CN109540026B - 一种航空非标导管智能检测系统的使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种航空非标导管智能检测系统及其使用方法，包括用于放置导管的补光板兼标定板、分别设置在补光板兼标定板上下端的数个工业相机及底部光源、与工业相机配合的计算机系统、设置在在补光板兼标定板上的标定用标记，采用本发明实现了航空导管智能在线检测，有效提升航空导管测量效率与自动化程度，尤其是实现了非标手工弯制导管的快速逆向测量与形状优化，克服了传统关节臂测量非标手工弯制导管时精度不够且费时费力的困难，补充现有导管视觉检测设备不能对非标导管形状进行工艺适应性优化的缺陷，有效推进了传统飞机手工弯管的数控制造。

Description

一种航空非标导管智能检测系统的使用方法

技术领域

本发明涉及导管检测技术领域，具体是一种航空非标导管智能检测系统及其使用方法。

背景技术

在飞机维修过程中，需要对部分航空导管进行更换制造。为提升导管制造精度，一般推荐采用数控制造。但由于在役传统机型绝大部分原始导管为手工弯制，没有原始数字模型，且大部分属于非标导管，即管形中包含样条线、空间弯角、小直线段或小角度弯等不适宜数控制造的特征。若要实现这些非标导管的数控制造，则必须先对其进行逆向测绘。现行方法一般采用关节臂测量机对导管进行测量，但这种方法测绘速度较慢，且只适用于形状标准的导管，即导管轴线由严格的直线与平面弯角组成。如果对手工弯制的非标导管进行强行测量，则必须牺牲导管相关形状精度，影响后期导管装配，不能满足现状需求。

目前市场中也有采用基于视觉的导管测量设备，如德国AICON公司生产的Tubeinspect，该设备虽然也能够对非标导管进行快速测量，但其并不能对非标导管管形进行自适应优化，导致其输出的导管三维模型中依然包含样条线、空间弯角、小直线段或小角度弯等不适宜数控加工的特征，从而限制了这些导管的数控制造。

中国专利公开号为CN104143213A公开了一种基于视觉检测的导管自动识别方法，该方法是利用多目视觉检测仪器直接获得导管实物的检测几何数据，然后通过比对导管模型数据库，实现导管实物的自动识别，可大大降低管路实物零件的人工识别难度。该方法仅提出利用现成设备来实现导管逆向测量并通过比对数据库来实现导管零件的识别，并未涉及导管形状的视觉测量方法，更未提及为匹配数控弯管工艺的管形自适应优化，完全无法适应航空非标导管的快速数控制造要求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种航空非标导管智能检测系统及其使用方法。

一种航空非标导管智能检测系统,包括用于放置导管的补光板兼标定板、分别设置在补光板兼标定板上下端的数个工业相机及底部光源、与工业相机配合的计算机系统、设置在在补光板兼标定板上的标定用标记。

所述的工业相机用于多角度采集航空导管图像，并上传至计算机系统进行分析；所述的底部光源确保工业相机采集清晰图像；所述的补光板兼标定板实现投影背景光更适宜拍照，同时其上设置若干个标记，为拍摄后照片提供标定；所述的计算机系统对工业相机采集上传的图像进行解码和相位计算，并利用立体匹配技术、三维测量原理，重建出弯管的三维图像并实时显示。

