用于飞机结构维修的3D建模系统的制作技术

本技术涉及一种用于飞机结构维修的3D建模系统，包括依次连接的数据采集模块、数据处理模块、三维建模模块，所述的数据采集模块包括飞机结构数据采集单元、动力装置数据采集单元，所述的飞机结构数据采集单元包括设有摄像头和激光扫描仪的无人机，所述的动力装置数据采集单元包括三维激光扫描仪和拍摄相机，各数据采集单元分别设有相应的数据处理器。与现有技术相比，本技术具有最大化利用机队价值，减少维修人员与工程人员工作量，成本低等优点。

技术要求

1.一种用于飞机结构维修的3D建模系统，其特征在于，包括依次连接的数据采集模块、数据处理模块、三维建模模块，所述的数据采集模块包括飞机结构数据采集单元和动力装置数据采集单元，所述的飞机结构数据采集单元包括设有摄像头和激光扫描仪的无人机，所述的动力装置数据采集单元包括三维激光扫描仪和拍摄相机，各数据采集单元分别设有相应的数据处理器。

2.根据权利要求1所述的一种用于飞机结构维修的3D建模系统，其特征在于，所述的飞机结构数据采集单元的无人机的采集点包括飞机机身、机翼、窗、门和安定面。

3.根据权利要求1所述的一种用于飞机结构维修的3D建模系统，其特征在于，动力装置数据采集单元设有多组，各组动力装置数据采集单元设置在吊架、发动机、动力装置连接件的外轮廓处。

4.根据权利要求1所述的一种用于飞机结构维修的3D建模系统，其特征在于，所述的数据处理模块包括与无人机的摄像头连接的飞机结构图像数据处理器，与无人机的激光扫描仪连接的飞机结构点云数据处理器，与拍摄相机连接的动力装置图像数据处理器以及与三维激光扫描仪连接的动力装置点云数据处理器。

5.根据权利要求4所述的一种用于飞机结构维修的3D建模系统，其特征在于，所述的三维建模模块包括两台三维建模服务器和一台模型合成服务器，一台三维建模服务器连接飞机结构图像数据处理器、飞机结构点云数据处理器，另一台三维建模服务器连接动力装置图像数据处理器、动力装置点云数据处理器，两台三维建模服务器共同连接模型合成服务器。

6.根据权利要求5所述的一种用于飞机结构维修的3D建模系统，其特征在于，该系统还包括云端服务器和移动终端，所述的模型合成服务器的输出端连接云端服务器，所述的云端服务器连接移动终端。

7.根据权利要求6所述的一种用于飞机结构维修的3D建模系统，其特征在于，所述的移动终端包括PC机、智能手机、平板电脑。

8.根据权利要求7所述的一种用于飞机结构维修的3D建模系统，其特征在于，每台三维建模服务器分别设有CAD+CATIA建模工具，模型合成服务器内设有CAD+CATIA建模工具和3DVIA Composer软件，移动终端内可设置与3DVIA Composer相对应的3DVIA Player实用程序。

9.根据权利要求8所述的一种用于飞机结构维修的3D建模系统，其特征在于，该系统的工作流程为：

1)数据采集：

操控无人机，对飞机的机身、机翼、窗、门、安定面进行激光扫描，获取点云数据，并利用摄像头拍摄各扫描处的图像；

将多台动力装置数据采集单元设置在吊架、发动机、动力装置连接件外轮廓处，利用三维激光扫描仪扫描各部分实体以获得实体点云数据，第一拍摄相机同时进行拍照，获取图像数据；

2)数据处理及建模：

与各采集单元连接的数据处理器对获取的数据进行预处理，结合图像数据生成飞机结构三维虚拟模型和动力装置三维虚拟模型；

3)模型合成：

模型合成服务器将两个虚拟模型进行合成，获取整机三维虚拟模型，并利用

3DVIAComposer创建文档内容，用于移动终端的实时显示、分享及管理。

10.根据权利要求9所述的一种用于飞机结构维修的3D建模系统，其特征在于，步骤2)具体包括以下内容：

1)飞机结构三维虚拟模型建立：

获取的飞机结构图像数据和点云数据发送至飞机结构图像数据处理器、飞机结构点云数据处理器，飞机结构点云数据处理器对点云数据进行预处理，生成完整的全彩点云模型并发送至三维建模服务器中的CAD+CATIA建模工具，CAD+CATIA建模工具对全彩点云模型中各点云模型面的漏洞进行修复，生成三维实体模型，结合由摄像头获取的各组分的图像数据进行行纹理贴图处理，获取最终的飞机结构三维虚拟模型；

