CN108225209A - 一种立体视觉腐蚀形貌检测装置及检测方法 - Google Patents

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金涛
邱实
慕仙莲
刘成臣
王英芹
赵连红
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Abstract

本发明属于飞机结构腐蚀损伤无损检测技术领域，具体涉及一种立体视觉腐蚀形貌检测装置及检测方法。本发明通过在现有的立体视觉检测装置中增加图形处理软件接收CCD光电传感器的信息，快速获得高精度的腐蚀损伤三维形貌云图，实现全面扫描被测产品表面，实现被测产品表面三维形貌重构，本装置结构简单，使用简便。

Description

一种立体视觉腐蚀形貌检测装置及检测方法
技术领域
本发明属于飞机结构腐蚀损伤无损检测技术领域，具体涉及一种立体视觉腐蚀形貌检测装置及检测方法。
背景技术
环境腐蚀已经对飞机安全使用及军机的战斗力发挥构成了严重的威胁腐蚀损伤会引起机体结构材料的断裂韧性降低,加快裂纹的形成与扩展,从而严重降低飞机结构的剩余强度和寿命,甚至产生无预兆的突然断裂,严重威胁着飞机及机组人员的安全。如何来评测飞机结构的腐蚀损伤,如何评价腐蚀损伤对飞机结构剩余强度及寿命的影响,以及如何对飞机机体结构的腐蚀损伤及遭受腐蚀损伤后的寿命进行管理是摆在飞机结构工程师们面前函待解决的重大课题。为此，发现飞机早期腐蚀损伤情况显得尤为重要。目前，工程上用于飞机腐蚀损伤无损检测主要是超声检测、涡流检测、X射线等等，但是这些方法检测精度不高，比较好的在0.1mm左右，并且若要进行三维成像，耗时很长，不利于日常检查任务。
近年来，随着计算机技术、机器视觉硬件和算法的快速发展，立体视觉技术越来越成熟，为腐蚀形貌提供了更精确的、更全面的扫描和再现技术工具，特别是腐蚀的深度方向，精度可达到0.001mm，可以得到量化的准确数据，并且扫描速度相对于其他无损检测方法快很多。现有国内外在此领域的研究成果较少，尚未见到相关研究的论文及成果。
发明内容
本发明的目的
本发明所要解决的技术问题是飞机结构表面腐蚀损伤快速检测，并获得其三维形貌信息，为后续强度和寿命分析等提供依据。同时也能为视情维修以及后续飞机设计提供参考，据此确定最佳的维修时间及维修方案，避免过早维修导致的增加人力、物力，及维修滞后导致的结构性能下降，保证飞行安全。
本发明的技术方案
一种立体视觉腐蚀形貌检测装置，包括激光发射器、透镜、偏光镜和CCD光电传感器；由激光发射器发射激光打在透镜上，一部分光通过透镜折射到被测工件表面，一部分光被透镜反射并进入偏光镜然后折射传入CCD传感器上，折射到工件表面的光再漫反射通过透镜进入偏光镜然后折射传入CCD传感器上，由物体表面的反射光和偏光镜产生的同频同幅的同源折射光，在CCD光电传感器上形成干涉条纹，其特征在于在立体视觉检测装置中增加图形处理软件接收CCD光电传感器的信息。
所述图形处理软件是用于将接收CCD光电传感器的信息通过分辨率优化、图像去噪、冗余消除等图像处理技术解调出相位，准确描述干涉条纹图，通过处理后的干涉条纹距离来计算物体深度方向的距离，获取被测位置物体表面三维形貌信息，不断调整激光发射器的位置，实现全面扫描被测飞机机体结构表面，实现被测飞机机体结构表面三维形貌重构。
所述三维形貌信息包括图像轮廓信息，深度、腐蚀面积等信息。
所述透镜为25mm透镜。
一种立体视觉腐蚀形貌检测方法，其特征在于，包括以下步骤：首先准备两件工件作，其中一件作为基准面，另一件作为比对件，通过立体视觉检测装置点云扫描获得样品表面的数据信息，然后通过图形处理软件对两片实验点云进行匹配拼接，最后进行偏差的测量，得到两工件扫描数据对比得到腐蚀形貌。
所述两工件扫描数据对比是通过色谱图提取腐蚀形貌信息；色谱图中暖色区域代表比对件的这部分区域与基准件相比空间位置偏高，冷色区域代表空间位置偏低。
所述两工件扫描数据对比是通过手动标注中所显示的数值，提取腐蚀形貌信息。
发明的效果
(1)本发明通过立体视觉检测装置快速获得高精度的腐蚀损伤三维形貌云图，结构简单，使用简便。此发明装置硬件主要是由CCD光电传感器和激光发射器构成，体积小，一般在100mm*100mm*50mm左右，使用方便，易于携带，可在日常维护和外场使用；另外，搭载机器人系统可实现被测位置飞机结构表面三维形貌全方位重构，可实现工程化应用；
(2)在检测飞机结构表面腐蚀损伤状态时，相对于其它无损检测方法，检测精度高，在深度方向可达0.001mm，可检测出早期发生的腐蚀损伤，而传统方法如超声检测、涡流检测等精度在0.1mm左右，腐蚀损伤必须达到一定程度才可能被检测出；
(3)在检测飞机结构表面腐蚀损伤状态时，由于是光学检测，相对于其它无损检测方法，响应快，即获得腐蚀图像信息过程快，在扫描被测物体表面时速率快；
(4)在检测飞机结构表面腐蚀损伤状态时，相对于其它无损检测方法，可直接获得高精度的点云被测物体表面三维形貌图，不仅包括图像轮廓信息，还包括深度、腐蚀面积等信息。
附图说明
图1是立体视觉检测装置工作原理示意图
图2是测试样件图
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明：
一种立体视觉检测装置及检测方法，该方法通过立体视觉检测装置快速获得高精度的腐蚀损伤三维形貌云图，结构简单，使用简便。
如图1所示，立体视觉检测装置，包括激光发射器、透镜、偏光镜和CCD光电传感器，在立体视觉检测装置中增加图形处理软件接收CCD光电传感器的信息。
由激光发射器通过透镜将可见红外激光射向被测飞机机体结构表面，经表面反射的激光通过偏光镜，可由内部的CCD光电传感器接收，利用光的干涉特性，由物体表面的反射光和偏光镜产生的同频同幅的同源折射光，在CCD光电传感器上产生干涉条纹，为了准确描述干涉条纹图，需要准确解调出相位，图形处理软件接收CCD光电传感器的信息，通过分辨率优化、图像去噪、冗余消除等图像处理技术，在去噪的同时能够很好保留物体面形的边缘和细节信息，特别是对曲线奇异性的信号，具有很强的方向选择性，能够提供图像更多的方向信息，能够更优的逼近曲线，以提高相位解调的准确性。然后通过处理后的干涉条纹距离来计算物体深度方向的距离，从而获取被测位置物体表面三维形貌信息，所述三维形貌信息包括图像轮廓信息，深度、腐蚀面积等信息。最后不断调整激光发射器的位置，实现全面扫描被测飞机机体结构表面，进而实现被测飞机机体结构表面三维形貌重构。
取目前精度最高的25mm透镜的立体视觉检测装置，绝对精度可达到0.001mm，样件的测量过程包括以下步骤：首先准备两件工件作，其中一件作为基准面，另一件作为比对件，通过立体视觉检测装置点云扫描获得样品表面的数据信息，然后通过图形处理软件对两片实验点云进行匹配拼接，最后进行偏差的测量，得到两工件扫描数据对比得到的结果，色谱图中暖色区域代表比对件的这部分区域与基准件相比空间位置偏高，冷色区域代表空间位置偏低，具体偏差值可参考色谱图，或手动标注中所显示的数值，从结果中我们可以非常容易的提取出丰富的腐蚀形貌信息，如腐蚀的深度及其深度的变化情况，腐蚀的面积及其面积的变化情况等。而且由于数据较为全面，可以分析和关联的内容很多，方便进行后期的数据分析和发掘工作，如采用机器学习的方法或神经网络模型来建立预测模型等等。

