猎鹰20”Zero G”喷射机三维扫描等比例数字化

美国国家研究委员会(NRC)航空航天研究所,要求以数字化捕捉猎鹰20飞机拋物线来建置条件分析CFD,可移动的空气动力学表面位置和飞机对称检查。NRC猎鹰20采集过程仅有2.5天的期限,先前的猎鹰20项目团队已经从不同的飞机获得点云数据,已知他们后续曲面流程,NRC希望双方密集的扫描数据来支持快速曲面技术(曲面在STL数据)以加快后续流程。

Capture 3D在规定的2.5天内利用非接触式数据采集设备,ATOS II白光结构及TRITOP数字摄影来捕捉猎鹰20,本文介绍的过程,显示由此产生的大规模扫描项目的各种图像。

NRC的猎鹰20拋物线飞行飞机猎鹰20支持加拿大航天局提供接近“零G”条件下在有限的时间范围。

一些有趣的规范:由Dassault(法国)厂商提供:
•跨度16.3米(53英尺6英寸),长度17.15米(56英尺3英寸),高度5.32米(17英尺5英寸)
•18 – 22秒接近零的“G”的时间
•包括四个通用拋物线
•三分钟的拋物线
•通常的飞行测试时间为45分钟
•10,000英尺高空跌落和上升
•修改燃油和液压系统的零G
•创建材料,如高质量的玻璃和超导电材料在没有重力的具有独特性能

NRC项目目标
NRC的航空航天研究所 – 空气动力实验室在加拿大渥太华,专门从事飞行测试和培训的各个阶段。他们施行板载实验,比例模型风洞试验和计算器物理
模拟。为了确保有效的计算器仿真,NRC的输入数据为仿真需要匹配的物理实验设置。“由于内置的”数据采集和逆向工程中发挥关键作用的之间的链接
物理和数字模型环境。

NRC已完成逆向工程的项目在过去产生的CFD与CAD模型。此前接近参与接触测量技术(便携式三坐标测量机或激光追踪仪),它提供的数据点的偏移实际飞机表面。抵消飞机的复杂区域的数据可以是一个费时和质量限制的任务有时受CAD设计师的诠释。在一个持续的过程改进工作的NRC要提高数据采集的吞吐量和取得的曲面数据定义并减少后续处理的时间和精力。

图2:移动式3D量测,在生产环境的组件分析

NCR调查计量市场中寻找,这将有助于该工具他们提高对以前的飞机数据采集和后处理努力。他们选择拍摄3D公司与他们的ATOS II和TRITOP数字摄影测量系统捕捉到完整的外部空气动力学表面的数字定义创建。在数据采集过程的目标:

•全气动面的CFD模型的创建–上插孔,舱门飞机关闭
•扫描过去中心线–假设飞机的对称性,检查完成验证
•对称性检查–对“非主要”端测量来执行关键功能对称检查
•在飞机所需的扫描数据–表面上消除了数据偏移的数据要求
•精确复杂的混合曲面–确保机翼到机身完全拍摄
•精确可信赖的飞机–真实可视化显示项目状态
•测量飞机全在一个坐标系统–支持数字装配
•捕捉移动控制面的多个位置
•快速和方便地整合到下游的加工需求–创建STL文件,以支持快速曲面
•时间有效数据采集过程 – 积极地2.5天拍摄猎鹰20
•成本效益的过程中需要 –比以前降低了数据采集的成本

图1:显示所需要的详细实际表面覆盖(无偏移)

猎鹰20的数据采集程序
由于被扫描的物体的大小,Capture 3D进行两步骤数据采集过程(TRITOP数字摄影和ATOS II光学扫描)来完成扫描任务。

这样做是为了既加快项目并提供最高的精度数据。猎鹰20稳定在千斤顶,所有舱门都关闭了创建需要航空的表面配置。可动气动表面被设置在一个某些位置的初始扫描,可移动的空气动力学表面将被重新定位在不同程度上和在初始扫描后测定。

