[實用新型]一種基于數(shù)字散斑相關(guān)法的浮空器囊體檢測系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201120346246.6
• 申請日: 2011-09-16
• 公開（公告）號: CN202267658U
• 公開（公告）日: 2012-06-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹鵬濤;趙攀峰;蘇潤;榮海春;李勁松
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團公司第三十八研究所
• 主分類號: G01N21/88
• 分類號: G01N21/88;G01M3/38
• 代理公司: 合肥金安專利事務所 34114
• 代理人: 范克明;金惠貞

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種基于數(shù)字散斑相關(guān)法的浮空器囊體檢測系統(tǒng)，適用于檢測浮空器囊體表面的缺陷和漏洞，屬于航空器檢測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

浮空器作為一種依靠浮力升空的飛行器，具有滯空時間長、安全性能好、效費比高等優(yōu)點，在預警探測、對地觀測、監(jiān)控安保等領(lǐng)域有著廣泛的應用和良好的前景。浮空器的浮力源自其囊體內(nèi)裝有氦氣或氫氣等輕質(zhì)氣體，囊體表面的缺陷和漏洞將會造成囊體異常的應力集中和氣體泄露，極大地影響浮空器的使用壽命。這些缺陷和漏洞主要來自兩個方面，一是生產(chǎn)過程中囊體材料本身存在的瑕疵和材料熱合或膠結(jié)效果不好的情況，二是使用過程中囊體折疊、運輸時出現(xiàn)的磨損和破裂現(xiàn)象。

為保證浮空器的安全運行，對浮空器囊體的性能檢測是浮空器出廠試飛前和日常維護時的必要步驟。但目前沒有一種囊體自動檢測系統(tǒng)能夠滿足使用要求，當前對浮空器囊體的檢測只能通過人工觀察結(jié)合涂肥皂水的方式進行。即在外部光源的照射下，人員在囊體內(nèi)部觀察囊體上是否有亮點，如果有則在亮點上涂肥皂水以確定是否漏氣，由此判斷囊體上的缺陷和漏洞。這種方案屬于定性檢測，其檢測結(jié)果較為粗略，同時由于囊體體型巨大，人工檢測工作十分繁重。傳統(tǒng)的貼應變片方式只能用于剛體應變測量，無法用于像浮空器囊體之類的膜結(jié)構(gòu)變形檢測。針對浮空器囊體的性能檢測，現(xiàn)在尚無很好的解決方案。

光學檢測是一種基于光學傳播、干涉等特性和圖像處理技術(shù)的無損檢測方法。它包括散斑、全息、云紋、光彈等技術(shù)，適用于物體形貌、位移、應變、殘余應力等檢測領(lǐng)域。光學檢測具有非接觸、高靈敏度、高精度等優(yōu)點，但一般對環(huán)境條件有要求。數(shù)字散斑相關(guān)法作為一種基于圖像相關(guān)技術(shù)的光學檢測方法，常用于檢測物體形變。這種方法的核心思想是利用物體變形前后各區(qū)域特征點的相關(guān)程度確定其形變。該法對檢測環(huán)境要求不高，適合現(xiàn)場檢測。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有浮空器囊體人工檢測方法檢測結(jié)果粗略的不足，本實用新型提供了一套基于數(shù)字散斑相關(guān)技術(shù)的檢測方案和系統(tǒng)。該方案能實現(xiàn)對浮空器囊體的整體檢測，并得到定量的測量結(jié)果。基于數(shù)字散斑相關(guān)法的浮空器囊體檢測系統(tǒng)具有無損檢測、全場測量、精度高、定量化和自動化的特點。

為達到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案如下：

基于數(shù)字散斑相關(guān)法的浮空器囊體檢測系統(tǒng)由主控平臺、軌道裝置、圖像采集單元、加載設(shè)備和數(shù)據(jù)處理單元構(gòu)成。該系統(tǒng)借助主控平臺對軌道旋轉(zhuǎn)、囊體加載、圖像采集和數(shù)據(jù)處理全過程進行控制和顯示，首先利用裝有攝像機的軌道裝置實現(xiàn)對浮空器囊體的整體拍攝，接著通過控制囊體上的加載設(shè)備改變囊體內(nèi)外壓差使囊體發(fā)生變形，然后對變形后的囊體再次進行整體拍攝，最后針對兩次拍攝的圖像運用數(shù)字散斑相關(guān)技術(shù)得到囊體表面的位移和應變分布，進而實現(xiàn)對囊體缺陷和漏洞的檢測。

主控平臺由控制單元和顯示單元組成，它集成了軌道裝置、圖像采集單元、加載設(shè)備和數(shù)據(jù)處理單元四個部分的控制和顯示模塊。主控平臺主要實現(xiàn)三個功能：一是設(shè)置控制參數(shù)，即根據(jù)囊體尺寸和實際需要，設(shè)定軌道旋轉(zhuǎn)參數(shù)、圖像采集參數(shù)、加載參數(shù)和數(shù)據(jù)處理參數(shù)；二是發(fā)出控制指令，驅(qū)使軌道裝置中的電機控制器、圖像采集單元中的攝像機和加載設(shè)備中的加載控制器按參數(shù)工作，使得數(shù)據(jù)處理單元依參數(shù)運算；三是顯示控制過程和處理結(jié)果，給出軌道旋轉(zhuǎn)位置、拍攝圖像序號與囊體的對應關(guān)系以及囊體位移、應變分布圖。

軌道裝置由攝像機導軌、支撐框架、步進電機和電機控制器組成。攝像機導軌的形狀呈流線形，與浮空器囊體表面母線同構(gòu)。導軌兩端與支撐框架相連，其上安裝有攝像機。支撐框架連接著浮空器囊體的兩端。有兩種方式可以實現(xiàn)對囊體的整體拍攝，一種是固定囊體，旋轉(zhuǎn)導軌，另一種是固定導軌，旋轉(zhuǎn)囊體。導軌或囊體可借助步進電機圍繞浮空器囊體的首尾連線旋轉(zhuǎn)，其每次旋轉(zhuǎn)角度由電機控制器決定。當導軌相對囊體旋轉(zhuǎn)一周時，即完成了對囊體的整體拍攝。

圖像采集單元包括攝像機、圖像采集卡和存儲計算機。攝像機可以是單臺移動式攝像機或者固定式攝像機陣列。若攝像機導軌上是單臺移動式攝像機，當導軌或囊體旋轉(zhuǎn)到設(shè)定位置時，攝像機沿導軌步進移動，以完成此位置對應區(qū)域帶上的拍攝。若攝像機導軌上是固定式攝像機陣列，則可一次性完成此區(qū)域帶上的拍攝。針對不同尺寸的囊體，通過調(diào)節(jié)攝像機的位置、焦距和導軌的旋轉(zhuǎn)角度，可以得到所需精度的拍攝圖像。為了獲得定量的結(jié)果，拍攝前使用游標卡尺對攝像機進行標定。在浮空器囊體變形前后，分別使用攝像機對其進行拍攝，將獲得的圖像經(jīng)由圖像采集卡存儲到計算機。變形前后的圖像對應編碼存放，以備后續(xù)數(shù)據(jù)處理時使用。