CN113720592A - 一种用于飞机机身筒段结构的无损检测自动化搭载平台 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及无损检测技术领域，为一种用于飞机机身筒段结构的无损检测自动化搭载平台，包括工作站、智能AGV小车、协作机械臂、Z轴提升机、无损检测装置；所述工作站与智能AGV小车、协作机械臂、Z轴提升机之间采用无线方式通讯；所述工作站内存储有各检测点的标准信息，所述标准信息包括位置信息、状态信息、故障标定信息，所述Z轴提升机设于智能AGV小车上并能够上下升降，所述协作机械臂一端设于Z轴提升机上并由工作站控制调整另一端状态，所述无损检测装置设于协作机械臂远离Z轴提升机的一端；所述智能AGV小车到达检测点后，与标准信息对应后开始进行检测。具有能够对飞机机身筒段结构自动化精准检测的技术效果。
Description
技术领域
本申请属于无损检测技术领域，特别涉及一种用于飞机机身筒段结构的无损检测自动化搭载平台。
背景技术
飞机机身筒段主要承受增压载荷和气动载荷，是飞机的主要承力部件。飞机机身筒段主要由框、长桁、蒙皮和地板梁等结构组成，各结构通过紧固件、角片和胶接等方式连接。飞机机身筒段容易在紧固件和R区产生裂纹，还会发生断钉、脱粘和分层等损伤。如果飞机机身筒段损伤不能及时发现，将会严重影响飞机安全性，甚至会造成飞机失事。因此，对飞机机身筒段进行损伤检测是保障飞机安全性的重要手段。
机身筒段包括前机身、中机身和中后机身，单通道民机机身筒段沿航向尺寸超过15m，沿翼展方向直径约为4m，以地板梁为参考平面，在高度方向尺寸约为2.5m。机身筒段无损检测具有面积大、结构细节超过上万处，且顶部部位难以接近等特点。一般，通过日常目视巡检和周期检查对机身筒段损伤检测，保障飞机安全性。以目前主要靠人力进行检测的条件下，存在检测难度大、漏检率高、检测效率低下，发现损伤时损伤程度较严重等问题。
近年来，智能无损检测技术迅猛发展，而智能无损检测技术需要搭载智能移动平台，以形成自动化无损检测系统，替代人力进行无损检测，因此利用智能无损检测技术对飞机机身筒段结构进行无损检测，能够有效节省人力，而设计满足飞机机身筒段检测要求的自动化搭载平台以实现快捷高效的自动化检测是一个需要解决的问题。
发明内容
本申请的目的是提供了一种用于飞机机身筒段结构的无损检测自动化搭载平台，以解决替代人力对机身筒段检测的自动化无损检测系统中智能移动平台问题。
本申请的技术方案是：一种用于飞机机身筒段结构的无损检测自动化搭载平台，包括工作站、智能AGV小车、协作机械臂、Z轴提升机、无损检测装置；所述工作站与智能AGV小车、协作机械臂、Z轴提升机之间采用无线方式通讯；所述工作站内存储有各检测点的标准信息，所述标准信息包括位置信息、状态信息、故障标定信息，所述Z轴提升机设于智能AGV小车上并能够上下升降，所述协作机械臂一端设于Z轴提升机上并由工作站控制调整另一端位置和角度，所述无损检测装置设于协作机械臂远离Z轴提升机的一端并能够对飞机机身筒段结构进行检测；所述智能AGV小车到达检测点后，与标准信息对应后开始进行检测。
优选地，所述智能AGV小车内设有激光导航器、里程计和陀螺仪；所述无损检测装置包括摄像机、超声探头、红外热成像仪。
优选地，所述协作机械臂为6轴机械臂，其有效工作半径为917mm；所述Z轴提升机能够沿机身筒段垂直方向升高1.2m。
优选地，所述工作站对智能AGV小车采用轨迹扫查模式和手动控制模式两种方式控制，所述轨迹扫查模式由系统自动生成检测路线规划进行检测，所述手动控制模式由人工控制智能AGV小车的移动路径。
