趙博雅，張承陽(yáng)，景喜雙

近景測(cè)量技術(shù)研究及其在航空制造中的應(yīng)用

趙博雅1，張承陽(yáng)2，景喜雙2

(1. 北京一零一中學(xué)，北京 100091；2. 北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院，北京 100083)

近景測(cè)量技術(shù)近年來(lái)在航空制造中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，為此對(duì)近景測(cè)量技術(shù)及應(yīng)用進(jìn)行了研究。介紹了近景測(cè)量系統(tǒng)的組成及國(guó)內(nèi)外各大公司生產(chǎn)的近景測(cè)量設(shè)備，分析了近景測(cè)量系統(tǒng)的相機(jī)校正、測(cè)量點(diǎn)識(shí)取、圖像自動(dòng)匹配、待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算、系統(tǒng)誤差控制等關(guān)鍵技術(shù)，總結(jié)了近景測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)以及其可能存在的問(wèn)題，闡述了目前近景測(cè)量技術(shù)以其測(cè)量精度高、效率高、性能好、可以無(wú)接觸測(cè)量的特點(diǎn)，在航空制造中零部件幾何特征測(cè)量、全機(jī)水平測(cè)量、逆向反求測(cè)量、鈑金變形分析等方面應(yīng)用，并對(duì)近景測(cè)量技術(shù)發(fā)展提出展望。

近景測(cè)量；測(cè)量精度；相機(jī)校正；逆向反求；航空制造

隨著數(shù)字工業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越高，對(duì)其制造過(guò)程中測(cè)量的精度和效率提出了更高的要求。例如在航空制造過(guò)程中，對(duì)飛機(jī)零部件的測(cè)量通常要求精度高、范圍大、效率高。近景測(cè)量系統(tǒng)作為一種數(shù)字測(cè)量系統(tǒng)，能夠同時(shí)滿(mǎn)足航空制造中的測(cè)量需求，即在保證測(cè)量精度的情況下，可以測(cè)量幾十米范圍內(nèi)的待測(cè)物體，并且能夠同時(shí)測(cè)量上萬(wàn)個(gè)點(diǎn)。因此，近年來(lái)近景測(cè)量系統(tǒng)在航空制造業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。

1 近景測(cè)量系統(tǒng)的組成與關(guān)鍵技術(shù)

1.1 近景測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量原理與系統(tǒng)組成

近景測(cè)量系統(tǒng)主要由校正過(guò)鏡頭的相機(jī)、標(biāo)志點(diǎn)和計(jì)算機(jī)等3部分組成。工作原理如圖1所示。將標(biāo)志點(diǎn)粘貼于物體的待測(cè)點(diǎn)處，使用校正過(guò)鏡頭的相機(jī)對(duì)待測(cè)物體從不同方向拍攝若干幅照片，生成二維數(shù)字圖像。計(jì)算機(jī)通過(guò)圖像識(shí)別技術(shù)，判斷圖像中標(biāo)志點(diǎn)的位置，并基于共線方程和空間交會(huì)等數(shù)學(xué)模型求得標(biāo)志點(diǎn)的坐標(biāo)和相機(jī)位姿信息[1]。近景測(cè)量系統(tǒng)工作時(shí)，數(shù)據(jù)的處理過(guò)程如圖2所示。

圖1 近景測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量原理

目前，世界上已有多家公司推出了自己的近景測(cè)量系統(tǒng)，如美國(guó)大地測(cè)量公司(GSI)推出了基于高分辨率、高精度的固態(tài)影像傳感器的V-STARS攝影三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)；德國(guó)GOM公司推出的TRITOP攝影三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)；德國(guó)AICON 3D SYSTEMS GMBH公司推出的DPA-PRO單相機(jī)攝影測(cè)量系統(tǒng)；挪威邁卓諾公司(METRONOR)推出的METRONOR光電式坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)；比利時(shí)METRIS公司推出的METRIS K600聯(lián)機(jī)攝影測(cè)量系統(tǒng)等[1-2]。各測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量精度、測(cè)量范圍和特點(diǎn)見(jiàn)表1。

