大飞机是国家高端装备制造的战略标志，体现了我国从“制造大国”向“制造强国”的跨越，是支撑航空强国建设与实现科技自立自强的重要力量。本书系统阐述了大飞机在设计、制造、装配与运维全生命 周期中涉及的三维测量关键技术。
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第一篇 基础理论与技术综述
第1章 绪论 3
1.1 引言 3
1.2 大飞机发展概述 6
1.3 大飞机制造过程 7
1.3.1 飞机基本结构 7
1.3.2 大飞机研制流程 9
1.3.3 C919制造过程 9
1.4 大飞机数字化装配 12
1.4.1 飞机装配 12
1.4.2 大飞机高精度数字化装配 16
1.5 大飞机三维测量 20
1.5.1 大飞机三维测量指标分类 20
1.5.2 大飞机三维测量面临的挑战 22
1.5.3 大飞机三维测量技术需求 24
1.5.4 学科交叉赋能三维测量 24
1.5.5 大模型技术赋能大飞机数字化检测 25
1.6 本书章节安排 26
1.7 本章小结 28
1.7.1 数字化让飞机有“数据” 28
1.7.2 智能化让飞机有“智慧” 28
1.7.3 三维测量是飞机体系的“数字经纬线” 29
1.7.4 大飞机产业的战略意义 31
第2章 大飞机数字化设计与制造技术 32
2.1 引言 32
2.1.1 一个零件的旅程 32
2.1.2 传统模式vs数字化模式 34
2.2 国内外研究现状 34
2.2.1 国外研究与发展现状 35
2.2.2 国内研究与工程进展 36
2.2.3 大飞机数字化设计与制造发展趋势 37
2.3 大飞机数字化设计体系 39
2.3.1 数字化设计的内涵与特征 39
2.3.2 三维模型与参数化设计 41
2.3.3 多学科协同设计与优化 45
2.3.4 MDO与三维测量的耦合关系 47
2.3.5 数字样机与虚拟验证 48
2.3.6 三维检测在设计阶段的作用 51
2.4 大飞机数字化制造体系 53
2.4.1 数字化制造的概念与总体架构 53
2.4.2 工艺数字化与可制造性分析 55
2.4.3 数控加工与增材制造 57
2.5 本章小结 60
2.5.1 AI驱动的智能设计制造 60
2.5.2 自主可控的工业软件体系 60
2.5.3 多物理融合与实时仿真 60
2.5.4 检测驱动的自适应制造 61
2.5.5 全生命周期数字闭环 61
第二篇 三维测量与点云数据处理
第3章 大飞机移载对接三维测量技术 65
3.1 引言 65
3.1.1 测量场定义 66
3.1.2 静态测量场的局限 67
3.1.3 动态测量场的优势 69
3.2 国内外研究现状 70
3.3 总体方案介绍 72
3.4 局部小基准动态重构的全局测量场构建 74
3.4.1 局部基准动态稳定性 74
3.4.2 误差传递建模与分析 75
3.4.3 多AGV协同标定与全局坐标无缝拼接 75
3.4.4 动态基准重构算法 76
3.5 大范围视线动态遮挡下的测量系统自主寻位 76
3.5.1 环境感知与建模 76
3.5.2 视线判别与风险评估 77
3.5.3 自主路径规划 77
3.5.4 多模态融合定位 78
3.6 移载测量场构建与自主寻位算法模块研发 79
3.6.1 模块化验证平台搭建 79
3.6.2 核心子模块功能验证 80
3.6.3 系统集成与性能测试 81
3.6.4 工程应用 82
3.7 实验结果与分析 82
3.7.1 系统精度与稳定性验证 82
3.7.2 自主寻位性能验证 83
3.7.3 系统效率与工程应用效果 83
3.7.4 综合分析与结论 84
3.8 本章小结 84
5.2.2 国内研究现状 109
5.2.3 技术发展总体趋势 110
5.3 总体方案介绍 111
5.4 整机多站式三维扫描 112
5.4.1 整体解决思路与技术路线 113
5.4.2 基于AGV的三维扫描平台 114