一种航空非标导管智能检测系统的使用方法,其具体步骤如下：

(1)放置：将导管放置在补光板兼标定板上；

(2)插电：给计算机系统、工业相机、底部光源供上相应电源；

(3)输入信息：启动计算机系统上的航空导管智能检测程序，输入导管图号类必须输入的信息；

(4)拍照：计算机系统上的航空导管智能检测程序自动对导管进行多角度拍照；

(5)自动处理：经计算机系统自动处理后，显示导管三维图像与对应导管几何参数信息。

(6)优化：计算机系统提示是否进行管形优化，如需要，可选择不同的优化逻辑，如不需要则直接跳过；

(7)输出：计算机程序自动计算，输出导管数控加工的YBC数据。

所述的步骤(6)中的优化步骤如下：

(6a)名词定义：根据需要输入导管的弯曲半径R、圆弧半径Rx、弯曲角度A、弧长S、弧高H、弦长L、夹模长度Li；

(6b)预处理：进行管形标准化：(6b1)样条曲线圆弧直线化；

(6b2)平滑小角度弯曲段；

(6b3)圆弧半径标准化；

(6c)优化逻辑：根据圆弧半径跟弯曲半径的关系进行自动优化。

所述的步骤(6a)中的弧长S的计算公式为S＝3.14*Rx*A/180，所述的弧高 H的计算公式为H＝Rx-Rx*COS(A*3.14/360)，所述的弦长L的计算公式为L＝2*Rx*SIN(3.14*A/360)。

所述的步骤(6b)中的(6b1)样条曲线圆弧直线化是待形成标准圆弧与直线的组合后，进行管形标准化，首先计算得出导管样条线的关键点，然后根据导管样条走向，计算出其关键控制点A、B、C、D四点。

所述的步骤(6b)中的(6b2)平滑小角度弯曲段以导管样条线关键点为ABCD，从起始点A开始进行拟合逻辑计算，若三角形ABC的高L_BE≤10mm，则将样条ABC 中的关键点B忽略，这时便剩下了ACD，继续计算三角形ACD的高L_CF，若L_CF≤ 10mm，同样将C点忽略，若L_CF＞10mm，则按不作任何处理。

所述的步骤(6b)中的(6b3)外切偏离值Pw＝(Rx-R)/COS(3.14*A/360)+R-Rx，在保证圆弧切线方向不变的前提下，直接将对应圆弧半径Rx修改为弯曲半径R，根据圆弧半径Rx与弯曲半径R的大小关系进行计算。

所述圆弧半径Rx大于弯曲半径R，外切偏离值Pw为正时：当Pw小于10mm 时，直接将对应圆弧半径Rx修改为弯曲半径R；当Pw大于10mm时，计算剩余直线段值Ls，当Ls小于夹模长度Lj时，同样直接将对应圆弧半径Rx修改为弯曲半径R；当Ls大于夹模长度Lj时，则将原始圆弧用三段圆弧及两段直线段组成的图形来近似代替，比原来弯管成形增加了两个弯角，所述 Ls＝2*Rx*SIN(3.14*A/720)-R*(SIN(3.14*A/720)+SIN(3.14*A/1440))。

所述圆弧半径Rx小于弯曲半径R，外切偏离值Pw为负时，直接将对应圆弧半径Rx修改为弯曲半径R。

本发明的有益效果是：采用本发明实现了航空导管智能在线检测，有效提升航空导管测量效率与自动化程度，尤其是实现了非标手工弯制导管的快速逆向测量与形状优化，克服了传统关节臂测量非标手工弯制导管时精度不够且费时费力的困难，补充现有导管视觉检测设备不能对非标导管形状进行工艺适应性优化的缺陷，有效推进了传统飞机手工弯管的数控制造。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的主视结构示意图；

图2为本发明的样条曲线圆弧直线化结构示意图一；

图3为本发明的样条曲线圆弧直线化结构示意图二；

图4为本发明的平滑小角度弯曲段结构示意图一；

图5为本发明的平滑小角度弯曲段结构示意图二；

图6为本发明的圆弧半径标准化结构示意图一；

图7为本发明的圆弧半径标准化结构示意图二；

图8为本发明的圆弧半径标准化结构示意图三。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。

如图1至图8所示，一种航空非标导管智能检测系统,包括用于放置导管3 的补光板兼标定板4、分别设置在补光板兼标定板4上下端的数个工业相机1及底部光源6、与工业相机1配合的计算机系统5、设置在在补光板兼标定板4上的标定用标记2。

所述的工业相机1用于多角度采集航空导管图像，并上传至计算机系统5 进行分析；所述的底部光源6确保工业相机1采集清晰图像；所述的补光板兼标定板4实现投影背景光更适宜拍照，同时其上设置若干个标记，为拍摄后照片提供标定；所述的计算机系统5对工业相机1采集上传的图像进行解码和相位计算，并利用立体匹配技术、三维测量原理，重建出弯管的三维图像并实时显示。