圖2 近景測(cè)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理過(guò)程

表1 現(xiàn)有測(cè)量系統(tǒng)的基本信息

美國(guó)GSI公司的V-STARS系統(tǒng)，由于其系統(tǒng)精度較高、測(cè)量范圍較大，使其在航空制造等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。V-STARS系統(tǒng)有雙機(jī)聯(lián)機(jī)測(cè)量系統(tǒng)V-STARS/DE、V-STARS/M8等型號(hào)，單機(jī)脫機(jī)測(cè)量系統(tǒng)V-STARS/E5、V-STARS/S8等型號(hào)，圖3所示為V-STARS/S8型近景測(cè)量系統(tǒng)。各型號(hào)之間主要是相機(jī)硬件設(shè)備配置高低的不同，從而導(dǎo)致的測(cè)量精度和效率的不同[3]。高配置的單機(jī)測(cè)量系統(tǒng)，精度可達(dá)5 μm+5 μm/m，測(cè)量范圍可達(dá)50 m。

MPS系統(tǒng)作為國(guó)產(chǎn)的近景測(cè)量系統(tǒng)，分為MPS/S單機(jī)測(cè)量和MPS/M雙機(jī)測(cè)量?jī)煞N型號(hào)。MPS系統(tǒng)采用高分辨率的LEICA或NIKON數(shù)字相機(jī)，可在–10 ℃~50 ℃的環(huán)境中測(cè)量，測(cè)量范圍可達(dá)200 m，但測(cè)量精度與國(guó)外測(cè)量系統(tǒng)相比較低，MPS系統(tǒng)在5 m內(nèi)的測(cè)量誤差小于0.05 mm，因此國(guó)內(nèi)的近景測(cè)量系統(tǒng)還有很大的改進(jìn)和提升空間(圖4)。

圖3 V-STARS近景測(cè)量系統(tǒng)

1.2 近景測(cè)量系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

測(cè)量系統(tǒng)的關(guān)鍵，是將測(cè)量誤差控制在最小范圍內(nèi)。從圖2所示的近景測(cè)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理過(guò)程可以看出，在坐標(biāo)信息轉(zhuǎn)換、識(shí)取和計(jì)算的過(guò)程中，均會(huì)產(chǎn)生誤差。同時(shí)，系統(tǒng)硬件設(shè)備本身的系統(tǒng)誤差，也會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果的精度造成影響。如何控制并減少這些誤差，是近景測(cè)量系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。

圖4 國(guó)產(chǎn)MPS近景測(cè)量系統(tǒng)

1.2.1 相機(jī)校正技術(shù)

相機(jī)校正技術(shù)主要是減少拍攝照片時(shí)，將三維坐標(biāo)信息轉(zhuǎn)換成二維圖像時(shí)帶來(lái)的誤差，實(shí)際上是利用數(shù)學(xué)方法減少相機(jī)鏡頭畸變對(duì)測(cè)量結(jié)果的精度造成的影響。相機(jī)鏡頭畸變主要是制造過(guò)程中，由于加工裝配等原因，造成各鏡頭之間不能達(dá)到完全的同軸，以致光線在穿過(guò)各鏡頭時(shí)產(chǎn)生折射現(xiàn)象，使得測(cè)量結(jié)果不能完全滿(mǎn)足共線條件，即被測(cè)點(diǎn)、鏡頭中心和像點(diǎn)共線[4-5]。對(duì)于相機(jī)的畸變，人們通常采用數(shù)學(xué)模型對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償校正。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者已提出多種相機(jī)補(bǔ)償校對(duì)的數(shù)學(xué)模型，如10參數(shù)模型、多項(xiàng)式模型、有限元模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等[2,6-8]。這些數(shù)學(xué)模型，主要根據(jù)相機(jī)鏡頭畸變大小以及畸變的規(guī)律強(qiáng)弱來(lái)建立不同的數(shù)學(xué)模型，以提高校正的精度。在利用校正過(guò)后的相機(jī)進(jìn)行近景測(cè)量時(shí)，根據(jù)共線方程和空間交會(huì)算法等解算出待測(cè)點(diǎn)的空間坐標(biāo)及相機(jī)的相對(duì)位姿等信息。

1.2.2 測(cè)量點(diǎn)識(shí)取技術(shù)

