向兵飛，楊文軍，郝小忠，張延晶，馬 瑋，劉 彤，方 瑞，溫建林

（1.江西洪都航空工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，南昌 330096；2.南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院，南京 210016；3.南昌滬航工業(yè)有限公司，南昌 330096；4.空裝駐南昌地區(qū)軍事代表室，南昌 330024）

大飛機(jī)蒙皮壁薄、呈弱剛性，毛坯在成型、裝夾及重力影響下，形狀穩(wěn)定性差，導(dǎo)致裝夾后毛坯的實(shí)際型面與理論型面存在較大偏差［1-2］。大飛機(jī)某大型蒙皮毛坯變形誤差如圖1 所示，變形大且分布復(fù)雜，變形量為［-11.29～+0.607 mm］，變形量超過蒙皮厚度，按照理論程序直接加工將導(dǎo)致零件報(bào)廢。因此，需要獲取蒙皮實(shí)際曲面來保證后續(xù)加工程序的生成，傳統(tǒng)接觸式探針檢測方法對(duì)整張蒙皮進(jìn)行在機(jī)檢測，由于大飛機(jī)蒙皮尺寸大，接觸式檢測效率低，影響零件制造周期?；诰€激光的在機(jī)快速掃描技術(shù)能有效提高實(shí)際型面獲取效率，但測量精度低，無法滿足大飛機(jī)蒙皮加工精度要求。如何精確、高效地對(duì)大型蒙皮進(jìn)行原位檢測，獲取實(shí)際型面，是大飛機(jī)蒙皮高效制造的瓶頸難題。

圖1 蒙皮毛坯變形誤差Fig.1 Normal error between actual shape and nominal shape for aircraft skin

融合測量是彌補(bǔ)單個(gè)傳感器的測量局限，通過相互配合，實(shí)現(xiàn)高效和高精度測量。德國Werth 公司生產(chǎn)的多傳感器測量設(shè)備和美國的OGP 多傳感器測量系統(tǒng)均集成了接觸式和非接觸式多傳感器，實(shí)現(xiàn)了融合測量，此類融合測量系統(tǒng)多用于離線測量，重定位誤差大、效率低，不適用于大飛機(jī)大型蒙皮的高精、高效測量［3］。在機(jī)融合式測量是一種兼顧測量效率和精度，集成激光掃描儀與接觸式探針相結(jié)合的融合檢測方法，被應(yīng)用于曲面重構(gòu)、加工誤差計(jì)算與補(bǔ)償［4-5］。激光在機(jī)掃描存在系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差，且蒙皮曲面在機(jī)探針檢測和激光掃描測量數(shù)據(jù)的精度、尺度不匹配，如何對(duì)多源數(shù)據(jù)進(jìn)行融合是實(shí)現(xiàn)高精、高效在機(jī)測量的關(guān)鍵。學(xué)術(shù)界對(duì)多源數(shù)據(jù)融合的研究主要分為3 類：

（1）殘差逼近（Residual approximation，RA）方法。RA［6］是一種數(shù)據(jù)條件分布逼近算法，通過計(jì)算2 組數(shù)據(jù)之間的殘差來逼近2 組數(shù)據(jù)的條件分布差異，適用于處理異構(gòu)數(shù)據(jù)。然而RA 主要聚焦于擬合2 組數(shù)據(jù)間的系統(tǒng)誤差模型，針對(duì)大型蒙皮曲面激光測量過程中存在較大隨機(jī)誤差，僅用RA法難以消除隨機(jī)誤差帶來的影響。

（2）加權(quán)融合方法。加權(quán)融合適用于處理同構(gòu)數(shù)據(jù)從而減小隨機(jī)誤差對(duì)測量結(jié)果的影響。根據(jù)加權(quán)對(duì)象的不同，Wang 等［7］將加權(quán)融合分為4類：加權(quán)最小二乘融合［8］、像素級(jí)加權(quán)［9］、參數(shù)加權(quán)［10］與非參數(shù)加權(quán)，并通過實(shí)驗(yàn)證明RA 與加權(quán)融合是應(yīng)用場景互補(bǔ)的兩種融合測量方案。該方法能夠減少隨機(jī)誤差，但大型蒙皮多源測量數(shù)據(jù)異構(gòu)，無法解決測量融合問題。

