CN108592791B - 一种凹坑检查方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种凹坑检查系统，它由机架、CCD、激光器阵列、线路板和计算机组成。激光器阵列安装在机架下面的中央，两侧分别安装CCD。激光器阵列由个排成阵列的激光器组成。开启激光器阵列的所有激光器，在待检体的表面出现个阵列式排列的激光光斑。两个CCD同时拍摄光斑阵列的图像。利用CCD成像的特点可以确定照射在待检体上的光斑中心在测量坐标系中的位置及其最大深度，由此可确定待检体上有无凹坑，并在有凹坑的情况下确定凹坑中的点。通过寻求凹坑中点的边界，可以进一步确定凹坑的最小宽度以及波浪度。本发明的有益效果在于：1.无接触式测量，不损伤待检体表面；2.测量系统结构简单，造价低廉；3.引入三维测量坐标系，因此能够确定凹坑中点的位置，为获取其边界并求出凹坑最小宽度提供了可能。

Description

一种凹坑检查方法

技术领域

本发明涉及一种凹坑检查方法。

背景技术

飞机在起飞和着陆过程中,蒙皮、壁板和整流包皮因受外来物撞击，例如空中的飞鸟，或者其它意外事故，会形成局部凹坑。凹坑将增加飞机的飞行阻力，影响飞机的飞行性能。在加载条件下，凹坑处产生的次级弯曲应力很大，将导致疲劳强度大大下降。波浪度是凹坑的最大深度处的最小宽度与凹坑的最大深度的比值，是凹坑损伤非常重要的一个参数，也是凹坑超过允许损伤与否的重要判据。波浪度的大小直接反映了凹坑的尖锐程度，波浪度越小，凹坑越尖锐，在加载条件下，凹坑处产生的次级弯曲应力就越大。此外，凹坑的波浪度越小，对飞机产生的飞行阻力越大，对飞机飞行性能的影响也越大。因此，如何探测凹坑并求出凹坑的波浪度，是对飞机蒙皮进行及时修理以保证飞行安全的极其重要的环节。

发明内容

为了探测凹坑，并在凹坑存在的情况下确定其波浪度，本发明公开了一种凹坑检查系统，它由机架、CCD 1、CCD 2、激光器阵列、线路板和计算机组成。激光器阵列安装在机架下面的中央，两侧分别安装CCD 1和CCD 2。激光器阵列由n×n个排成阵列的激光器组成。CCD 1和CCD 2的像平面位于同一平面内，且对应的水平像素线在同一直线上。

进行凹坑检查时，凹坑检查系统放在待检体上，开启激光器阵列的所有激光器，在待检体的表面出现n×n个阵列式排列的激光光斑。CCD 1和CCD 2同时拍摄光斑阵列的图像。

建立两个像平面坐标系和一个三维测量坐标系之后，利用CCD成像的特点可以确定照射在待检体上的光斑中心在测量坐标系中的位置及其最大深度，由此可确定待检体上有无凹坑，并在有凹坑的情况下确定凹坑中的点。通过寻求凹坑中的点边界，可以进一步确定凹坑的最小宽度以及波浪度。

本发明的有益效果在于：

1.无接触式测量，不损伤待检体表面；

2.测量系统结构简单，造价低廉；

3.引入三维测量坐标系，因此能够确定凹坑中点的位置，为获取其边界并求出凹坑最小宽度提供了可能。

附图说明

图1是凹坑检查系统工作原理示意图，图2是凹坑边界点及最小宽度示意图。

标号说明

1机架，2CCD 1，3激光器阵列，4CCD 2，5待检体，6激光器，7激光束，8凹坑。

具体实施方式

如图1所示，凹坑检查系统由机架(1)、CCD 1(2)、激光器阵列(3)、CCD 2(4)、线路板和计算机组成。激光器阵列(3)安装在机架(1)下面的中央，两侧分别安装CCD 1(2)和CCD2(4)。激光器阵列(3)由n×n个排成阵列的激光器组成。CCD 1(2)和CCD 2(4)的像平面位于同一平面内，且对应的水平像素线在同一直线上。

进行凹坑检查时，凹坑检查系统放在待检体(5)上，开启激光器阵列(3)的所有激光器，在待检体(5)的表面出现n×n个阵列式排列的激光光斑。

CCD 1(2)和CCD 2(4)同时拍摄光斑阵列的图像，计算机通过图像处理确定有无凹坑，并在有凹坑的情况下确定凹坑的最大深度Y、最小宽度A以及波浪度λ＝A/Y。

为此，需要建立两个像平面坐标系和一个三维测量坐标系，确定光斑在三维测量坐标系中的位置、处在凹坑中的光斑、凹坑最大深度Y、凹坑中光斑的边界，并由凹坑中光斑的边界确定凹坑最小宽度A。

1.坐标系的建立及光斑在三维测量坐标系中的位置

以o₁和o₂分别表示CCD 1(2)和CCD 2(4)像面中点，2d表示o₁，o₂之间的距离，以o₁，o₂的连线作为x轴，o₁，o₂连线的中点作为坐标原点o，建立三维测量坐标系o-xyz.在两个像面内分别建立像平面坐标系o₁-x₁y₁以及o₂-x₂y₂，x₁和x₂轴与测量坐标系的x轴重合且方向相同。于是两个CCD像平面的中心在测量坐标系中的坐标分别为(-d,0,0)和(d,0,0)。

