條件；
    6、s4、在多重約束條件下，建構基于多目標優化掃描路徑規劃任務的綜合數學優化模型，并求解獲取全局最優的掃描站位和掃描路徑組合；
    7、s5、對全局最優的掃描站位和掃描路徑組合進行路徑冗余檢測及精簡，得到最終的掃描站位集合和掃描路徑集合；
    8、s6、根據掃描站位集合和掃描路徑集合實現大尺寸飛機外形的掃描規劃及可視化。
    9、進一步地，在步驟s2中，具體過程包括以下步驟：
    10、s21、將飛機數模信息的網格文件轉化為點集，計算每個點的協方差矩陣以及法向量，并通過二次多項式進行局部表面擬合，表達式為：
    11、；
    12、式中，表示變量為的函數，為點的坐標；均為構成平面的二次多項式的多項式系數；
    13、s22、建立誤差平方和目標函數，通過最小化誤差平方和來求解多項式系數，誤差平方和目標函數的表達式為：
    14、；
    15、式中，為權重因子；為擬合曲面的梯度，用于對法向量的方向性進行約束；為點的鄰域內的點；分別表示點的鄰域；表示點的坐標；
    16、s23、對點集中的每一個點都進行采樣決策，如果超過閾值則進行刪除，相反則保留并生成外形代表點集；
    17、s24、對外形代表點集進行平滑優化最終得到優化后的點云，即為數模離散點集，平滑優化的表達式為：
    18、；
    19、式中，和是平滑因子；是平滑后的鄰域點的中心，平滑后的點集為；為外形代表點集中的點；為點鄰域內的點；為平滑后的點。
    20、進一步地，在步驟s3中，多重約束條件為：
    21、待測物表面上的點到光柵三維掃描儀投射鏡頭的連線和該點單位法向量的夾角應小于約束角，約束為：
    22、；
    23、視場角限定為：
    24、；
    25、景深即數據獲取的范圍，上限為，下限為，則約束為：
    26、；
    27、其中，為初始視場角；為景深；表示待測物體表面上的點的單位法向量；表示光柵三維掃描儀投射出的光柵最邊緣條紋的平分線。
    28、進一步地，在步驟s4中，具體過程包括以下步驟：
    29、s41、對掃描精度關系進行建模得到精度損失函數，并對精度損失函數進行精度損失最小化確定掃描精度優化函數，其中：
    30、精度損失函數的表達式為：
    31、；
    32、式中，為初始距離誤差；為距離相關的誤差系數；為激光發射點到目標的距離；為表面反射特性誤差系數；為水平方向的角度誤差與距離的關系；為垂直方向的角度誤差與距離的關系；為入射角度與待測面的法向的夾角；是為了避免公式中分母為零而產生的奇異性問題的一個極小參數；
    33、s42、對掃描路徑問題進行建模得到當前站位下的掃描路徑長度，并根據掃描路徑長度以掃描效率最大化確定掃描路徑優化函數，其中：
    34、掃描路徑長度的表達式為：
    35、；
    36、式中，和為相鄰點之間的距離；，為掃描順序，路徑必須覆蓋當前站位所覆蓋的所有的點；表示掃描路徑中點的數量；
    37、s43、構建單站位掃描覆蓋率評價函數，并根據單站位掃描覆蓋率評價函數實現覆蓋率最大化確定掃描覆蓋率優化函數，其中：
    38、單站位掃描覆蓋率評價函數的表達式為：
    39、；
    40、式中，為表示所有掃描覆蓋范圍的交集；為掃描需要通過的路徑點的集合；
    41、s44、根據掃描精度優化函數、掃描路徑優化函數和掃描覆蓋率優化函數建立綜合數學優化模型，表達式為：
    42、；
    43、式中，表示取負值；
    44、s45、采用加權求和的方法將多目標優化掃描路徑規劃任務轉化為單目標進行求解，最終獲取全局最優的掃描站位和掃描路徑組合。
    45、進一步地，所述掃描精度優化函數的表達式為：
    46、；
    47、式中，為所掃描的所有的點數量；
    48、掃描路徑優化函數的表達式為：
    49、；
    50、式中，為站位的數量；和為設備移動能耗和掃描能耗的權重；為當前站位掃描用時；表示掃描路徑總長度；
    51、掃描覆蓋率優化函數的表達式為：
    52、；
    53、式中，為飛機整個外形的待掃描區域。
    54、進一步地，在步驟s45中，單目標的表達式為：
    55、；
    56、式中，為各自目標的權重；為當前站位下掃描的點云的總數。
    57、進一步地，在步驟s5中，具體過程包括以下步驟：
    58、s51、檢測每一個路徑點與k鄰域范圍內路徑點的均值并將其設為閾值，當任一路徑點出現小于均值的則放入冗余點集合，反之不做任何處理；
    59、s52、對冗余點集合進行檢測，若當前掃描站位能夠被其他掃描站位下的路徑點所代替的路徑點數量高于閾值，則當前掃描站位為冗余站位；
    60、s53、重復步驟s51-s52得到最終的掃描站位集合及掃描路徑集合。
    61、借由上述技術方案，本專利技術提供了一種基于多目標優化的飛機整機外形掃描規劃方法，至少具備以下有益效果：
    62、1、本專利技術采用多種信息作為輸入，綜合考慮效率、覆蓋率、精度本文檔來自技高網...
                            
    
                            
    【技術保護點】
    
                                
    1.一種基于多目標優化的飛機整機外形掃描規劃方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
    2.根據權利要求1所述的飛機整機外形掃描規劃方法，其特征在于，在步驟S2中，具體過程包括以下步驟：
    3.根據權利要求1所述的飛機整機外形掃描規劃方法，其特征在于，在步驟S3中，多重約束條件為：
    4.根據權利要求1所述的飛機整機外形掃描規劃方法，其特征在于，在步驟S4中，具體過程包括以下步驟：
    5.根據權利要求4所述的飛機整機外形掃描規劃方法，其特征在于，所述掃描精度優化函數的表達式為：
    6.根據權利要求4所述的飛機整機外形掃描規劃方法，其特征在于，在步驟S45中，單目標的表達式為：
    7.根據權利要求1所述的飛機整機外形掃描規劃方法，其特征在于，在步驟S5中，具體過程包括以下步驟：
    
                            
    
                            
    【技術特征摘要】
    
                                
    1.一種基于多目標優化的飛機整機外形掃描規劃方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
    2.根據權利要求1所述的飛機整機外形掃描規劃方法，其特征在于，在步驟s2中，具體過程包括以下步驟：
    3.根據權利要求1所述的飛機整機外形掃描規劃方法，其特征在于，在步驟s3中，多重約束條件為：
    4.根據權利要求1所述的飛機整機外形掃描規劃方法，其特征在...
                            
    
                            
    【專利技術屬性】
    
                                技術研發人員：汪俊，吳翔，黃安義，卜尉航，濮宬涵，李子寬，
    
        申請(專利權)人：南京航空航天大學，
    
        類型：發明
    
        國別省市：
    
                            
    
                            
                        
    
                    
    
                    
                    
                     
                
    
                
                
    
                    
    
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