（3）相依高斯過程方法。相依高斯過程［11］是一種新的數(shù)據(jù)融合技術(shù)。與高斯過程（Gaussion process，GP）不同，相依高斯過程可以處理來自不同傳感器的數(shù)據(jù)集，利用相同數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，并考慮不同數(shù)據(jù)集之間的耦合關(guān)系，達(dá)到數(shù)據(jù)融合的目的。但相依高斯過程中核函數(shù)及相關(guān)性系數(shù)的選取會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生相當(dāng)大的影響，目前僅靠經(jīng)驗(yàn)及貝葉斯優(yōu)化進(jìn)行選擇，難以保證大型蒙皮曲面數(shù)據(jù)融合結(jié)果的穩(wěn)定性。

針對(duì)大型蒙皮在機(jī)融合測量同時(shí)存在系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的問題，現(xiàn)有幾類融合方法適用場景及誤差消除方式均難以滿足實(shí)際零件的融合測量需求。針對(duì)以上問題，本文提出了一種蒙皮多源集成式在機(jī)測量方法（Multi-source integrated on-line measurement，MSIM）。該方法采用集成接觸式探針和激光掃描設(shè)備對(duì)大飛機(jī)蒙皮進(jìn)行在機(jī)測量，分別獲得少量高精度測量點(diǎn)和大量較低精度掃描點(diǎn)云。然后將激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)隨機(jī)分為若干等份，以高精度的接觸式測量數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，建立多源測量數(shù)據(jù)間的殘差逼近模型，并對(duì)其進(jìn)行加權(quán)集成，生成高精度蒙皮實(shí)際型面，為后續(xù)蒙皮實(shí)際加工程序生成提供模型輸入。

1 蒙皮多源集成式在機(jī)測量

大飛機(jī)蒙皮多源集成式在機(jī)測量過程中，激光掃描存在系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差，且多源測量數(shù)據(jù)的精度、尺度不匹配，高精度的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)與低精度形貌數(shù)據(jù)融合難。針對(duì)這一難題，首先，MSIM 方法采用多源集成式在機(jī)測量，以獲得的高精度測量點(diǎn)和較低精度掃描點(diǎn)云為輸入，采用多源集成式測量數(shù)據(jù)融合方法（Multi-source integrated measurement data fusion，MSIM-F），生成高精度實(shí)際型面。其中，MSIM-F 以高精度的接觸式測量數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，建立多源測量數(shù)據(jù)間的殘差逼近模型，并基于加權(quán)平均對(duì)多源殘差逼近模型進(jìn)行集成，從而解決高精度基準(zhǔn)數(shù)據(jù)與低精度形貌數(shù)據(jù)的融合難題。MSIM 的原理框架如圖2 所示。關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下2 方面：

（1）蒙皮多源集成式在機(jī)測量。在大型蒙皮加工機(jī)床上實(shí)現(xiàn)激光掃描設(shè)備、接觸式探針裝置與機(jī)床的集成，解決激光檢測信號(hào)長距離傳輸、長行程空間誤差補(bǔ)償、驅(qū)動(dòng)信號(hào)與距離信號(hào)高速低延遲實(shí)時(shí)配準(zhǔn)等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大型蒙皮的在機(jī)快速檢測。采用接觸式探針在機(jī)檢測獲取少量高精度測量點(diǎn)，采用激光掃描在機(jī)測量獲取大量較低精度掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

（2）MSIM-F。①初始融合。首先將激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)隨機(jī)分為若干等份，記為N組。N組激光掃描點(diǎn)集分別與接觸式探針獲得的少量探針點(diǎn)進(jìn)行基于殘差逼近模型的數(shù)據(jù)初始融合，得到N組不同的融合結(jié)果，實(shí)現(xiàn)激光源和探針源的精度和尺度的匹配，并消除系統(tǒng)誤差。②加權(quán)集成。為了消除激光測量的隨機(jī)誤差對(duì)初始修正模型的影響，通過集成方法對(duì)N組初始修正模型結(jié)果進(jìn)行加權(quán)集成，減小隨機(jī)誤差，得到最終的測量結(jié)果。

