CN111998769A - 一种面向复合材料蜂窝格孔结构的制造符合性光学检测方法 - Google Patents

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马骏
韩云龙
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Abstract

本发明属于航空检测技术领域，公开了一种面向复合材料蜂窝格孔结构的制造符合性光学检测方法，使用光栅投影仪将正弦光栅条纹投射向蜂窝格孔表面；使用两台CCD相机从不同角度对蜂窝格孔表面进行拍摄，采集经过蜂窝格孔表面调制的条纹图像；对条纹图像进行处理得到蜂窝格孔被测点的真实相位；对蜂窝格孔被测点的真实相位进行图像处理和模型解算，重构出蜂窝格孔的三维点云，与理论蜂窝格孔三维数据进行比对，输出检测结果。本发明将光学检测技术应用于蜂窝格孔结构的制造合格检测领域，消除了接触式测量过程中对产品表面可能造成的油污污染影响，同时将区域点位检测改进为区域面块检测，具有一定的经济效益。

Description

一种面向复合材料蜂窝格孔结构的制造符合性光学检测方法
技术领域
本发明属于航空检测技术领域，涉及一种航空复合材料窝蜂结构的检测方法，具体涉及一种面向复合材料蜂窝格孔结构的制造符合性光学检测方法。
背景技术
航空复合材料产品工作型面机械加工的制造符合性关系到产品的性能和整体质量，其中一种常见的复合材料产品结构为蜂窝格孔结构，通常采用接触式测量方法对其进行检测，所用设备为三坐标测量机。
由于蜂窝格孔尺寸远大于三坐标测量机测头直径，故不能直接触测以采集数据，需用一枚预先制作好的铜制薄片一面涂抹凡士林贴于测头之上，测量时保持铜制薄片与待测工作型面处贴合完好，如图1所示，测量完成后，偏差值需进行一次补偿过程，使用测量偏差值减去铜制薄片的厚度作为最终测量结果。
但是，测量设备与蜂窝格孔结构表面发生直接接触时，将不可避免地对产品表面造成油污污染，并且由于铜制薄贴合性问题，偏差不一定准确，以此方法得到的蜂窝格孔测量数据有一定的误差。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种面向复合材料蜂窝格孔结构的制造符合性光学检测方法，使用光学检测降低对产品表面造成油污污染的可能性，同时将区域点位检测改进为区域面块检测，实现基于直接三维数模比对的制造符合性测量。
本发明的技术方案是：
一种面向复合材料蜂窝格孔结构的制造符合性光学检测方法，包括以下步骤：
步骤一、使用光栅投影仪将正弦光栅条纹投射向蜂窝格孔表面；
步骤二、使用两台CCD相机从不同角度对蜂窝格孔表面进行拍摄，采集经过蜂窝格孔表面调制的条纹图像；
步骤三、对条纹图像进行处理得到光栅条纹的主值相位；
步骤四、对光栅条纹的主值相位进行分析处理得到蜂窝格孔被测点的真实相位，完成相位展开；
步骤五、对蜂窝格孔被测点的真实相位进行图像处理和模型解算，重构出蜂窝格孔的三维点云，与理论蜂窝格孔三维数据进行比对，输出检测结果。
进一步的，步骤二中，还包括对采集到的图形进行预处理。通过预处理，可以使得用于处理的条纹图像更加清晰，处理结果更准确。
进一步的，预处理包括灰度修正、边缘提取、去除噪声点和滤除干扰点。
进一步的，还包括使用上位机，两台CCD相机连接并将条纹图像传输给上位机，上位机对采集的条纹图像进行自动处理。利用上位机结合特定的软件进行自动计算，可以快捷方便的得到检测结果。
进一步的，步骤三中，使用傅里叶变换法和相移法处理条纹图像得到光栅条纹的主值相位，完成相位调解。
进一步的，步骤五中，重构出蜂窝格孔的三维点云后，利用三维点云根据蜂窝结构的基本要求，对三维点云进行过渡化，还原出光学测量的三维蜂窝格孔，与理论蜂窝格孔形状进行比对，输出检测结果，并在上位机的显示器上显示两者的图像。在上位机上直接显示蜂窝格孔的测量形状和理论形状，可以便于检测人员直接可观地看出蜂窝格孔与理论值的出入点和出入程度。