5.4.3 性能验证与实验结果 117
5.5 动静结合的动态协同三维扫描 119
5.5.1 系统构成与工作原理 120
5.5.2 关键技术创新 123
5.5.3 性能验证与实验结果 123
5.6 本章小结 124
第6章 大飞机成对点点云配准技术 126
6.1 引言 126
6.2 国内外研究现状 127
6.2.1 点云刚性配准的定义 127
6.2.2 传统点云刚性配准方法 128
6.2.3 点云深度学习技术 129
6.2.4 点云刚性配准的损失函数 129
6.2.5 点云刚性配准的评价指标 130
6.2.6 飞机点云配准 131
6.3 总体方案介绍 132
6.4 基于不确定性引导的重叠区域预测配准网络 133
6.4.1 总体方案 134
6.4.2 特征提取 135
6.4.3 几何Transformer 135
6.4.4 特征匹配 137
6.4.5 不确定性建模 137
6.4.6 不确定性特征加权 138
6.4.7 重叠区域引导的配准 139
6.4.8 损失函数 140
6.4.9 实验与分析 141
6.4.10 讨论 148
6.5 基于自增强辅助的局部联合全局Transformer配准网络 148
6.5.1 总体方案 150
6.5.2 几何感知的局部联合全局Transformer 150
6.5.3 置信度估计 154
6.5.4 自增强策略 155
6.5.5 损失函数 155
6.5.6 实验与分析 156
6.5.7 讨论 165
6.6 本章小结 166
第7章 大飞机多站点云配准技术 168
7.1 引言 168
7.2 国内外研究现状 170
7.2.1 传统的多站点云配准流程 170
7.2.2 深度学习技术 173
7.3 总体方案介绍 174
7.4 强化学习驱动的多站点云配准 174
7.4.1 总体方案 175
7.4.2 多站点云配准 176
7.4.3 实验结果 179
7.5 “粗—细—精”三级渐进式全局配准 181
7.5.1 总体方案 181
7.5.2 多站点云配准 182
7.5.3 硬件先验与MST配准拓扑 183
7.5.4 细配准Predator++ 184
7.5.5 重构MST与全局微调 189
7.5.6 实验结果 189
7.6 本章小结 190
第8章 大飞机点云数据增强与部件分割技术 192
8.1 引言 192
8.2 国内外研究现状 194
8.2.1 点云数据增强技术 194
8.2.2 点云部件级分割技术 197
8.3 总体方案介绍 199
8.4 大飞机高保真可信点云去噪 200
8.4.1 总体方案 200
8.4.2 数据预处理 202
8.4.3 基于多邻域信息的几何特征提取 202
8.4.4 几何表征的互引导增强 203
8.4.5 双边滤波参数自适应预测 204
8.4.6 损失函数设计 205
8.4.7 实验结果 207
8.5 大飞机跨模态点云补全 209
8.5.1 总体方案 210
8.5.2 初步融合：形状迁移网络 210
8.5.3 双分支并行点云细化网络 211
8.5.4 损失函数 212
8.5.5 实验结果 213
8.6 大飞机点云部件级分割大模型 215
8.6.1 总体方案 215
8.6.2 全局视角下大飞机结构统一化建模：可扩展部件感知编码器 216
8.6.3 点级提示引导模型解析任意部件：可提示掩码解码器 217
8.6.4 损失函数 217
8.6.5 大规模数据集构建 217
8.6.6 实验结果 218
8.7 大飞机静压孔蒙皮波纹度检测应用 219
8.7.1 总体方案 221
8.7.2 波纹度检测技术流程 221
8.7.3 某型号大飞机静压孔蒙皮波纹度检测实例 222
8.8 本章小结 223
第三篇 三维测量关键应用
第9章 大飞机外形关键特征三维检测技术 227
9.1 引言 227
9.2 国内外研究现状 229
9.2.1 对缝检测 230