在近景測(cè)量技術(shù)中，在對(duì)貼有標(biāo)志點(diǎn)的待測(cè)物體進(jìn)行拍攝后，能夠從數(shù)字圖像中準(zhǔn)確識(shí)取到標(biāo)志點(diǎn)，是計(jì)算待測(cè)物體空間坐標(biāo)的前提，測(cè)量點(diǎn)識(shí)取技術(shù)主要是減少識(shí)取標(biāo)志點(diǎn)時(shí)的誤差。近景測(cè)量系統(tǒng)拍攝出的數(shù)字圖像都是黑白的，所以圖像處理軟件通過(guò)分析圖像中各像素點(diǎn)的灰度值來(lái)判別標(biāo)志點(diǎn)。因?yàn)闃?biāo)志點(diǎn)采用反光材料制成，在數(shù)字圖像中亮度值比周?chē)矬w大，從而可以識(shí)別出圖像中標(biāo)志點(diǎn)的位置。國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)提出很多標(biāo)志識(shí)別算法，例如Canny算子邊緣檢測(cè)法、定向行掃描法、遞歸填充法、形態(tài)學(xué)法等[9-11]。在識(shí)取到標(biāo)志點(diǎn)位置后，還要計(jì)算標(biāo)志點(diǎn)中心坐標(biāo)，目前也有很多計(jì)算標(biāo)志點(diǎn)中心的算法，常用的有橢圓擬合法、灰度加權(quán)質(zhì)心法、模版匹配法等[9-13]，這些算法主要通過(guò)判斷邊界形狀和標(biāo)志點(diǎn)灰度值來(lái)計(jì)算中心點(diǎn)坐標(biāo)，橢圓擬合法適合處理有噪點(diǎn)的圖像，灰度加權(quán)質(zhì)心法適合處理標(biāo)志點(diǎn)半徑較小的圖像。

1.2.3 圖像自動(dòng)匹配技術(shù)

近景測(cè)量需要對(duì)待測(cè)物體從多個(gè)方位拍攝若干幅圖像，圖像處理軟件會(huì)將不同圖像中的同一標(biāo)志點(diǎn)自動(dòng)匹配到一起，以計(jì)算其空間坐標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)圖像自動(dòng)匹配，需要在待測(cè)物體或待測(cè)點(diǎn)周?chē)迟N編碼點(diǎn)。編碼點(diǎn)是經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)的可以被圖像處理軟件識(shí)別的具有編號(hào)功能的圖案點(diǎn)，在被拍攝出的所有數(shù)字圖像中，相同編號(hào)的編碼點(diǎn)會(huì)被圖像處理軟件自動(dòng)匹配到一起，便可找到同一標(biāo)志點(diǎn)在不同數(shù)字圖像中的位置。在近景測(cè)量技術(shù)中，圖像的自動(dòng)匹配主要利用像點(diǎn)空間幾何關(guān)系完成，常用帶有核線約束條件及基于核線約束的匹配算法[9,14]。

1.2.4 待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算技術(shù)

待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算技術(shù)主要是減少坐標(biāo)計(jì)算過(guò)程中產(chǎn)生的誤差。在近景測(cè)量系統(tǒng)中，采用的最廣泛的坐標(biāo)計(jì)算算法是自檢校光束法平差計(jì)算，該算法是以像點(diǎn)坐標(biāo)為觀測(cè)值，利用共線方程和平差方法，計(jì)算待測(cè)點(diǎn)和相機(jī)位姿的參數(shù)值。目前光束法平差有逐點(diǎn)法化消元法、整體法化消元法等多種計(jì)算方法[1]，針對(duì)不同的測(cè)量環(huán)境，選擇合適的計(jì)算方法有利于減少計(jì)算過(guò)程帶來(lái)的誤差。

1.2.5 系統(tǒng)誤差控制技術(shù)

