探讨摄影测量技术在飞机结构件修理中的应用

探讨摄影测量技术在飞机结构件修理中的应用

贾宋杰

东方航空技术有限公司

摘要：在对某飞机进行结构件的修理过程中，由于其机翼的损伤以及变形程度较大，使得其修理难度较大，而将摄影测量技术应用于飞机结构件的修理之中则能够在一定程度上解决修理难度过大的问题，提升飞机精密结构件以及大型结构件的修复准度与修理效率。因此，本文主要对摄影测量技术在飞机结构件修理中的应用方式进行了论述。

关键词：摄影测量技术；飞机结构件；修理

我国对工业摄影测量技术已经有了深度的研究，并且工业摄影测量技术已经开始广泛地应用于多个行业，具备一定的应用价值。而随着该技术的不断发展，其测量的精准程度也在不断提升，但目前并没有直接应用于飞机的大型结构件的维修。而在对某飞机进行修理的过程中，由于其使用年限较长，机翼的损坏程度较高，修复后难以恢复至标准的机翼参数，需要在对其进行修理后再次进行逆向建模等。因此，该飞机的结构件修理中可以采取工业摄影测量技术，本文主要对该过程进行了一定的分析。

一、研究内容

    首先，本文主要针对工业摄影测量技术在某飞机的结构件的实际修理过程中的应用进行了讨论。由于该飞机在修理后其机翼的各项参数都可能与理论值存在一定的偏差，应用摄影测量技术可以解决其结构外形以及装配等问题，从而确保该飞机的修理过程。同时，针对该飞机结构件修理过程中的实际需求，本次研究中采用了多种能够进行摄影测量的设备，从而确保能够完成实际测量以及数据处理等工作。

二、主要设备及软件

    在本次研究中使用到的主要设备有：OT2激光跟踪仪、辰维 MPS/S单相机摄影测量系统、手持扫描测量系统等，同时使用了Geomagic Design X进行逆向建模工作。

三、研究方法

（一）测量方法

    在实际对飞机结构件进行测量的过程中，主要通过点云扫描测量的方法来完成，而测量方式与飞机结构件的特征相适配，具体测量过程如下文。

（1）摄影测量与手持扫描的方式

    在通过摄影测量与手持扫描相结合的方式对飞机结构件进行测量的过程中，主要可以由以下几个步骤来完成。首先，需要在被测量的飞机结构件上进行一定的准备工作，包括在结构件上粘贴扫描仪靶标，而粘贴的数量则需要视实际情况来决定，同时也包括设置编码标志点等。其次，通过单相机摄影测量系统对其进行较为全面的测量，并且进一步根据飞机结构件中的点位来建立测量坐标系，为后续的测量工作做好准备。最后，工作人员则需要将通过摄影测量系统扫描到的测量点坐标以及其他数据输入手持扫描仪之中，并且根据实际需求以及飞机结构件的情况设置扫描参数，进而开展更为全面、具体的扫描。而通过扫描仪的再次扫描后，能够确保扫描数据更为精确，可以精准反应飞机结构件的情况。并且，飞机结构件的外形点云数据可以直接保存在手持扫描仪中的摄影测量坐标系内，能够为后续的数据分析提供一定的便利。

（2）MetraSCAN扫描仪与C-Track光学跟踪器的方式

    在通过该种方式对飞机结构件进行测量分析的过程中，主要分为以下几个步骤来进行。首先，需要在飞机结构件的周围进行固定参考点的设置。而固定参考点的数量一般为5到10个，具体设置数量需要考虑飞机结构件的实际情况。在完成了固定参考点的设置后，则可以直接启动扫描仪与光学跟踪器，并且需要进行参数的设置。在这一过程中，光学跟踪器能够通过固定参考点的位置来确定后方交会的相对空间位置，同时也能够对扫描仪的空间位置进行一定的检测，从而得出较精确地飞机结构件坐标。

（3）原位与离位的方式

原位测量与离位测量的操作步骤等基本一致，本文主要以原位测量为基础进行论述。

首先，要根据飞机结构件进行坐标系的构建，一般需要在飞机下方设置基座，为后续的测量工作做准备，而本次研究中的基座位置如图中一中的C1至C8所示，同时，基座的实际高度一般具有一定的差异。同时，为了确保测量工作可以顺利完成，也需要在对应结构件的位置安装夹具，如图一中的A1至A8以及B1至B8。工作人员也需要在飞机结构件上安装靶标，并且在飞机下方的基座中间的位置安装激光跟踪仪，从而建立完整的飞机测量坐标系。

图一 飞机测量点位

其次，在该过程中也需要建立首级测量控制网，如图一，激光跟踪仪能够于P1至P4的位置上测定C1至C8的坐标，同时也能够测定A1至A8以及B1至B8的具体坐标，从而以此为基础建立首级测量控制网。

而后，则需要进行扫描测量控制网的建立。在该过程中，工作人员需要对机翼中的靶标以及飞机下方的基座进行全面的拍摄测量，一般都需要从不同的角度或方向来进行拍摄工作，同时也需要将拍摄到的相应图片导入MPS之中，以此来对图片信息进行分析，得到飞机机翼上的标志点坐标。同时，激光跟踪仪所提供的坐标点也可以转化为飞机机翼上的标志点坐标，如下图二中所示。

图二

最后，则需要进行测量以及数据复核的过程。在将点位坐标输入扫描仪软件后，可以从飞机结构件的任意位置进行扫描测量工作，并且也能够保障相应数据直接输入至全局测量坐标系之中。而在进行原位测量以及离位测量的过程中，都需要对相应数据以及相应坐标位置进行复核，从而保障测量的精确度。比如，在原位测量中，一般在间隔六小时后，都需要对设置的基准点位置进行复核测定，

（二）数据处理方法

（1）点云数据处理方法

    首先，需要将测量过程中收集到的数据进行调正处理，将其输入至统一的坐标系之中，同时需要对其一定的初步处理，包括简化数据、删除冗杂数据等。其次，需要对飞机结构件的实际损伤情况进行分析，按照其损伤程度以及左右件对称等来添加坐标系中缺失的数据，实现对数据的网格处理。最后，将经过处理的数据以stl形式导出，这能够确保后续建模工作的顺利进行。

（2）逆向模型方法

    首先，在将上述数据导入Geomagic Design X软件进行建模的过程中，需要根据实际需求对其进行一定的处理工作，包括整体性的区域化处理以及零件的精确处理工作，同时应当确保完成其满足建模的要求、符合原飞机结构件的特征。而在开展逆向建模工作时，为了确保最终的建模能够符合飞机结构件的实际特点、可以准确反映飞机结构件的情况，也需要对测量数据进行较为全面的分析和调整的过程，并且也需要对逆向建模中所选择的相应方法以及对应参数进行检查，避免其出现缺漏。最后，需要对数模进行一定的整体性调整，并且需要对其进行一定的外观检查，包括其表面是否平滑，其内部结构件的连接情况等。该种数据处理方式能够为修理过程提供更为全面的指导，对于提升飞机结构件的修理精度有所帮助。

总结

通过多种摄影测量方式进行飞机结构件的扫描测量，能够实现在短时间内对飞机结构件的精准扫描。而在测量以及扫描的过程中，也能够对测定的点云数据进行重构，从而确保最终逆向建模的准确程度，使其能够反应飞机结构件的损伤程度。因此，摄影测量技术能够应用于飞机结构件的修理，并且也可以提升当前飞机结构件的修理精度。

参考文献:

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[2]刘伟,王创奇.飞机结构修理方案设计影响因素及流程分析[J].中国科技信息,2021(18).

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