圖2 MSIM 方法框架Fig.2 Framework of MSIM method

2 大型蒙皮激光在機(jī)快速掃描方法

2.1 激光掃描硬件及選擇

激光快速掃描裝置主要為激光掃描設(shè)備、與機(jī)床設(shè)備集成的裝置、信號(hào)獲取和轉(zhuǎn)換所需的數(shù)據(jù)傳輸線、信號(hào)轉(zhuǎn)換器、信號(hào)集成盒、控制器、計(jì)算機(jī)以及細(xì)分方波線等。核心硬件為激光掃描設(shè)備，其選擇需要考慮應(yīng)用機(jī)床、測量精度、掃描速度、抗反光能力以及工作間距等。掃描儀器需要與機(jī)床進(jìn)行集成，并采集機(jī)床運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，僅應(yīng)用于三坐標(biāo)測量機(jī)或關(guān)節(jié)臂的掃描設(shè)備不一定能滿足大型蒙皮加工機(jī)床的應(yīng)用要求［12-13］。掃描速度需滿足機(jī)床及實(shí)際應(yīng)用需求，速度不匹配可能導(dǎo)致掃描效率低或產(chǎn)生較大的測量誤差。由于大型蒙皮變形大，掃描設(shè)備的工作間距（掃描設(shè)備與蒙皮毛坯之間的距離）要在零件變形量的基礎(chǔ)上留有余度，足夠的安全距離才能保證掃描的安全性。

大飛機(jī)蒙皮存在尺寸大、金屬材料易反光且裝夾后變形大等特點(diǎn)，對(duì)掃描設(shè)備的掃描速度、測量精度、抗反光能力以及工作間距等有較高要求。因此，本文方案選取了藍(lán)光掃描設(shè)備，掃描速度250 000 點(diǎn)/s，掃描精度0.01 mm，激光束寬度70 mm，工作間距75 mm。激光掃描設(shè)備與機(jī)床的集成設(shè)計(jì)了連接器，連接器一端為HSK63A 標(biāo)準(zhǔn)刀柄結(jié)構(gòu)，能夠與機(jī)床快速安裝；另一端根據(jù)掃描儀器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了對(duì)接裝置，保證掃描儀器激光發(fā)射源與設(shè)備主軸回轉(zhuǎn)中心重合，便于后期進(jìn)行距離信號(hào)處理。由于設(shè)備運(yùn)動(dòng)行程大、數(shù)據(jù)傳輸線長、檢測信號(hào)長距離傳輸過程中存在衰減，影響檢測精度，因此，定制了專用傳輸線，經(jīng)過系統(tǒng)測試，解決了檢測信號(hào)的長距離傳輸難題。

2.2 硬件集成和數(shù)據(jù)采集

大飛機(jī)蒙皮尺寸大、加工精度高且加工機(jī)床行程大、運(yùn)動(dòng)速度快，激光掃描過程中，機(jī)床運(yùn)動(dòng)信號(hào)和掃描設(shè)備距離信號(hào)的實(shí)時(shí)采集和合成難度大。大型蒙皮激光在機(jī)掃描需要解決激光掃描儀器與設(shè)備集成、設(shè)備運(yùn)動(dòng)信號(hào)實(shí)時(shí)獲取、掃描儀器與機(jī)床信號(hào)的處理與傳輸?shù)葘?shí)際應(yīng)用問題。激光掃描得到的實(shí)際型面數(shù)據(jù)實(shí)際是激光掃描儀器距離信號(hào)和機(jī)床運(yùn)動(dòng)信號(hào)的合成，數(shù)據(jù)合成會(huì)影響測量的分辨率及測量精度，目前常用的機(jī)床運(yùn)動(dòng)信號(hào)有OPC信號(hào)、光柵尺信號(hào)及驅(qū)動(dòng)信號(hào)。OPC 信號(hào)讀取數(shù)據(jù)方便，但運(yùn)動(dòng)信號(hào)延遲較高，與激光距離信號(hào)的數(shù)據(jù)包匹配會(huì)產(chǎn)生較大誤差，且采樣頻率較低，高速運(yùn)動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)信號(hào)分辨率不足，不滿足高速運(yùn)動(dòng)激光掃描測量需求。驅(qū)動(dòng)信號(hào)延遲低且輸出采樣頻率高，然而需對(duì)驅(qū)動(dòng)器軟硬件進(jìn)行改裝，且需考慮驅(qū)動(dòng)器掛載能力。相比之下，各軸光柵尺信號(hào)為體現(xiàn)機(jī)床運(yùn)動(dòng)的最直接信號(hào)，且一般為通用的TTL 或VPP 信號(hào)，通過對(duì)光柵尺與驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)接器可將光柵尺信號(hào)直接讀出，測量延遲低，分辨率可達(dá)0.1 μm，因此廣泛應(yīng)用于企業(yè)及學(xué)術(shù)界中激光在機(jī)改裝［14］。

