[發明專利]一種航天復合材料缺陷定位與識別方法及系統

在審

• 申請號: 202110887116.1
• 申請日: 2021-08-03
• 公開（公告）號: CN113724204A
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 邵紅亮;董學金;陳小弟;宋文成;羅鈞;龔燕峰;李志學;曾偉
• 申請（專利權）人: 上海衛星裝備研究所
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

本發明提供了一種航天復合材料缺陷定位與識別方法及系統，包括以下步驟：步驟S1：構建用于定位和識別航天復合材料缺陷的檢測網絡；步驟S2：檢測網絡在ImageNet數據集上預訓練，獲取骨干網絡和特征提取網絡的預訓練權重值；步驟S3：獲取航天復合材料缺陷圖像樣本，并標注圖像樣本的標簽；步驟S4：將圖像樣本集和標簽輸入到整個檢測網絡中訓練，得到檢測網絡的權重和缺陷位置和類別信息；步驟S5：獲取待檢測的航天復合材料缺陷圖像輸入檢測網絡，計算得到待檢測圖像中的缺陷位置和缺陷類別信息。本發明對含有航天復合材料缺陷的圖像進行缺陷定位和識別，解決了人工識別含有航天復合材料缺陷的X射線圖片時實時性不強的難題，同時保證了缺陷識別的精度。

技術領域

本發明涉及無損檢測和評估技術領域，具體地，涉及一種航天復合材料缺陷定位與識別方法及系統。

背景技術

碳纖維增強復合材料(carbon fiber reinforced plastics CFRP)相比傳統的金屬材料及其合金，具有非常出色的熱性能和物理特性，包括高強度和高剛度重量比、低熱膨脹系數、高抗疲勞性、固有耐腐蝕性及低電磁反射率。因此其越來越多的被用于航空航天等高新技術領域。然而，在這些復合材料生產過程和使用過程中會產生一些缺陷，比如在其生產過程中由于操作不小心導致的夾雜缺陷、孔隙缺陷和疏松缺陷，以及使用這種復合材料制作的飛機零部件在飛機服役時因意外事故導致的沖擊損傷如脫粘缺陷、分層缺陷和裂紋缺陷等。為了保證使用這些復合材料制作的航空器等設備的安全，各類無損檢測技術(Nondestructive testing NDT)被用于這些缺陷的檢測。然而，沒有任何一種無損檢測技術能針對所有缺陷都以最高的精度檢測出來，因此常常結合X射線成像、太赫茲成像、超聲C掃描等多種無損檢測技術來對多種缺陷進行檢測，以達到脫粘、孔隙、疏松、夾雜、裂紋等多種缺陷的精確檢出。

由于傳統的無損檢測成像的結果需要人工判定，為了提高自動化程度和檢測效率，很多人工智能圖像處理算法被用于復合材料成像后圖像信息的檢測。如人工神經網絡(ANN)、多層感知機(MLP)、循環神經網絡(RNN)、支持向量機(SVM)等。但這些算法往往需要大量計算和內存消耗，在計算力受限的嵌入式硬件平臺上難以運行，同時這些算法無法完成缺陷定位，對缺陷定位仍然需要人工目檢。因此，為了保證缺陷識別的精度，本發明提出一種基于輕量卷積神經網絡的多尺度Faster R-CNN的航天復合材料缺陷定位與識別方法，能快速對航天復合材料缺陷進行定位和識別。

在公開號為CN112819778A的中國發明專利申請文件中，公開了一種航天材料損傷檢測圖像多目標全像素分割方法，包括：提取出每類缺陷的典型瞬態熱響應；獲得紅外重構圖像；多目標優化算法結合分割模型對紅外重構圖像進行背景區域和缺陷區域的分離；在噪聲去除、保留細節及保持邊緣三種目的指導下構建紅外圖像分割函數；多目標優化算法結合分割模型對缺陷實現一次性分割；根據歐氏距離來定義稀疏度水平大小，基于稀疏度水平大的個體調整權重向量；得到紅外檢測圖像中損傷缺陷的分割圖像。本發明利用主要特征對紅外熱圖像序列進行重構，獲得缺陷的紅外重構圖像，反映出試件的缺陷特征。對紅外重構圖像進行目標分割獲得的結果圖像既能實現噪聲消除又能保證細節保留，邊緣保持提高了圖像分割的精度。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種航天復合材料缺陷定位與識別方法及系統。

根據本發明提供的一種航天復合材料缺陷定位與識別方法，包括以下步驟：

步驟S1：構建用于定位和識別航天復合材料缺陷的檢測網絡，所述檢測網絡的基礎網絡為Faster R-CNN，檢測網絡的骨干網絡為輕量卷積神經網絡，檢測網絡的特征提取網絡為特征金字塔網絡；所述檢測網絡還包括PRN網絡模塊、分類網絡分支以及位置回歸分支；所述RPN網絡模塊獲取多種尺度的特征圖中的感興趣區域；

步驟S2：將檢測網絡在ImageNet數據集上預訓練，獲取骨干網絡和特征提取網絡的預訓練權重值；