使用工业相机1多角度拍照，利用多角度多视场空间前方交会和后方交会，提取不同角度的信息，利用成熟的多相机空间标定算法实现对每个相机的内外参数标定和成像模型重建，利用图像挂件边缘提取特征，计算分析管件中心点三维坐标信息，进而实现导管全尺寸计算，完成导管的三维重建并测绘。最终输出一个指定格式的数据文件，该数据文件中包含导管数控加工所需的所有必须几何信息。

通过计算机系统5的专业技术，对数控弯制成形的导管3进行自动形状差异比对，并输出指定格式的检测报告，为导管形状的快速检验与优化建议提供技术支撑。

基于此需求，对数控标准弯管，可与标准模型对比并出具检测报告，指导工艺优化。

计算机系统5本身具备弯管数据库，标准模型可以是自己添加到数据库的设计模型，也可以是利用标准管件测量得出的模型，计算机系统5会自动将各项数据进行对比，得出偏差信息，该信息能为导管的检测和优化服务，检测结果支持导出对比报告。

一种航空非标导管智能检测系统的使用方法,其具体步骤如下：

(1)放置：将导管3放置在补光板兼标定板4上；

(2)插电：给计算机系统5、工业相机1、底部光源6供上相应电源；

(3)输入信息：启动计算机系统5上的航空导管智能检测程序，输入导管图号类必须输入的信息；

(4)拍照：计算机系统5上的航空导管智能检测程序自动对导管3进行多角度拍照；

(5)自动处理：经计算机系统5自动处理后，显示导管3三维图像与对应导管几何参数信息。

(6)优化：计算机系统5提示是否进行管形优化，如需要，可选择不同的优化逻辑，如不需要则直接跳过；

(7)输出：计算机程序5自动计算，输出导管数控加工的YBC数据。

通过计算机技术及基于数控弯管工艺逻辑要求，对管形进行自动优化，使其既不改变导管机上总体形状以满足安装需求，同时又能适应数控弯制的工艺需求，并同步输出导管数控加工所必须的坐标信息或YBC信息。

所述的步骤(6)中的优化步骤如下：

(6a)名词定义：根据需要输入导管3的弯曲半径R、圆弧半径Rx、弯曲角度A、弧长S、弧高H、弦长L、夹模长度Li，如下表所示；

名称	计算公式	单位
			弯曲半径：R	/	mm
圆弧半径：Rx	/	mm
			弯曲角度：A	/	度
弧长：S	S＝3.14*Rx*A/180	mm
			弧高：H	H＝Rx-Rx*COS(A*3.14/360)	mm
弦长：L	L＝2*Rx*SIN(3.14*A/360)	mm
			夹模长度Lj	/	mm

(6b)预处理：进行管形标准化：(6b1)样条曲线圆弧直线化；

(6b2)平滑小角度弯曲段；

(6b3)圆弧半径标准化；

(6c)优化逻辑：根据圆弧半径跟弯曲半径的关系进行自动优化。

对非标手工的导管进行管形进行自动优化，如弯曲段进行直线拟合，并同步输出导管数控加工所必须的坐标信息和YBC信息。实现思路为框选和参数设置两种，总体思路是要能够选择需要优化的区域和不需要优化的区域，防止将卡箍或需避让的特征优化掉。其中框选即利用鼠标划定导管区域，划定区域外自动进行拟直优化，或可以进行多种优化类型的选择，优化的种类需要与用户方协商，选择的区域不进行优化。参数设置即通过输入输出参数，来规定某一区域进行优化与否、优化的类型等，对于非标关键的拟直需要设定较多的限制条件，同时需要根据实际关键类型进行筛选测试确定，比如角度限制，对于超过一定角度限制的管件不做拟直处理。

所述的步骤(6a)中的弧长S的计算公式为S＝3.14*Rx*A/180，所述的弧高 H的计算公式为H＝Rx-Rx*COS(A*3.14/360)，所述的弦长L的计算公式为 L＝2*Rx*SIN(3.14*A/360)。