以f，l分别表示两个CCD的焦距和像素长度。设点目标P在测量坐标系中的坐标为A(x,y,z)，在两个像平面坐标系中的坐标分别为P(m,n)和P(m',n')，其中|m|、 |n|、|m'|、|n'|分别为两个CCD横、纵方向上的像素个数。则由小孔成像原理知

因此在测量坐标系中

对两幅图像进行图像处理，获取阵列光斑的中心在两个像平面坐标系中的像素位置p_ij(m_ij,n_ij)和p_ij'(m_ij',n_ij')，并由此获取阵列光斑在三维测量坐标系中的位置

(i,j＝1,2,…,n)

2.处在凹坑中的光斑及凹坑最大深度Y

取一个很小的正数δ作为判别阈值，令

则当M-m＞δ令Y＝M-m，否则Y＝0；而当z_ij＞m+δ时判定点(x_ij,y_ij,z_ij) (i,j＝1,2,…,n)位于凹坑之内。以N表示位于凹坑内点的个数，则所有凹坑之内点的前两个坐标可表示为S＝{(X_i,Y_i)|i＝1,2,…,N}.

3.凹坑中光斑的边界

当N＞2时，如图2所示，在S中取

使

则

是边界上的第一个点。以L表示依进入次序排列的边界上点的集合，则此时

在

中取

使

其中“·”表示向量内积运算。令

这里“

”为赋值号。继续执行如下程序：

1)k＝2；

2)在S中取

使

若

转3)；否则令

转2)；

3)停止。

此时光斑的边界由L中的k个点确定。

4.凹坑最小宽度以及波浪度

当N≤2时，令A＝x₁₁-x₁₂；当N＞2时，以l_j表示

中的点到直线

之间的距离的最大值，j＝1,2,…,k-1，l_k表示

中的点到直线

之间的距离的最大值，令

由此可以得到凹坑探测结果：当Y＝0时无凹坑；当Y≠0时有凹坑，其波浪度为λ＝A/Y。

Claims (1)

1.一种凹坑检查方法，其特征在于：凹坑检查系统包括机架(1)、CCD 1(2)、激光器阵列(3)、CCD 2(4)、线路板和计算机；激光器阵列(3)安装在机架(1)下面的中央，两侧分别安装CCD 1(2)和CCD 2(4)；激光器阵列(3)由n×n个排成阵列的激光器组成，CCD 1(2)和CCD 2(4)的像平面位于同一平面内，且对应的水平像素线在同一直线上；凹坑检查系统放在待检体(5)上，开启激光器阵列(3)的所有激光器，CCD 1(2)和CCD 2(4)同时拍摄待检体(5)上光斑阵列的图像，并送计算机处理，处理过程分如下步骤：

1)建立坐标系并确定光斑在三维测量坐标系中的位置

以o₁和o₂分别表示CCD 1(2)和CCD 2(4)像面中点，2d表示o₁，o₂之间的距离，以o₁，o₂的连线作为x轴，o₁，o₂连线的中点作为坐标原点o，建立三维测量坐标系o-xyz，在两个像面内分别建立像平面坐标系o₁-x₁y₁以及o₂-x₂y₂，x₁和x₂轴与测量坐标系的x轴重合且方向相同；以f，l分别表示两个CCD的焦距和像素长度，对i,j＝1,2,…,n分别以p_ij(m_ij,n_ij)和p_ij'(m_ij',n_ij')表示阵列光斑的中心在两个像平面坐标系中的像素位置，则在三维测量坐标系中的坐标为

2)确定凹坑中的光斑及凹坑最大深度Y

取一个很小的正数δ作为判别阈值，令

当M-m＞δ令Y＝M-m，否则Y＝0；而对于i,j＝1,2,…,n，当z_ij＞m+δ时判定点(x_ij,y_ij,z_ij)位于凹坑之内，以N表示位于凹坑内点的个数，则所有凹坑之内点的前两个坐标可表示为S＝{(X_i,Y_i)|i＝1,2,…,N}；

3)确定凹坑中光斑的边界

当N＞2时，在S中取

使

则

是边界上的第一个点，以L表示依次选入的边界上点的集合，则此时

在

中取

使

其中“·”表示向量内积运算；令

这里

为赋值号；继续执行如下步骤：

i)k＝2；

ii)在S中取

使

若

转iii)；否则令

转ii)；

iii)停止；

此时光斑的边界由L中的k个点确定；

4)确定凹坑最小宽度以及波浪度

当N≤2时，令A＝x₁₁-x₁₂；当N＞2时，以l_j表示

中的点到直线

之间的距离的最大值，j＝1,2,…,k-1，l_k表示

中的点到直线

之间的距离的最大值，令

由此可以得到凹坑探测结果：当Y＝0时无凹坑；当Y≠0时有凹坑，其波浪度为λ＝A/Y。

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