2)动力装置三维虚拟模型建立：

三维激光扫描仪发送点云数据至动力装置点云数据处理器，动力装置点云数据处理器对点云数据进行预处理，生成完整的全彩点云模型并发送至三维建模服务器中的

CAD+CATIA建模工具，CAD+CATIA建模工具对全彩点云模型中各点云模型面的漏洞进行修复，生成三维实体模型，结合由第一拍摄相机获取的图像进行纹理贴图处理，获取最终的动力装置三维虚拟模型。

技术说明书

一种用于飞机结构维修的3D建模系统

技术领域

本技术涉及飞机维修与工程管理领域，尤其是涉及一种用于飞机结构维修的3D建模系统。

背景技术

近些年来，飞机结构维修方案的可视化管理是民用航空业所呈现的趋势。国际上，空客公司开发设计了Repair Manager系统(已升级为3D Repair系统)用来解决飞机的可视化维修与工程管理，波音公司也开发设计了Toolbox Structures维修方案可视化管理系统。空客和波音的系统都是飞机制造厂商利用飞机设计的数据单独开发的维修可视化管理系统，是现有较为成熟的管理工具，系统并不开源，航空公司可以进行购买使用厂商的系统进行在线维修管理工作，但使用成本过高。

随着国内民航业的迅速发展，各个航空公司所拥有的机队规模也逐渐扩大，随之而来所承担的维修任务也逐渐加重，如何最大化利用机队价值，建立一种减少维修人员与工程人员工作量、成本低、模型精准程度高的结构维修方案系统成为各航空贵公司的重中之重。

技术内容

本技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于飞机结构维修的3D 建模系统。

本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于飞机结构维修的3D建模系统，包括依次连接的数据采集模块、数据处理模块、三维建模模块，所述的数据采集模块包括飞机结构数据采集单元和动力装置数据采集单元，所述的飞机结构数据采集单元包括设有摄像头和激光扫描仪的无人机，所述的动力装置数据采集单元包括三维激光扫描仪和拍摄相机，各数据采集单元分别设有相应的数据处理器。

所述的飞机结构数据采集单元的无人机的采集点包括飞机机身、机翼、窗、门和安定面。

所述的动力装置数据采集单元设有多组，各组动力装置数据采集单元设置在吊架、发动机、动力装置连接件的外轮廓处。

所述的数据处理模块包括与无人机的摄像头连接的飞机结构图像数据处理器，与无人机的激光扫描仪连接的飞机结构点云数据处理器，与拍摄相机连接的动力装置图像数据处理器以及与三维激光扫描仪连接的动力装置点云数据处理器。

所述的三维建模模块包括两台三维建模服务器和一台模型合成服务器，一台三维建模服务器连接飞机结构图像数据处理器、飞机结构点云数据处理器，另一台三维建模服务器连接动力装置图像数据处理器、动力装置点云数据处理器，两台三维建模服务器共同连接模型合成服务器。每台三维建模服务器分别设有CAD+CATIA建模工具，模型合成服务器内设有CAD+CATIA建模工具和3DVIA Composer软件，移动终端内可设置与3DVIA Composer相对应的3DVIA Player实用程序。

优选地，该系统还包括云端服务器和移动终端，所述的模型合成服务器的输出端连接云端服务器，所述的云端服务器连接移动终端。

优选地，所述的移动终端包括PC机、智能手机、平板电脑。

本技术系统的工作流程为：

1)数据采集：

操控无人机，对飞机的机身、机翼、窗、门、安定面进行激光扫描，获取点云数据，并利用摄像头拍摄各扫描处的图像；

将多台动力装置数据采集单元设置在吊架、发动机、动力装置连接件外轮廓处，利用三维激光扫描仪扫描各部分实体以获得实体点云数据，第一拍摄相机同时进行拍照，获取图像数据；