所述的步骤(6b)中的(6b1)样条曲线圆弧直线化是待形成标准圆弧与直线的组合后，进行管形标准化，首先计算得出导管样条线的关键点，然后根据导管样条走向，计算出其关键控制点A、B、C、D四点，如图2、图3所示。

如图4、图5所示，所述的步骤(6b)中的(6b2)平滑小角度弯曲段以导管样条线关键点为ABCD，从起始点A开始进行拟合逻辑计算，若三角形ABC的高L_BE≤10mm，则将样条ABC中的关键点B忽略，这时便剩下了ACD，继续计算三角形ACD的高L_CF，若L_CF≤10mm，同样将C点忽略，若L_CF＞10mm，则按不作任何处理。

所述的步骤(6b)中的(6b3)外切偏离值Pw＝(Rx-R)/COS(3.14*A/360)+R-Rx，在保证圆弧切线方向不变的前提下，直接将对应圆弧半径Rx修改为弯曲半径R，根据圆弧半径Rx与弯曲半径R的大小关系进行计算。

如图6、图8所示，所述圆弧半径Rx大于弯曲半径R，外切偏离值Pw为正时：当Pw小于10mm时，直接将对应圆弧半径Rx修改为弯曲半径R；当Pw大于 10mm时，计算剩余直线段值Ls，当Ls小于夹模长度Lj时，同样直接将对应圆弧半径Rx修改为弯曲半径R；当Ls大于夹模长度Lj时，则将原始圆弧用三段圆弧及两段直线段组成的图形来近似代替，比原来弯管成形增加了两个弯角，所述Ls＝2*Rx*SIN(3.14*A/720)-R*(SIN(3.14*A/720)+SIN(3.14*A/1440))。

如图7所示，所述圆弧半径Rx小于弯曲半径R，外切偏离值Pw为负时，直接将对应圆弧半径Rx修改为弯曲半径R。

在计算机系统5的操作过程中，不需要特殊夹具，也不需要移动工件或者进行工业相机1的参数设置，除必要的信息手动输入外，计算机系统5将通过内置数据库的方法来自动识别导管管径、弯曲半径等信息，实现一键操作即可获得导管的三维模型.

所述的计算机系统5将通过在系统内预置参数，直接忽略干扰物，如外套螺母、衬套、线、标牌类，直接将其作为标准直管拟合，从而实现自动对导管上干扰物在数模上进行剔除，避免衬套、标签的干扰，实现喇叭口始末端位置的确定，导管上特征长度能自动拟合到数模上。

所述的计算机系统5将同时保存两份数据，一份是未拟合前的原始数据，主要用于查看原始几何信息，包括原始弯曲半径、直线段长度等，一份是拟合后的优化数据，主要用于后续数控加工；计算机系统5能实现两个数据的同时显示，以方便对形状差异进行对比校准，该功能通过将图像首次处理得到的信息作为原始数据，将优化算法计算及进行拟直等优化操作之后的数据作为优化数据，屏幕上划分两个区域进行对比显示；计算机系统5将通过预制的适配器信息改为某种特殊的标记，从而识别导管上的特殊标记物，带特殊标记物的直线段不允许进行拟合变形；计算机系统5通过利用现有的数据库管理功能，预设客户的导管图号信息，然后在测量时增添一个搜寻比对算法，在展开长度、弯曲半径误差在一定范围内，直线段数量相同时，从而实现自动输出导管的图号；计算机系统5通过预设合格标准值，一般设定好标准管参数和误差范围后，测量结果会自动标记出超差管的检测结果，以显著的文件提醒、弹框或者其他方式给出故障提醒，从而实现不合格导管产品的检测识别和报故障功能。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种航空非标导管智能检测系统的使用方法,其特征在于：所述航空非标导管智能检测系统包括用于放置导管(3)的补光板兼标定板(4)、分别设置在补光板兼标定板(4)上下端的数个工业相机(1)及底部光源(6)、与工业相机(1)配合的计算机系统(5)、设置在在补光板兼标定板(4)上的标定用标记(2)所述的工业相机(1)用于多角度采集航空导管图像，并上传至计算机系统(5)进行分析；所述的底部光源(6)确保工业相机(1)采集清晰图像；所述的补光板兼标定板(4)实现投影背景光更适宜拍照，同时其上设置若干个标记，为拍摄后照片提供标定；所述的计算机系统(5)对工业相机(1)采集上传的图像进行解码和相位计算，并利用立体匹配技术、三维测量原理，重建出弯管的三维图像并实时显示；

