[發(fā)明專利]一種基于3D數(shù)據(jù)的飛行器表面制造質(zhì)量檢測方法

有效

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• 申請日: 2016-11-01
• 公開（公告）號: CN108020172B
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 夏仁波;趙吉賓;于彥鳳;陳松林;陳月玲;付生鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院沈陽自動化研究所
• 主分類號: G01B11/25
• 分類號: G01B11/25
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富

本發(fā)明涉及一種基于3D數(shù)據(jù)的飛行器表面制造質(zhì)量檢測方法，包括：向飛行器表面蒙皮投射一系列正弦條紋；左右相機(jī)采集經(jīng)表面調(diào)制后的條紋圖像；對條紋圖像進(jìn)行相位展開；根據(jù)相位和對極幾何約束進(jìn)行左右圖像匹配；重建飛行器表面的三維點(diǎn)云模型；提取鉚釘興趣區(qū)域，根據(jù)圖像區(qū)域與三維模型對應(yīng)關(guān)系，在點(diǎn)云模型中對鉚釘進(jìn)行定位；采用曲面擬合方法獲得鉚釘?shù)娘w行器表面基準(zhǔn)構(gòu)形；計算鉚釘?shù)狞c(diǎn)到基準(zhǔn)構(gòu)形的距離，獲得鉚釘凹凸的鉚釘興趣區(qū)域；進(jìn)行偽彩色圖像編碼并投影到飛行器表面，形成直觀結(jié)果。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)鉚釘興趣區(qū)域深度信息的檢測，魯棒性強(qiáng)，精度高，可以給出量化、直觀檢測結(jié)果，提供了一種適用于飛行器表面鉚釘興趣區(qū)域的新途徑。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及自動化檢測領(lǐng)域，具體地說是一種基于3D數(shù)據(jù)的飛行器表面制造質(zhì)量檢測方法。

背景技術(shù)

飛行器的表面是包圍在機(jī)翼骨架外圍的蒙皮構(gòu)件，用鉚釘固定于骨架上，形成機(jī)翼的氣動力外形，其表面質(zhì)量對飛行器的氣動特性、飛行安全性、飛行成本以及隱身性能等都具有重大影響。出廠交付前，需要對其表面質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格檢測，主要檢測內(nèi)容包括鉚釘凹凸等鉚釘興趣區(qū)域。由于飛行器屬于高價值產(chǎn)品，其設(shè)計和制造精確較高，上述鉚釘興趣區(qū)域的深度誤差通常要求控制在幾十微米左右。

目前，國內(nèi)航空企業(yè)主要是借助檢測塞尺、樣板、模胎、專用檢驗(yàn)工裝、量具以及人工觀測等手段對蒙皮表面質(zhì)量進(jìn)行檢測。這種方法的精度難以保證、可重復(fù)性差、效率低，嚴(yán)重制約了飛行器的出廠交付周期，已不能滿足飛行器數(shù)字化快速制造的需求。目前，工業(yè)中出現(xiàn)了許多無損檢測方法，比如射線檢測、超聲波檢測、滲透檢測、機(jī)器視覺檢測、激光全息檢測以及紅外檢測等方法。其中，機(jī)器視覺檢測方法由于具有效率高、重復(fù)性好、客觀性強(qiáng)等優(yōu)勢，在表面鉚釘興趣區(qū)域檢測領(lǐng)域得到了深入發(fā)展和廣泛應(yīng)用。但這類方法處理和輸出的信息以2D居多，主要用于實(shí)現(xiàn)有/無判斷、面積測量、數(shù)量測量以及方向測量等功能，不能給出鉚釘興趣區(qū)域的深度、體積等立體信息。實(shí)際應(yīng)用中，立體信息往往才是決定表面制造質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵指標(biāo)。近年來，在飛機(jī)、汽車零部件制造行業(yè)，出現(xiàn)了一些通過比較掃描模型和設(shè)計模型之間差異的3D表面鉚釘興趣區(qū)域檢測方法。若將這種方法用于飛行器表面鉚釘興趣區(qū)域檢測，需要知道飛行器的數(shù)字設(shè)計模型，同時必須獲取完整的飛行器掃描模型。由于飛行器尺度較大，目前還沒有一種有效的方法能夠?qū)φ麄€飛行器外形進(jìn)行高精度、大范圍的測量建模，即使具備這樣的條件，兩個大規(guī)模模型之間的配準(zhǔn)和比對也需要海量運(yùn)算，普通計算機(jī)根本難以完成。再則，3D設(shè)計模型細(xì)微的偏差，對檢測結(jié)果具有巨大影響。如果進(jìn)一步考慮到飛行器蒙皮表面具有較大的形位公差，設(shè)計模型與掃描模型之間存在的差異可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于表面鉚釘興趣區(qū)域的尺度，導(dǎo)致鉚釘興趣區(qū)域信息被誤差淹沒。

因此，已有的3D鉚釘興趣區(qū)域檢測方法并不適合飛行器表面制造質(zhì)量檢測。此外，在表面鉚釘興趣區(qū)域的實(shí)際檢測與維修過程中，測量結(jié)果一般顯示在計算機(jī)屏幕上，操作人員在標(biāo)記和維修鉚釘興趣區(qū)域時，需要在屏幕與目標(biāo)之間來回查看和走動，或者是通過其他人建立中繼通訊，既浪費(fèi)時間，還容易引入過程誤差。上述實(shí)際問題，對飛行器表面質(zhì)量檢測技術(shù)提出了新的需求。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在上述不足之處，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于3D數(shù)據(jù)的飛行器表面制造質(zhì)量檢測方法，并采用光學(xué)打標(biāo)技術(shù)，將檢測結(jié)果投影在物體鉚釘興趣區(qū)域位置，形成直觀的視覺效果。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：一種基于3D數(shù)據(jù)的飛行器表面制造質(zhì)量檢測方法，包括以下步驟：

S1：采用投影儀向飛行器蒙皮表面投射三組共12幅條紋圖像；

S2：采用左右相機(jī)同時采集投射在飛行器表面的三組共12幅條紋圖像、以及2幅飛行器蒙皮表面無條紋圖像；

S3：對左右相機(jī)采集的條紋圖像分別進(jìn)行相位開展，獲得絕對相位Φ₁₂₃(x,y)；

S4：根據(jù)絕對相位和對極幾何約束，進(jìn)行左右相機(jī)圖像匹配；