进一步的，步骤五中，将重构的蜂窝格孔的三维点云输入到理论蜂窝格孔三维数据的结构方程中检验符合性，若多余所设定百分比的三维点不符合理论蜂窝格孔三维数据的结构方程，则判定不合格，反之则判定为合格。采用方程式来验证三维点的准确度，根据三维点的符合率来判定蜂窝格孔的是否合格，可以快速自动判断蜂窝格孔的是否合格，方便运用到软件的自动判断逻辑中。
进一步的，三维点云输入到理论蜂窝格孔三维数据的结构方程中检验符合性的要求是，将三维点代入结构方程中后，得到的方程等式误差小于所设定的值时，判定为符合，反之则判定为不符合。三维点与理论蜂窝格孔位置坐标系内的方程等式难以做到完全代入，因此设定一个误差值，代入后等式两边的结果相减小于一定误差值就可以认为三维点合格，以此可以得到软件自动判定三维点是否符合的判定逻辑，便于实现自动化检测。
本发明的优点是：本发明将光学检测技术应用于蜂窝格孔结构的制造合格性检测领域，消除了接触式测量过程中对产品表面可能造成的油污污染影响，同时将区域点位检测改进为区域面块检测，实现基于直接三维数模比对的制造合格性测量，具有一定的经济效益。
附图说明
图1为背景技术的接触式测量示意图；
图2为本发明的蜂窝结构光学检测示意图；
其中，1—左摄像机，2—右摄像机，3—光栅投影仪，4—三角支架，5—光栅条纹图，6—蜂窝格孔，7—铜质薄片，8—测量头。
具体实施方式
本部分是本发明的实施例，用于解释和说明本发明的技术方案。
本发明的一种面向复合材料蜂窝格孔结构的制造符合性光学检测方法，包括以下步骤：
步骤一、使用光栅投影仪将正弦光栅条纹投射向蜂窝格孔表面；
步骤二、使用两台CCD相机从不同角度对蜂窝格孔表面进行拍摄，采集经过蜂窝格孔表面调制的条纹图像；
步骤三、对条纹图像进行处理得到光栅条纹的主值相位；
步骤四、对光栅条纹的主值相位进行分析处理得到蜂窝格孔被测点的真实相位，完成相位展开；
步骤五、对蜂窝格孔被测点的真实相位进行图像处理和模型解算，重构出蜂窝格孔的三维点云，与理论蜂窝格孔三维数据进行比对，输出检测结果。
其中，步骤二中，还包括对采集到的图形进行预处理，预处理包括灰度修正、边缘提取、去除噪声点和滤除干扰点。
另外，本方法还包括使用上位机，两台CCD相机连接并将条纹图像传输给上位机，上位机对采集的条纹图像进行自动处理。
步骤三中，使用傅里叶变换法和相移法处理条纹图像得到光栅条纹的主值相位，完成相位调解。
步骤五中，重构出蜂窝格孔的三维点云后，利用三维点云根据蜂窝结构的基本要求，对三维点云进行过渡化，还原出光学测量的三维蜂窝格孔，与理论蜂窝格孔形状进行比对，输出检测结果，并在上位机的显示器上显示两者的图像。
步骤五中，将重构的蜂窝格孔的三维点云输入到理论蜂窝格孔三维数据的结构方程中检验符合性，若多余所设定百分比的三维点不符合理论蜂窝格孔三维数据的结构方程，则判定不合格，反之则判定为合格。
三维点云输入到理论蜂窝格孔三维数据的结构方程中检验符合性的要求是，将三维点带入结构方程中后，得到的方程等式误差小于所设定的值时，判定为符合，反之则判定为不符合。
下面结合附图说明本发明另一个实施例。
面向航空复合材料产品蜂窝格孔结构的制造符合性检测通常采用三坐标测量机设备，但是在检测过程中需用一枚预先制作好的铜制薄片一面涂抹凡士林贴于测头之上完成整个测量过程，存在对产品造成油污污染的可能性，且该方法为区域点位检测。本发明提供一种光学检测方法，避免了与产品发生直接接触，同时能够实现基于直接三维数模比对的制造符合性测量。
(1)光栅投影3将正弦条纹投射到蜂窝格孔6表面，两台工业CCD相机从不同角度对被测物体进行拍摄，采集经过被测物外形调制的条纹图像。
(2)利用傅里叶变换法、相移法等处理条纹图像获得光栅条纹图5的主值相位，实现相位解调过程。
(3)在获得主值相位后，对主值相位进行分析处理，获得被测点的真实完整的相位，实现相位展开过程。
(4)在经过图像处理及模型解算后，重构出被测物表面的三维点云，并将实测三维点云与理论三维数模进行比对，输出三维检测结果。
本发明提供一种面向复合材料蜂窝格孔结构的制造符合性光学检测方法，将原有的接触式测量改进为非接触式测量，降低对产品表面造成油污污染的可能性，同时能够实现基于直接三维数模比对的制造符合性测量。
本发明已在含蜂窝格孔结构的试验件检测过程中得到应用。