相機(jī)的分辨率、噪點(diǎn)等因素都會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果的精度造成影響。相機(jī)能夠捕捉到的圖像的細(xì)節(jié)度稱(chēng)為相機(jī)的分辨率，用像素來(lái)衡量。即圖像中所包含的有效像素越多，相機(jī)的分辨率就越高[15]。在近景測(cè)量系統(tǒng)中，相對(duì)測(cè)量精度為像點(diǎn)坐標(biāo)提取精度與圖像分辨率的比值[16]。在像點(diǎn)坐標(biāo)提取精度一定的情況下，相機(jī)的分辨率越高，相對(duì)測(cè)量精度越高。相機(jī)的CCD(CMOS)傳感器在將光線作為信號(hào)接收并輸出時(shí)所產(chǎn)生的圖像中的粗糙部分叫做相機(jī)的噪點(diǎn)，通常是由電子干擾產(chǎn)生的。相機(jī)的噪點(diǎn)使得圖像中產(chǎn)生額外的像素，即圖像中原本沒(méi)有的顏色會(huì)被顯示出來(lái)。在識(shí)別待測(cè)點(diǎn)時(shí)，圖像處理軟件會(huì)根據(jù)反光標(biāo)志的灰度分布來(lái)提取圓形標(biāo)志的中心坐標(biāo)。例如，在識(shí)別標(biāo)志橢圓邊界的擬合算法中，噪點(diǎn)會(huì)影響邊界處的灰度值，從而降低了邊界識(shí)別的精度，導(dǎo)致中心點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算出現(xiàn)誤差。因此，在近景測(cè)量系統(tǒng)中，通常選用信噪比較高的相機(jī)，以降低噪點(diǎn)對(duì)測(cè)量結(jié)果精度的影響。

同時(shí)，系統(tǒng)中的基準(zhǔn)尺也會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果的精度造成影響。在近景測(cè)量系統(tǒng)中，在待測(cè)物體周?chē)ǔ７胖靡粋€(gè)或多個(gè)基準(zhǔn)尺，基準(zhǔn)尺的長(zhǎng)度要求精確并且已知，以確保測(cè)量系統(tǒng)所測(cè)量的結(jié)果中測(cè)量坐標(biāo)系的長(zhǎng)度值十分精確。所以基準(zhǔn)尺的制造誤差、受熱受力的變形等因素都會(huì)對(duì)測(cè)量精度造成影響。因此，為了減少基準(zhǔn)尺所帶來(lái)的誤差，一般在基準(zhǔn)尺的制造工程中，會(huì)選用不易變形的材料，基準(zhǔn)尺的長(zhǎng)度用精度較高的激光跟蹤儀等測(cè)量。

2 近景測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)及其在航空制造中的應(yīng)用

2.1 近景測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)

近景測(cè)量技術(shù)具有如下特點(diǎn)[17]：

(1) 測(cè)量精度高。近景測(cè)量單相機(jī)測(cè)量系統(tǒng)中，在配置較高的情況下，相對(duì)測(cè)量精度可以達(dá)到5 μm+5 μm/m。

(2) 測(cè)量效率高。系統(tǒng)可以在短時(shí)間內(nèi)獲得上萬(wàn)個(gè)待測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的信息。

(3) 穩(wěn)定性能好。在測(cè)量環(huán)境較為惡劣的情況下，如振動(dòng)、高低溫、高低壓、有毒有害等環(huán)境，依然可以實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量。

(4) 可以無(wú)接觸測(cè)量。在測(cè)量時(shí)，利用PRO-SPORT投點(diǎn)器進(jìn)行布點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸測(cè)量，對(duì)被測(cè)物體沒(méi)有損壞。

與其他工業(yè)測(cè)量技術(shù)相比，近景測(cè)量技術(shù)在測(cè)量精度、測(cè)量范圍、測(cè)量效率等方面均有特有的優(yōu)勢(shì)。表2為各工業(yè)測(cè)量系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比。

2.2 近景測(cè)量技術(shù)在航空制造中的應(yīng)用

由于近景測(cè)量技術(shù)相比其他測(cè)量技術(shù)而言，有諸多明顯的優(yōu)勢(shì)，因此其在航空制造業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。近景測(cè)量技術(shù)測(cè)量精度高，測(cè)量范圍大的特點(diǎn)，可以利用近景測(cè)量技術(shù)測(cè)量較大物體并能保證很高的測(cè)量精度，所以近景測(cè)量技術(shù)大多應(yīng)用于飛機(jī)零部件幾何特征測(cè)量與全機(jī)水平測(cè)量。

表2 各工業(yè)測(cè)量系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)

2.2.1 零部件幾何特征測(cè)量

航空制造領(lǐng)域?qū)τ诹悴考庸ず脱b配的精度要求很高，并且零部件幾何特征較為復(fù)雜。對(duì)已經(jīng)加工或是裝配好的零部件進(jìn)行近景測(cè)量，以確認(rèn)零部件的幾何特征是否符合質(zhì)量檢測(cè)的要求。圖5是波音公司利用V-STARS測(cè)量系統(tǒng)對(duì)波音777副翼夾具進(jìn)行了測(cè)量。測(cè)量了副翼夾具上關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)信息，檢測(cè)了夾具上槽、輪廓等部分的位置信息以及副翼夾具的其他特性。近景測(cè)量系統(tǒng)還適用于裝配對(duì)接零部件的測(cè)量，測(cè)量零部件接口部分的幾何信息，以保證兩個(gè)零部件能夠完整對(duì)接。