9.2.2 铆钉检测 230
9.2.3 两类外形关键特征检测方法的对比 231
9.3 总体方案介绍 232
9.4 局部关键特征定义与指标计算 233
9.4.1 对缝 233
9.4.2 铆钉 235
9.5 局部关键特征分类网络 237
9.6 局部关键特征拟合与分析 240
9.6.1 对缝拟合与分析 240
9.6.2 铆钉拟合与分析 245
9.7 本章小结 249
第10章 大飞机外形损伤三维检测技术 251
10.1 引言 251
10.2 国内外研究现状 252
10.2.1 人工目视与经验判读阶段 253
10.2.2 无损检测技术体系阶段 253
10.2.3 数字化测量与三维建模阶段 253
10.2.4 基于智能视觉的自动检测阶段 253
10.2.5 二维—三维融合与工程化应用阶段 254
10.3 总体方案介绍 255
10.4 大飞机外形损伤检测与三维定位 256
10.4.1 改进的YOLOv8架构 256
10.4.2 骨干网络 257
10.4.3 特征聚合 259
10.4.4 损失函数 259
10.4.5 损伤定位 261
10.5 实验结果与分析 262
10.5.1 数据集与训练 262
10.5.2 评估指标 263
10.5.3 硬件平台 263
10.5.4 消融实验 265
10.5.5 不同模型的比较 266
10.5.6 讨论 267
10.6 本章小结 269
第11章 大飞机进气道外形几何设计技术 271
11.1 引言 271
11.2 国内外研究现状 273
11.2.1 基于解析几何方程的进气道建模方法 274
11.2.2 基于参数化曲面的进气道几何建模方法 274
11.2.3 基于几何约束与曲率控制的建模方法 274
11.2.4 面向工程应用的进气道设计软件与集成流程 275
11.3 总体方案介绍 275
11.4 基于B样条的C2光滑截线生成 276
11.4.1 进气道关键截线表示 276
11.4.2 进气道关键截线C2光滑 277
11.5 基于曲率指导的B样条过渡截线生成 278
11.5.1 采样关键截线曲率 278
11.5.2 插值过渡截线曲率 279
11.5.3 根据曲率复原过渡截线 280
11.6 基于曲线的张量积B样条曲面拟合 281
11.6.1 弦长法计算参数u分布 281
11.6.2 根据数据点分布设置节点向量U 281
11.6.3 B样条曲线拟合方法 282
11.7 实验结果与分析 282
11.7.1 基于B样条的交互式进气道建模软件 283
11.7.2 进气道模型展示与调整 283
11.7.3 建模实验结果对比 284
11.7.4 拟合误差对比 286
11.7.5 曲面光顺结果对比 286
11.8 本章小结 288
第四篇 系统集成与工程实践
第12章 大飞机三维测量系统 293
12.1 引言 293
12.2 三维测量系统总体架构 294
12.2.1 总体架构 294
12.2.2 系统设计 296
12.3 三维测量软件 300
12.3.1 软件定位与核心架构 300
12.3.2 软件核心功能 301
12.3.3 软件详细设计 305
12.3.4 关键技术 307
12.3.5 工程应用优势 310
12.4 三维测量柔性测量系统与装备 311
12.4.1 系统组成与体系架构 311
12.4.2 核心测量装备与技术性能 312
12.4.3 系统硬件详细设计 313
12.4.4 系统工作流程与自动化 331
12.4.5 工程应用 332
12.5 大飞机机头柔性检测 332
12.6 大飞机发动机柔性检测 333
12.7 大飞机蒙皮模具柔性检测 334
12.8 大型筒段柔性检测 336
12.9 其他数字化柔性检测应用 337
12.10 本章小结 338
参考文献 340
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