2)数据处理及建模：

与各采集单元连接的数据处理器对获取的数据进行预处理，结合图像数据生成飞机结构三维虚拟模型和动力装置三维虚拟模型；

3)模型合成：

模型合成服务器将两个虚拟模型进行合成，获取整机三维虚拟模型，并利用

3DVIAComposer创建文档内容，用于移动终端的实时显示、分享及管理。

步骤2)具体包括以下内容：

1)飞机结构三维虚拟模型建立：

获取的飞机结构图像数据和点云数据发送至飞机结构图像数据处理器、飞机结构点云数据处理器，飞机结构点云数据处理器对点云数据进行预处理，生成完整的全彩点云模型并发送至三维建模服务器中的CAD+CATIA建模工具，CAD+CATIA建模工具对全彩点云模型中各点云模型面的漏洞进行修复，生成三维实体模型，结合由摄像头获取的各组分的图像数据进行行纹理贴图处理，获取最终的飞机结构三维虚拟模型；

2)动力装置三维虚拟模型建立：

三维激光扫描仪发送点云数据至动力装置点云数据处理器，动力装置点云数据处理器对点云数据进行预处理，生成完整的全彩点云模型并发送至三维建模服务器中的

CAD+CATIA建模工具，CAD+CATIA建模工具对全彩点云模型中各点云模型面的漏洞进行修复，生成三维实体模型，结合由第一拍摄相机获取的图像进行纹理贴图处理，获取最终的动力装置三维虚拟模型。

与现有技术相比，本技术具有以下优点：

1、本技术设有对飞机结构、飞机动力装置进行建模数据采集的飞机结构数据采集单元、动力装置数据采集单元，采集的建模数据发送至对应的三维建模服务器进行三维建模，可将机队价值利用最大化；

2、采用的无人机、三维激光扫描仪作为飞机三维几何数据的采集工具，成本低，无需高昂的维修方案管理工具即可获取想要的用于维修的飞机三维模型，减少维修人员与工程人员工作量，克服了现有技术只能利用飞机制造厂商研发的系统的局限性；

3、本技术利用两台三维建模服务器分别对飞机结构、飞机动力装置进行建模，并通过模型合成服务器进行合成，可针对每一处细节进行具体的数据获取和后续分析，有利于对飞机各处细节进行详细展示，为有效的飞机维修提供精准的数据基础；

4、本技术的飞机结构数据采集单元、动力装置数据采集单元分别设有相应的摄像头和拍摄相机，结合获取的图像数据，可进一步获取逼真的三维虚拟模型，提高获取的模型的精准度，减少机队由于结构损伤造成的延误与停场；

5、本技术获取的三维虚拟模型连接云端服务器，云端服务器连接移动终端，可将获取的合成三维实体模型进行实时显示、分享及管理，为飞机维修的数字化管理带来便利。

附图说明

图1为本技术系统的结构示意图；

图2为本技术系统的流程示意图；

图中标号所示：

1、无人机，

2、三维激光扫描仪，

3、拍摄相机，

4、飞机结构点云数据处理器，

5、飞机结构图像数据处理器，

6、动力装置点云数据处理器，

7、动力装置图像数据处理器，

8、三维建模服务器，

9、模型合成服务器，10、云端服务器，11、移动终端，12、飞机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本技术进行详细说明。显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本技术保护的范围。

实施例

本技术涉及一种用于飞机结构维修的3D建模系统，包括数据采集模块、数据处理模块、三维建模模块、云端服务器以及移动终端。

数据采集模块包括飞机结构数据采集单元和动力装置数据采集单元。

飞机结构数据采集单元包括带有摄像头和激光扫描仪的无人机1，无人机1上设有无线通信模块，通过操控无人机获取包括飞机机身、机翼、窗、门、安定面的点云数据和图像数据。

动力装置数据采集单元设置有多组，每一组包括三维激光扫描仪2、拍摄相机3和控制器，控制器分别与三维激光扫描仪2、拍摄相机3连接。各组动力装置数据采集单元设置在吊架、发动机、飞机相关连接件外轮廓处，用于采集吊架、发动机以及相关连接件外轮廓的实体点云数据和图像数据。

数据处理模块包括飞机结构图像数据处理器5、飞机结构点云数据处理器4、动力装置图像数据处理器7、动力装置点云数据处理器6。无人机1上的摄像头与飞机结构图像数据处理器5通过无线通信模块连接，无人机上的激光扫描仪与飞机点云数据处理器6通过无线通信模块连接。动力装置采集单元的三维激光扫描仪2的输出端与动力装置点云数据处理器6的输入端连接，拍摄相机3与动力装置图像数据处理器7连接。

三维建模模块包括两台三维建模服务器8，一台三维建模服务器8与飞机结构图像数据处理器5、飞机结构点云数据处理器4连接，一台三维建模服务器与动力装置图像数据处理器7、动力装置点云数据处理器6连接。每台三维建模服务器8分别设有CAD+CATIA建模工具。