圖5 波音777副翼夾具測(cè)量

2.2.2 全機(jī)水平測(cè)量

近景測(cè)量技術(shù)還可以用于飛機(jī)的全機(jī)水平測(cè)量。操作人員用來(lái)檢查飛機(jī)成品整體的外形結(jié)構(gòu)、重要部件的尺寸大小、以及飛機(jī)試飛前后關(guān)鍵點(diǎn)的變形情況等，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)成品的質(zhì)量檢測(cè)。利用近景測(cè)量系統(tǒng)可以高精度、快速地測(cè)量飛機(jī)外形，操作者只需幾十分鐘，便可完成整機(jī)測(cè)量，相比傳統(tǒng)方法大大提高了測(cè)量效率，同時(shí)也將測(cè)量精度提高到μm級(jí)。圖6為國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)研制過(guò)程中，使用V-STARS近景測(cè)量系統(tǒng)對(duì)飛機(jī)外形進(jìn)行測(cè)量。

圖6 國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)利用近景測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量外形

近景測(cè)量技術(shù)由于其測(cè)量效率高，同時(shí)可以測(cè)量成千上萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，所以可以應(yīng)用于逆向反求測(cè)量中。

2.2.3 逆向反求測(cè)量

在航空制造領(lǐng)域中，可以利用近景測(cè)量系統(tǒng)對(duì)一個(gè)已經(jīng)制造好的零部件進(jìn)行逆向反求測(cè)量，采集零部件表面密集的眾多點(diǎn)的坐標(biāo)信息，建立其數(shù)字模型。通過(guò)在待測(cè)物體上粘貼較密集的若干標(biāo)志點(diǎn)或是利用投點(diǎn)器向待測(cè)物體表面投點(diǎn)，近景測(cè)量系統(tǒng)可以快速準(zhǔn)確地獲得待測(cè)物體表面若干密集點(diǎn)的空間坐標(biāo)信息，從而為數(shù)模的建立提供數(shù)據(jù)。圖7為澳大利亞空軍對(duì)C130戰(zhàn)機(jī)進(jìn)行的逆向反求測(cè)量。

圖7 C130逆向反求測(cè)量

當(dāng)近景測(cè)量系統(tǒng)使用投點(diǎn)器進(jìn)行測(cè)量時(shí)，可以省去在待測(cè)物體上粘貼標(biāo)志點(diǎn)的過(guò)程，使近景測(cè)量實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸測(cè)量，可以在對(duì)待測(cè)物體沒(méi)有影響的情況下，對(duì)形狀變化中的物體進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量。同時(shí)由于近景測(cè)量技術(shù)優(yōu)異的穩(wěn)定性，使得該技術(shù)在較為惡劣的環(huán)境中依然可以保持高精度測(cè)量，所以該技術(shù)也被應(yīng)用于風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中的測(cè)量。

2.2.4 鈑金變形分析

在飛機(jī)零部件加工過(guò)程中，常涉及鈑金結(jié)構(gòu)變形等問(wèn)題，利用近景測(cè)量雙相機(jī)聯(lián)機(jī)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量，測(cè)出鈑金在加工過(guò)程中的形狀變化，從而為受力分析等提供數(shù)據(jù)[18]。同時(shí)，在風(fēng)洞試驗(yàn)中，使用近景測(cè)量系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)出實(shí)驗(yàn)過(guò)程中飛機(jī)零部件的性能和形狀變化等信息[19]。

3 近景測(cè)量技術(shù)展望

3.1 近景測(cè)量技術(shù)的不足之處

近景測(cè)量技術(shù)相比其他測(cè)量技術(shù)，具有高精度、高效率、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，使得其在航空制造中得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)然，該技術(shù)也存在以下不足之處：