本文的蒙皮曲面激光在機(jī)快速掃描系統(tǒng)如圖3所示。具體方案為：讀取機(jī)床XYZ軸光柵尺運(yùn)動(dòng)信號(hào)，本文機(jī)床光柵尺運(yùn)動(dòng)信號(hào)為波長為20 μm、幅值為1 V 的正弦波信號(hào)。為了與掃描設(shè)備的距離信號(hào)合成轉(zhuǎn)換為點(diǎn)云矩陣，對(duì)正弦波信號(hào)進(jìn)行解析，將XYZ三組正弦波信號(hào)轉(zhuǎn)換為3組波長為1 μm 的方波信號(hào)。設(shè)計(jì)信號(hào)合成裝置，將3 組XYZ方波信號(hào)集成后與掃描設(shè)備的距離信號(hào)傳輸給ECU 控制器，ECU 控制器將2組不同周期的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和合成后傳輸給計(jì)算機(jī)，通過機(jī)床位置精度誤差補(bǔ)償矩陣和點(diǎn)云矩陣綜合變換，形成空間坐標(biāo)點(diǎn)云，完成信號(hào)的采集和處理。掃描設(shè)備與機(jī)床信號(hào)的處理與傳輸突破了檢測信號(hào)長距離傳輸、長行程空間誤差補(bǔ)償、驅(qū)動(dòng)信號(hào)與距離信號(hào)高速低延遲實(shí)時(shí)配準(zhǔn)等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了大型蒙皮的在機(jī)快速檢測（掃描速度為12 000 mm/min）。相比傳統(tǒng)接觸式在機(jī)檢測蒙皮曲面方法，激光在機(jī)掃描方法提效7倍以上。

圖3 蒙皮曲面激光在機(jī)快速掃描Fig.3 On-machine laser scanner measurement for aircraft skin

3 多源集成式蒙皮測量數(shù)據(jù)融合方法

蒙皮實(shí)際型面測量數(shù)據(jù)為空間位置點(diǎn)的三維坐標(biāo){x1，x2，z}。本文作如下映射定義：f：{x1，x2}→x，曲面上任意一點(diǎn)坐標(biāo)可表示為{x，z}。定義激光掃描點(diǎn)云為DS，接觸式探測數(shù)據(jù)點(diǎn)為DT。為了消除激光掃描測量的隨機(jī)誤差，將點(diǎn)云隨機(jī)分為若干等份，建立N組較低精度源數(shù)據(jù)集DSi，i=1，2，3，…，N。對(duì)于蒙皮型面，記為f(x)，激光掃描數(shù)據(jù)DSi可以表示為

式中：rSi(x)代表系統(tǒng)誤差，εSi代表隨機(jī)誤差。由于激光掃描數(shù)據(jù)存在系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差，且激光掃描數(shù)據(jù)和接觸式測量數(shù)據(jù)的精度、尺度均不相同，因此首先通過RA 模型將N組激光掃描數(shù)據(jù)與一組少量探針數(shù)據(jù)進(jìn)行初始融合，消除系統(tǒng)誤差，得到精度、尺度處于同一量級(jí)的N組初始修正模型。然后采用加權(quán)集成的方式對(duì)N組初始修正模型進(jìn)行加權(quán)集成，消除測量的隨機(jī)誤差，從而得到多源融合測量結(jié)果。

3.1 多源集成式測量數(shù)據(jù)初始融合

多源集成式測量數(shù)據(jù)的初始融合即建立多源測量數(shù)據(jù)間的RA 模型。RA 模型是一種數(shù)據(jù)條件分布逼近算法，通過計(jì)算2 組數(shù)據(jù)之間的殘差來逼近2 組數(shù)據(jù)的條件分布差異，從而減少系統(tǒng)誤差帶來的影響，在光學(xué)曲面、機(jī)械加工等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。Colosimo 等［6］提出一種基于高斯過程的數(shù)據(jù)融合方法，根據(jù)縮放系數(shù)與位移系數(shù)來消除不同精度數(shù)據(jù)之間的差異，并在三坐標(biāo)測量機(jī)以及激光掃描設(shè)備上進(jìn)行了驗(yàn)證。Luca 等［15］基于RA 框架提出了一種基于最小二乘B 樣條擬合的分層模型，顯著提升了計(jì)算效率。