优选地，所述智能AGV小车内设有蓄电池，所述智能AGV小车外壳上开设有与蓄电池相连的供电接口和对蓄电池进行充电的充电接口，所述协作机械臂、Z轴提升机、无损检测装置能够通过供电接口充电。
优选地，所述智能AGV小车外壳上设有LAN输出口和485通讯接口，所述智能AGV小车通过LAN输出口与Z轴提升机、协作机械臂通讯，所述智能AGV小车通过485通讯接口与工作站通讯。
一种用于飞机机身筒段结构的无损检测系统，包括，工作控制模块，用于向前端设备发出控制指令、接收前端模块发出的信息；智能移动模块，用于接收控制指令并控制智能AGV小车沿着飞机机身筒段的检测点移动、接收检测信息并向工作控制模块发送检测信息和自身信息；无损检测模块，用于对飞机机身筒段的检测点进行检测，并将检测信息发送至智能移动模块；状态调节模块，用于接收工作控制模块的指令调节Z轴提升机的上下位置、协作机械臂的各轴角度，以改变无损检测装置的空间位置和角度。
优选地，还包括障碍物避让模块，用于检测是否存在障碍物，若存在障碍物，则将障碍物信息发送至智能移动模块，智能移动模块控制智能AGV小车停止运动，等待障碍物移走；若不存在障碍物，则不发送信息，智能移动模块继续按照指令控制智能AGV小车运动。
一种用于飞机机身筒段结构的无损检测方法，包括，设定飞机机身筒段检测对象；设定检测点信息；生成自动规划检测路线；启动前端各设备，智能AGV小车按检测路线前进，无损检测装置对各检测点进行检测，并发送检测信息至工作站；工作站内控制系统判断是否完成检测，若是则进行下一步，若否，则前端各设备继续运行；控制前端各设备停止工作。
优选地，所述智能AGV小车运动过程中，还能够进行障碍物的避让，具体包括，所述智能AGV小车内传感器检测是否存在障碍物，若是，则控制智能AGV小车停止运动，等待障碍物移走；确定无障碍物，智能AGV小车继续按照控制指令工作。
本申请的一种用于飞机机身筒段结构的无损检测自动化搭载平台，通过设置各个检测点，工作站控制智能AGV小车按照设定路线依次到达各检测点处，通过调节协作机械臂的各轴角度和Z轴提升机的高度，无损检测装置在合适的位置对检测点进行检测，在一个检测点检测完成后，智能AGV小车运动并到达下一个检测点进行检测，如此反复，能够自动完成对飞机机身筒段内各检测点的有效检测。
优选地，智能AGV小车通过设置激光导航器、里程计和陀螺仪能够实现智能导航、精准定位的智能移动功能，通过设置摄像机、超声探头、红外热成像仪能够从不同方面对检测点信息进行收集，保证检测的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为本申请前端设备的整体结构示意图；
图2为本申请整体系统结构示意图；
图3为本申请整体流程结构示意图。
1、无损检测装置；2、协作机械臂；3、Z轴提升机；4、智能AGV小车；5、工作控制模块；6、智能移动模块；7、无损检测模块；8、状态调节模块；9、障碍物避让模块。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
一种用于飞机机身筒段结构的无损检测自动化搭载平台，设于机身筒段内部，能够避免外界的环境因素影响。
如图1所示，包括工作站、智能AGV小车4、协作机械臂2、Z轴提升机3、无损检测装置1，其中，工作站为终端设备，智能AGV小车4、协作机械臂2、Z轴提升机3和无损检测装置1为前端设备。
工作站内设置运动软件，控制智能AGV小车4的前进、后退和转弯，并且工作站内存储有飞机机身筒段内需要检测的各检测点的标准信息，包括位置信息、状态信息、故障标定信息等，其中故障标定信息为每个检测点在无故障时的图像信息、超声信号、红外信号等。在增加检测点时，通过向工作站内登记，实现注册，而后智能AGV小车4才能够运动到该点进行检测。