两台三维建模服务器8共同连接模型合成服务器9，用于将各自检测的三维模型进行合成，该模型合成服务器9内设有CAD+CATIA建模工具和3DVIA Composer软件。模型合成服务器9的输出端连接云端服务器10，云端服务器10连接移动终端11，用于将获取的合成三维实体模型进行实时显示、分享及管理。

移动终端11包括PC机、智能手机、平板电脑，可实时查看并使用获取的合成三维实体模型。优选地，移动终端内可设置与3DVIA Composer相对应的3DVIA Player实用程序进行查看。

本技术系统的工作流程为：

一、数据采集步骤。

1、飞机结构数据采集：

操控无人机，对飞机的机身、机翼、窗、门、安定面进行激光扫描并利用摄像头拍摄各扫描处的图像。操控无人机时，需令无人机的摄像头和激光扫描仪能够获取到以下结构的点云数据和图像数据：

1.1机身

飞机机身段模型成果应包含整机机身线型展示及相关机身结构的建模及展示；

将整机机身分解为：机头、机身前段、机身中段、机身后段和机尾。每个机身段的建模数据结构来源应至少包含：机身蒙皮、长桁、隔框、座舱地板结构(包括地板横梁、地板纵梁、支撑杆)以及货舱地板梁结构；

飞机机头的建模数据结构来源还包括飞机雷达罩；机身中段的建模数据结构来源还包括龙骨梁的建模。

1.2)机翼

飞机机翼模型成果应包含机翼翼型展示，以及襟翼、缝翼、扰流板、副翼、翼尖、翼肋的建模及展示。

1.3)窗

该部分的建模数据结构来源主要包括：驾驶舱窗户、客舱窗户。

1.4)门

飞机门舱的建模数据结构来源包括：驾驶舱门、客舱门、货舱门、应急舱门、起落架舱门、电子舱门、飞机勤务门等。

1.5)安定面

飞机安定面建模数据结构来源主要包括：水平安定面、升降舵、垂直安定面、方向舵以及相关结构肋。

2、动力装置数据采集：

将多台动力装置数据采集单元设置在吊架、发动机、飞机相关连接件外轮廓处，三维激光扫描仪扫描飞机动力装置各部分实体以获得实体点云数据，第一拍摄相机在同时对动力装置各部分进行拍照，获取图像数据。动力装置采集单元需要完成吊架、发动机以及相关连接件外轮廓的数据收集，以满足飞机整机模型展示的需求。如需细化，之后可以对其内部结构进行再采集。

二、数据处理及三维建模步骤。

2.1飞机结构三维虚拟模型：

获取的飞机结构图像数据和点云数据发送至飞机结构图像数据处理器、飞机结构点云数据处理器；飞机结构点云数据处理器用于对点云数据进行预处理，结合飞机相关手手册及图纸资料，生成完整的全彩点云模型并发送至三维建模服务器中的CAD+CATIA建模工具。CAD+CATIA建模工具用于对全彩点云模型中各点云模型面的漏洞进行修复，生成三维实体模型。结合由摄像头获取的各组分的画面，使用软件进行纹理贴图处理，可进一步获取逼真的飞机结构三维虚拟模型。

2.2动力装置三维虚拟模型：

三维激光扫描仪发送至动力装置点云数据处理器；动力装置点云数据处理器用于对点云数据进行预处理，结合飞机相关手手册及图纸资料，生成完整的全彩点云模型并发送至三维建模服务器中的CAD+CATIA建模工具；CAD+CATIA建模工具用于对全彩点云模型中各点云模型面的漏洞进行修复，生成三维实体模型。配合由第一拍摄相机获取的图像，使用软件进行纹理贴图处理，可进一步获取逼真的动力装置三维虚拟模型。

2.3模型合成

两台建模服务器分别将获取的飞机结构三维虚拟模型、动力装置三维虚拟模型发送至模型合成服务器，模型合成服务器通过CAD+CATIA建模工具将两个三维虚拟模型装配成整机模型，并利用3DVIA Composer软件创建文档内容，使得到的3D模型的轻量化并更好地传达信息。该文档内容可通过云端服务器发送至移动终端进行实时显示、分享及管理，方便后续修理方案制定、调阅结构适航文件、结构改装管理等内容，为飞机维修的数字化管理带来便利。

以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/qjie.html