RA 模型適用于數(shù)據(jù)集大小，精度差異較大的情況，如少量高精度數(shù)據(jù)與大量低精度數(shù)據(jù)的融合。多源集成式測量中激光與探針2 組傳感器的在不同x處的坐標(biāo)z的分布可以表示為條件分布P(z|x)，且數(shù)據(jù)異構(gòu)，因此RA 算法可以用于2 組測量數(shù)據(jù)的初始融合。在蒙皮測量過程中，激光掃描數(shù)據(jù)集DSi為源數(shù)據(jù)集，對(duì)源數(shù)據(jù)集進(jìn)行GP 建模獲得源模型zSi(x*)。采用少量高精度探針數(shù)據(jù)對(duì)源模型zSi(x*)重建曲面的殘差進(jìn)行估計(jì)，通過GP 建模獲得殘差逼近模型，進(jìn)而修正DSi的系統(tǒng)誤差。少量高精度探針數(shù)據(jù)和較低精度高密度掃描數(shù)據(jù)的殘差被視為DSi在z坐標(biāo)方向上的誤差，數(shù)據(jù)融合后在點(diǎn)x*處的z坐標(biāo)預(yù)測值為zFi(x*)，定義為初始修正模型，數(shù)學(xué)上表示為源模型zSi(x*)和殘差zri(x*)的疊加，表示為

式中：下標(biāo)i代表第i組融合，zFi(x*)為高精度的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)與低精度形貌數(shù)據(jù)融合的結(jié)果。N組激光掃描數(shù)據(jù)DSi與一組探針數(shù)據(jù)DT進(jìn)行N次初始融合，得到N組精度、尺度處于同一量級(jí)的初始融合模型。多源集成式測量數(shù)據(jù)初始融合消除了掃描數(shù)據(jù)的系統(tǒng)誤差，但隨機(jī)誤差影響最終的融合效果。

3.2 初始修正模型的加權(quán)集成

通過對(duì)來自不同傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)融合能夠有效消除單次測量帶來的隨機(jī)誤差，廣泛應(yīng)用于光學(xué)曲面測量、跨尺度曲面測量等場景。激光掃描數(shù)據(jù)和接觸式測量數(shù)據(jù)的精度、尺度差異大，2個(gè)數(shù)據(jù)集為異構(gòu)數(shù)據(jù)，不適合直接加權(quán)融合。由于初始融合后的N組修正模型得到的DFi={XSi，zFi(XSi)}為同構(gòu)數(shù)據(jù)，精度、尺度處于相同水平，對(duì)N組數(shù)據(jù)DFi，i=1，2，3，…，N進(jìn)行加權(quán)可以減少隨機(jī)誤差對(duì)測量結(jié)果的影響。N組初始融合模型的加權(quán)集成方式為

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)置

為了驗(yàn)證本文提出的在機(jī)融合測量及數(shù)據(jù)融合方法在大飛機(jī)大型蒙皮測量上的性能，采用在機(jī)激光掃描和接觸式測量相結(jié)合的融合測量方法對(duì)飛機(jī)蒙皮零件進(jìn)行測量，選取其他3 種數(shù)據(jù)融合方法進(jìn)行對(duì)比以表明本文方法的優(yōu)勢。如圖4 所示，來自激光掃描儀和接觸式探針的數(shù)據(jù)將通過基準(zhǔn)球配準(zhǔn)，即2 種數(shù)據(jù)集位于同一坐標(biāo)系下。將激光掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)隨機(jī)分為3 等份，由于數(shù)據(jù)密度大，對(duì)其進(jìn)行稀釋，得到掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)集DSi，i=1，2，3。接觸式探針數(shù)據(jù)包含用于模型評(píng)估的450個(gè)檢測點(diǎn)和用于模型修正的64 個(gè)檢測點(diǎn)DT。蒙皮的測量數(shù)據(jù)集信息如表1 所示，4 種數(shù)據(jù)融合方法將在表1 的數(shù)據(jù)集上測試，然后通過分析重建誤差分布、平均絕對(duì)誤差以及最大絕對(duì)誤差來對(duì)比不同方法的數(shù)據(jù)融合效果。