Claims (7)

1.一种立体视觉腐蚀形貌检测装置，包括激光发射器、透镜、偏光镜和CCD光电传感器；由激光发射器发射激光打在透镜上，一部分光通过透镜折射到被测工件表面，一部分光被透镜反射并进入偏光镜然后折射传入CCD传感器上，折射到工件表面的光再漫反射通过透镜进入偏光镜然后折射传入CCD传感器上，由物体表面的反射光和偏光镜产生的同频同幅的同源折射光，在CCD光电传感器上形成干涉条纹，其特征在于在立体视觉检测装置中增加图形处理软件接收CCD光电传感器的信息。
2.如权利要求1所述的立体视觉腐蚀形貌检测装置，其特征在于所述图形处理软件是用于将接收CCD光电传感器的信息通过分辨率优化、图像去噪、冗余消除等图像处理技术解调出相位，准确描述干涉条纹图，通过处理后的干涉条纹距离来计算物体深度方向的距离，获取被测位置物体表面三维形貌信息，不断调整激光发射器的位置，实现全面扫描被测产品表面，实现被测产品表面三维形貌重构。
3.如权利要求1或2所述的立体视觉腐蚀形貌检测装置，其特征在于所述三维形貌信息包括图像轮廓信息、深度、腐蚀面积等信息。
4.如权利要求3所述的立体视觉腐蚀形貌检测装置，其特征在于所述透镜为25mm透镜。
5.一种立体视觉腐蚀形貌检测方法，其特征在于，包括以下步骤：首先准备两件工件作，其中一件作为基准面，另一件作为比对件，通过立体视觉检测装置点云扫描获得样品表面的数据信息，然后通过图形处理软件对两片实验点云进行匹配拼接，最后进行偏差的测量，得到两工件扫描数据对比得到腐蚀形貌。
6.如权利要求1所述的立体视觉腐蚀形貌检测装置，其特征在于所述两工件扫描数据对比是通过色谱图提取腐蚀形貌信息；色谱图中暖色区域代表比对件的这部分区域与基准件相比空间位置偏高，冷色区域代表空间位置偏低。
7.如权利要求1所述的立体视觉腐蚀形貌检测装置，其特征在于所述两工件扫描数据对比是通过手动标注中所显示的数值，提取腐蚀形貌信息。
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