图2:表面一个预定义的坐标系统,具有可移动的多个职位中控制面和预处理,以允许高效的下游过程。

TRITOP数字摄影过程
一旦飞机稳定在千斤顶,Capture 3D团队在飞机上安置标记,这将被用于这两个在TRITOP和ATOS三维扫描过程。一个TRITOP通过使用高举一只手进行分辨率的数码相机。用户采取多张图片从不同围绕在黄色(图4)所示的飞机,相机位置的位置。

图3:显示标记应用在飞机上

然后这些图像自动三角和结合在一起,生产一个高度准确的标记中心的参考文件(X,Y,Z),是由ATOS 三维扫描仪准确和自动扫描贴纸放置使用。该TRITOP工艺采用独特的编码标记,是处理软件自动辨识的,这些标记是基准网格线对于需要覆盖整个表面的各个ATOS三维扫描。

图4:标记和相机位置

ATOS II光学扫描过程
猎鹰20空气动力学表面利用双130万像素ATOS II 光学扫描系统捕捉,安装在所述脚架上或升降臂上。利用该TRITOP的ATOS系统生成参考文件,自动扫描补正方向,一个TRITOP附加价值是在飞机和具有放置在扫描数据的不同位置通过TRITOP产生的全局参考系统合适的位置。

图5:使用ATOS II 数字化工件

该ATOS II具有可变扫描支架,以确保适当的扫描数据分辨率,点密度/间距,被扫描的对象。猎鹰20被扫描,每次扫描利用一个1.2×0.96 x0.96 M(约47×37×37 in)测量体积能够提供的一般为1mm的点间距(0.037 in)。同一系统可提高到1.7×1.3×1.3M(大约67×53×53 in)每次扫描量一路下滑到45×36×25mm(约1.8×1.6× 1.0 in),每次扫描量如果有必要,以适应部分功能捕获。

由于每个扫描是用ATOS软件响应扫描的质量和在全局参考系统扫描路径的情况。 这可以让用户知道工件移动或弯曲,如果出现了该扫描过程中环境条件的变化,然后,系统将自动合并扫描到参考系统和现有点云。

用户看到在屏幕上的实时构建的猎鹰20被扫描的点云。这有助于确保完整和有效的扫描。之后,飞机已经扫描后,ATOS多边形化模块将微调对准并产生所要求的密度的点云的STL文件/分辨率。这个数据可以以各种方式进行处理和在出口出来ASCII码,STL,IGES或VDA格式。

图6:个别ATOS 扫描显示在其全局的位置。该自动扫描位置以及每个匹配ATOS扫描到准确地定义TRITOP产生的参考网格,在这两个关键特性的交付 准确的项目和促进有效时间数字化。

GOM ATOS 检测软件:从量测计划的一个综合概念来量测及分析
ATOS 检测软件能导入CAD数据格式,除了传统的量测计划,如Catia-List, DMIS等(图8)。此外,检测功能已可在CAD数据实现也可被导入,例如曲面公差、形状和位置公差(图9)。

图7:ATOS II投射光栅及高解析点云结果在接缝处

飞机对称检查和移动式航空曲面位置检查
NRC的要求上的相反的“非主要”侧区猎鹰20进行扫描来执行飞机对称检查以及可动控制面被捕获在不同的位置。这需要TRITOP要执行包括了整个机翼和尾翼部分从顶点到顶点。可移动的空气动力学表面被抓获的每一个位置,参考回原来的全局参考系统来执行的范围动作研究。图8和图9显示出两对所获取的数据对称检查和的可移动空气动力学表面的不同位置平面。

图8:翼尖数据,以检查对称性并且允许一个精确的镜像来创建全航空模型。 图9:如图所示所需的捕获襟翼和减速板的位置

从猎鹰测试机扫描产生的图像

图10:显示的是不同的意见收集的数据,在两个右图像中比较数字化实际大小的汽车。 ATOS XL被证明为汽车制造商,并且是越来越多地使用也用于更大的物体,如果需要致密和高精确的数据。

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