圖4 蒙皮在機(jī)激光掃描Fig.4 On-machine laser scanning measurement for skin parts

表1 測量數(shù)據(jù)信息Table 1 Measurement data information

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

不同方法的融合結(jié)果如圖5 所示，其顯示了不同融合結(jié)果的重建網(wǎng)格模型、誤差沿蒙皮表面的分布以及對(duì)應(yīng)的誤差分布圖，不同方法的重建誤差結(jié)果如表2 所示。為了驗(yàn)證各融合方法的有效性，加入了1 組對(duì)照試驗(yàn)，即單獨(dú)使用1 組數(shù)據(jù)的重建誤差結(jié)果，2 個(gè)數(shù)據(jù)集都是通過GP 模型重建。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)幾種數(shù)據(jù)融合方法的結(jié)果相比于單個(gè)數(shù)據(jù)集都有不同程度的提升。圖5（a～d），4種數(shù)據(jù)融合方法中基于RA 與MSIM-F 的重建誤差分布更為集中且平均絕對(duì)誤差更小，這表明RA與MSIM-F 在處理精度相差較大的數(shù)據(jù)集上具有非常大的優(yōu)勢。此外，由于MSIM-F 利用了集成的思想，因此在隨機(jī)誤差的控制上更為出色，除去邊界非加工區(qū)域外，有效區(qū)域最大絕對(duì)測量誤差僅為0.08 mm。相依高斯過程能將非邊界誤差控制到±0.1 mm 以內(nèi)，但在邊界區(qū)域出現(xiàn)了較大的不穩(wěn)定性，最大誤差達(dá)到0.4 mm。4 種方法中加權(quán)融合效果不理想，大比例區(qū)域誤差超過0.2 mm，局部甚至超過1 mm。根據(jù)表2 可以發(fā)現(xiàn)加權(quán)融合與僅使用探針數(shù)據(jù)的結(jié)果非常接近，這是因?yàn)樘结様?shù)據(jù)的精度高于激光掃描數(shù)據(jù)的精度，因此探針數(shù)據(jù)權(quán)重大，因此，少量的探針數(shù)據(jù)根本不足以擬合出曲面的全部外形特征，這與Wang 等［7］的結(jié)論一致，即加權(quán)融合不適用于處理數(shù)據(jù)集大小、精度相差很大的數(shù)據(jù)。

圖5 基于4 種融合方法的重建結(jié)果Fig.5 Reconstruction results of four fusion methods

表2 不同測量建模方法的誤差對(duì)比結(jié)果Table 2 Error comparison of different measurement modeling methods

根據(jù)上述分析，可以得出如下結(jié)論：RA以及MSIM-F方法在大型蒙皮曲面零件的多傳感器融合測量中效果顯著；相依高斯過程由于參數(shù)求解困難導(dǎo)致實(shí)踐效果穩(wěn)定性不足，尤其是在邊界部分；加權(quán)融合由于其應(yīng)用場景限制難以用于大小、精度相差較大的數(shù)據(jù)集；針對(duì)蒙皮、壁板類大型航空零件的融合測量中同時(shí)存在系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的情況，MSIM-F 方法能夠提供較為穩(wěn)定的結(jié)果，能夠?yàn)楹罄m(xù)基于實(shí)際狀態(tài)加工程序生成提供模型輸入。

5 結(jié)論

針對(duì)大型蒙皮高精高效在機(jī)檢測難題，開展MSIM 研究，得到以下結(jié)論：

（1）針對(duì)大行程高速在機(jī)掃描難題，給出了大型蒙皮在機(jī)激光掃描硬件集成和數(shù)據(jù)合成方法，實(shí)現(xiàn)了大型蒙皮的在機(jī)快速掃描（掃描速度為12 000 mm/min）。

（2）針對(duì)蒙皮多源集成式測量過程中同時(shí)存在系統(tǒng)誤差及隨機(jī)誤差以及數(shù)據(jù)異構(gòu)問題，提出了一種多源集成式測量數(shù)據(jù)融合方法，解決了高精度的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)與低精度形貌數(shù)據(jù)的融合難題。

（3）多源集成式大飛機(jī)蒙皮在機(jī)測量方法滿足高精高效測量需求，能夠拓展至大型壁板類零件或復(fù)雜構(gòu)件鑄造毛坯的在機(jī)測量應(yīng)用。