所有检测点连成环形，即智能AGV小车4在将各检测点均检测完成后，移动至起点位置能够再次循环检测，前端设备可以有多组，能够沿着既定轨迹同时对不同检测点进行检测。
Z轴提升机3通过螺栓连接于智能AGV小车4上，协作机械臂2一端螺纹连接于Z轴提升机3的一侧并由工作站控制调整另一端位置和角度，无损检测装置1设于协作机械臂2远离Z轴提升机3的一端并能够对飞机机身筒段结构进行检测。工作站与智能AGV小车4、协作机械臂2、Z轴提升机3、无损检测装置1之间采用无线方式通讯。
由于不同检测点的位置不同，前端设备按照各检测点的信息来进行检测，智能AGV小车4每到达一个检测点，即根据工作站内存储的信息调节与该检测点对应的Z轴提升机3的高度、协作机械臂2的各臂角度，无损检测装置1在该状态下工作对该检测点进行检测。同一检测点下Z轴提升机3、协作机械臂2可能需要调整多次。
在智能AGV小车4到达检测点位之后，将该位置信息传输至工作站内，工作站将该三维坐标信息与存储的标准信息确认之后，若位置信息对应，则开始检测；若位置信息不对应，则调整AGV小车的位置，直至达到标准位置。各检测点的检测信息都发送至工作站内进行处理和保存。
通过以上设计，能够对飞机机身筒段结构形成自动化的结构损伤检测，避免因技术人员能力、经验和环境条件等因素带来的检测效率低、漏检率高和损伤检测发现晚等问题，实现对机身筒段结构损伤的快速、安全可靠的检测。
优选地，智能AGV小车4内设有激光导航器、里程计和陀螺仪；无损检测装置1包括摄像机、超声探头、红外热成像仪。
激光导航器用于智能AGV小车4运动过程中的导航，里程计用于对AGV小车的里程进行记录，陀螺仪用于AGV小车的角运动检测。激光导航器、里程计和陀螺仪的信息均发送至工作站内，实现智能导航、精准定位的智能移动功能。摄像机、超声探头、红外热成像仪均与协作机械臂可拆卸连接，能够根据需要拆卸其中某一或多个部件替换相应部件。
优选地，协作机械臂2为6轴机械臂，其有效工作半径为917mm，Z轴提升机3能够沿机身筒段垂直方向升高1.2m。可调空间大，对不同检测点均能够找到合适的位置和角度来进行检测。工作站通过智能AGV小车4可实现规划路径扫查和定点扫查，协作机械臂2和Z轴提升机3相配合，最大高度达到2.5m，最大旋转角度±180°，可以覆盖飞机机身筒段结构面积大、剖面尺寸大、重复结构多和结构细节多的无损检测特点；且强度高，可以在增压条件下搭载无损检测设备，进行无损检测工作，解决飞机机身筒段结构自动化和智能化检测系统中智能检测技术搭载平台问题。
优选地，工作站对智能AGV小车4采用轨迹扫查模式和手动控制模式两种方式控制、轨迹扫查模式首先设置待扫查对象，系统生成自动检测路线规划，并进行检测；手动控制模式由人工控制系统实现前进、后退、转弯等动作。通过设置两种模式，工作人员能够自由的选择控制方式对智能AGV小车4进行控制。
优选地，智能AGV小车4内设有蓄电池，智能AGV小车4外壳上开设有与蓄电池相连的供电接口和对蓄电池进行充电的充电接口，协作机械臂2、Z轴提升机3、无损检测装置1能够通过供电接口充电。通过设置充电接口来提高前端设备运行的时间。
优选地，智能AGV小车4外壳上设有LAN输出口和485通讯接口，智能AGV小车4通过LAN输出口与Z轴提升机3、协作机械臂2通讯，无损检测装置1与工作站直接通讯，智能AGV小车4通过485通讯接口与工作站通讯。485通讯采用差分传输方式，具有通讯距离远、信号稳定的特点，满足智能AGV小车4与工作站之间传输的需要。智能AGV小车4通过设置LAN输出口和485通讯接口，在进行运动的同时，作为中转站进行控制的接收与发送、检测信息的接收与发送。