(1) 自動(dòng)化程度低。近景測(cè)量技術(shù)在單機(jī)脫機(jī)測(cè)量時(shí)，因其需要事先在待測(cè)物體上粘貼標(biāo)志點(diǎn)和編碼點(diǎn)，待測(cè)物體越大，粘貼點(diǎn)的數(shù)量就越多，人工工作量大，降低了測(cè)量的效率。同時(shí)，拍照過(guò)程需要人工進(jìn)行，自動(dòng)化程度低。

(2) 無(wú)法測(cè)量空間狹小的測(cè)量點(diǎn)。近景測(cè)量技術(shù)通常需要相機(jī)與待測(cè)物體間保持1 m以上的距離，以保證測(cè)量結(jié)果可以達(dá)到最佳精度。對(duì)于空間較為狹小的待測(cè)點(diǎn)而言，會(huì)因沒(méi)有足夠的測(cè)量空間，而無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。

3.2 近景測(cè)量技術(shù)在航空制造中的展望

近景測(cè)量技術(shù)自上世紀(jì)30年代問(wèn)世，到現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)過(guò)了幾十年的發(fā)展。幾十年來(lái)，近景測(cè)量技術(shù)無(wú)論從硬件設(shè)備還是軟件算法都推陳出新，發(fā)生著日新月異的變化[20]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)各高校、企業(yè)也不斷引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，并逐步研發(fā)國(guó)產(chǎn)近景測(cè)量技術(shù)[21-23]。未來(lái)近景測(cè)量技術(shù)在航空制造中的發(fā)展可以概括為如下幾個(gè)方面：

(1) 在飛機(jī)部件對(duì)接過(guò)程中的應(yīng)用。利用近景測(cè)量系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量的特點(diǎn)，可以對(duì)飛機(jī)部件對(duì)接過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)測(cè)量飛機(jī)部件當(dāng)前位置的坐標(biāo)信息并與最終對(duì)接位置進(jìn)行比對(duì)，計(jì)算部件還需移動(dòng)的方向和距離，從而確保對(duì)接的精確性。

(2) 在飛機(jī)自動(dòng)鉆鉚機(jī)器人中的應(yīng)用。使用近景測(cè)量系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)輸出待加工點(diǎn)的坐標(biāo)并指導(dǎo)飛機(jī)自動(dòng)鉆鉚機(jī)器人完成鉆鉚工作。利用近景測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量出機(jī)器人需要移動(dòng)的軌跡，并引導(dǎo)其自動(dòng)移動(dòng)到指定位置。同時(shí)，可以監(jiān)控機(jī)器人加工刀具中心點(diǎn)位置坐標(biāo)，從而保證機(jī)翼等鉆孔和鉚接工位的定位精度。

(3) 在飛機(jī)起飛與著陸過(guò)程監(jiān)視中的應(yīng)用。利用近景測(cè)量系統(tǒng)的及時(shí)性與高效性，可以對(duì)飛機(jī)起飛與著陸過(guò)程進(jìn)行攝影測(cè)量，從而分析飛機(jī)起飛與著陸過(guò)程中，飛機(jī)各零部件的性能、變形情況等信息。

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Study on the Technologies of Close Range Photogrammetry and Applications in the Manufacture of Aviation

ZHAO Boya1, ZHANG Chengyang2, JING Xishuang2

(1. Beijing 101 Middle School, Beijing 100091, China; 2. School of Mechanical Engineering and Automation, Beihang University, Beijing 100083, China)

In recent years, the technologies of close range photogrammetry have been widely used in the manufacture of aviation, so the technologies of close range photogrammetry and applications are studied. This article describes the composition of a close range measurement system and the close range measuring equipment produced by companies at home and abroad. The taking of measurement points and the calibration of close range photogrammetry are discussed. The advantages and disadvantages of close range photogrammetry are summarized. The applications of close range photogrammetry in the manufacture of aviation are described.

close range photogrammetry; measurementaccuracy; camera calibration; reverse; manufacture of aviation

TP 391

10.11996/JG.j.2095-302X.2018030509

A

2095-302X(2018)03-0509-06

2017-12-02；

2018-01-08

趙博雅(2000–)，女，北京人，北京一零一中學(xué)。E-mail：XavierC1993@163.com

景喜雙(1983–)，男，吉林公主嶺人，助理研究員，博士。主要研究方向?yàn)轱w機(jī)數(shù)字化測(cè)量技術(shù)。E-mail：tom@buaa.edu.cn