Claims (8)

1.一种面向复合材料蜂窝格孔结构的制造符合性光学检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、使用光栅投影仪将正弦光栅条纹投射向蜂窝格孔表面；
步骤二、使用两台CCD相机从不同角度对蜂窝格孔表面进行拍摄，采集经过蜂窝格孔表面调制的条纹图像；
步骤三、对条纹图像进行处理得到光栅条纹的主值相位；
步骤四、对光栅条纹的主值相位进行分析处理得到蜂窝格孔被测点的真实相位，完成相位展开；
步骤五、对蜂窝格孔被测点的真实相位进行图像处理和模型解算，重构出蜂窝格孔的三维点云，与理论蜂窝格孔三维数据进行比对，输出检测结果。
2.根据权利要求1所述的一种面向复合材料蜂窝格孔结构的制造符合性光学检测方法，其特征在于，所述的步骤二中，还包括对采集到的图形进行预处理。
3.根据权利要求2所述的一种面向复合材料蜂窝格孔结构的制造符合性光学检测方法，其特征在于，所述的预处理包括灰度修正、边缘提取、去除噪声点和滤除干扰点。
4.根据权利要求1所述的一种面向复合材料蜂窝格孔结构的制造符合性光学检测方法，其特征在于，所述的步骤三中，使用傅里叶变换法和相移法处理条纹图像得到光栅条纹的主值相位，完成相位调解。
5.根据权利要求1所述的一种面向复合材料蜂窝格孔结构的制造符合性光学检测方法，其特征在于，还包括使用上位机，两台CCD相机连接并将条纹图像传输给上位机，上位机对采集的条纹图像进行自动处理。
6.根据权利要求5所述的一种面向复合材料蜂窝格孔结构的制造符合性光学检测方法，其特征在于，所述的步骤五中，重构出蜂窝格孔的三维点云后，利用三维点云根据蜂窝结构的基本要求，对三维点云进行过渡化，还原出光学测量的三维蜂窝格孔，与理论蜂窝格孔形状进行比对，输出检测结果，并在上位机的显示器上显示两者的图像。
7.根据权利要求6所述的一种面向复合材料蜂窝格孔结构的制造符合性光学检测方法，其特征在于，所述的步骤五中，将重构的蜂窝格孔的三维点云输入到理论蜂窝格孔三维数据的结构方程中检验符合性，若多余所设定百分比的三维点不符合理论蜂窝格孔三维数据的结构方程，则判定不合格，反之则判定为合格。
8.根据权利要求7所述的一种面向复合材料蜂窝格孔结构的制造符合性光学检测方法，其特征在于，所述的三维点云输入到理论蜂窝格孔三维数据的结构方程中检验符合性的要求是，将三维点代入结构方程中后，得到的方程等式误差小于所设定的值时，判定为符合，反之则判定为不符合。
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