所述使用方法的具体步骤如下：

(1)放置：将导管(3)放置在补光板兼标定板(4)上；

(2)插电：给计算机系统(5)、工业相机(1)、底部光源(6)供上相应电源；

(3)输入信息：启动计算机系统(5)上的航空导管智能检测程序，输入导管图号类必须输入的信息；

(4)拍照：计算机系统(5)上的航空导管智能检测程序自动对导管(3)进行多角度拍照；

(5)自动处理：经计算机系统(5)自动处理后，显示导管(3)三维图像与对应导管几何参数信息；

(6)优化：计算机系统(5)提示是否进行管形优化，如需要，可选择不同的优化逻辑，如不需要则直接跳过；

(7)输出：计算机程序(5)自动计算，输出导管数控加工的YBC数据；

所述的步骤(6)中的优化步骤如下：

(6a)名词定义：根据需要输入导管(3)的弯曲半径R、圆弧半径Rx、弯曲角度A、弧长S、弧高H、弦长L、夹模长度Li；

(6b)预处理：进行管形标准化：(6b1)样条曲线圆弧直线化；

(6b2)平滑小角度弯曲段；

(6b3)圆弧半径标准化；

(6c)优化逻辑：根据圆弧半径跟弯曲半径的关系进行自动优化；

所述的步骤(6b)中的(6b3)外切偏离值Pw＝(Rx-R)/COS(3.14*A/360)+R-Rx，在保证圆弧切线方向不变的前提下，直接将对应圆弧半径Rx修改为弯曲半径R，根据圆弧半径Rx与弯曲半径R的大小关系进行计算。

2.根据权利要求1所述的一种航空非标导管智能检测系统的使用方法,其特征在于：所述的步骤(6a)中的弧长S的计算公式为S＝3.14*Rx*A/180，所述的弧高H的计算公式为H＝Rx-Rx*COS(A*3.14/360)，所述的弦长L的计算公式为L＝2*Rx*SIN(3.14*A/360)。

3.根据权利要求1所述的一种航空非标导管智能检测系统的使用方法,其特征在于：所述的步骤(6b)中的(6b1)样条曲线圆弧直线化是待形成标准圆弧与直线的组合后，进行管形标准化，首先计算得出导管样条线的关键点，然后根据导管样条走向，计算出其关键控制点A、B、C、D四点。

4.根据权利要求3所述的一种航空非标导管智能检测系统的使用方法,其特征在于：所述的步骤(6b)中的(6b2)平滑小角度弯曲段以导管样条线关键点为ABCD，从起始点A开始进行拟合逻辑计算，若三角形ABC的高L_BE≤10mm，则将样条ABC中的关键点B忽略，这时便剩下了ACD，继续计算三角形ACD的高L_CF，若L_CF≤10mm，同样将C点忽略，若L_CF＞10mm，则按不作任何处理。

5.根据权利要求1所述的一种航空非标导管智能检测系统的使用方法,其特征在于：所述圆弧半径Rx大于弯曲半径R，外切偏离值Pw为正时：当Pw小于10mm时，直接将对应圆弧半径Rx修改为弯曲半径R；当Pw大于10mm时，计算剩余直线段值Ls，当Ls小于夹模长度Lj时，同样直接将对应圆弧半径Rx修改为弯曲半径R；当Ls大于夹模长度Lj时，则将原始圆弧用三段圆弧及两段直线段组成的图形来近似代替，比原来弯管成形增加了两个弯角，所述Ls＝2*Rx*SIN(3.14*A/720)-R*(SIN(3.14*A/720)+SIN(3.14*A/1440))。

6.根据权利要求1所述的一种航空非标导管智能检测系统的使用方法,其特征在于：所述圆弧半径Rx小于弯曲半径R，外切偏离值Pw为负时，直接将对应圆弧半径Rx修改为弯曲半径R。

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