智能AGV小车4向工作站传输的信息包括线速度、角速度和电池信息等，智能AGV小车4具有声光状态提升功能，反应智能AGV小车4当前状态。同时，智能AGV小车4内还设有传感器，能够感应智能AGV小车4前方是否由障碍物，在发现障碍物时，将信号发送至智能AGV小车4，智能AGV小车4停止，等待工作人员移走障碍物后智能AGV小车4继续按照既定轨道运动。
具体检测过程如下：工作站先控制前端设备试运行，并存储检测对象和各检测点的信息，实际检测时，工作站先生成自动规划检测路线，而后控制智能AGV小车4工作，智能AGV小车4按照自动规划检测路线移动，移动过程中也可以切换到手动控制模块，有工作人员控制智能AGV小车4实现前进、后退及转弯。
智能AGV小车4移动过程中，如遇到障碍物，则发出声光提示信息，提示工作人员移走障碍物，障碍物移走后，智能AGV小车4继续按照指令运动，直至到达检测点，智能AGV小车4将自身的三维坐标信息发送至工作站，工作站确定智能AGV小车4准确到达检测点后，控制智能AGV小车4停止工作，否则对智能AGV小车4的位置进行相应的调整后停止。
工作站根据存储的各检测点信息确定Z轴提升机3的高度和协作机械臂2的各轴角度，无损检测装置1到达合适的位置和角度对该检测点的第一个检测位置进行检测，通过拍摄结构图像、超声信号和红外信号获得该位置的信息，将该信息发送至工作站，Z轴提升机3、协作机械臂2和智能AGV小车4自身信息通过智能AGV小车4发动至工作站；工作站接收信息后与标准信息比对，确定该位置是否异常；而后改变Z轴提升机3的高度和协作机械臂2的各轴角度，再检测第二个检测位置，将检测信息发送至工作站；在该检测点的所有检测位置检测完成后，智能AGV小车4运动至下一个检测点。如此往复，在所有的检测点均完成后，智能AGV小车4回到起点。
作为一种具体实施方式，还包括一种用于机身筒段结构的无损检测系统，如图2所示，包括工作控制模块5、智能移动模块6、无损检测模块7、状态调节模块8。
工作控制模块5用于向前端设置发出控制指令、接收前端设备发出的信息；智能移动模块6，用于接收控制指令并控制智能AGV小车4沿着飞机机身筒段的检测点移动、接收检测信息并向工作控制模块5发送检测信息和自身信息；无损检测模块7，用于对飞机机身筒段的检测点进行检测，并将检测信息发送至智能移动模块6；状态调节模块8，用于接收工作控制模块5的指令调节Z轴提升机3的上下位置、协作机械臂2的各轴角度，以改变无损检测装置1的空间位置和角度。
工作控制模块5发出指令后，控制智能移动模块6移动，在智能移动模块6发出信息后，在移动到一个检测点后，状态调节模块8按照工作站内存储的标准信息调节Z轴提升机3的上下位置、协作机械臂2的各轴角度，保证无损检测装置1能够在合适的位置检测，而后无损检测模块7控制无损检测装置1工作，对检测点进行检测，并将检测信息发送至智能AGV小车4，智能AGV小车4将检测信息和智能AGV小车4的信息发送至工作控制模块5；该检测点检测完成后，智能AGV小车4向下一个检测点移动，直至所有的检测点检测完成，智能AGV小车4回到起点。
优选地，还包括障碍物避让模块9，用于检测是否存在障碍物，若存在障碍物，则将障碍物信息发送至智能移动模块6，智能移动模块6控制智能AGV小车4停止运动，等待障碍物移走；若不存在障碍物，则不发送信息，智能移动模块6继续按照指令控制智能AGV小车4运动。通过设置障碍物避让模块9，能够避免发生意外而对检测结果造成影响。
作为一种具体实施方式，还包括一种用于飞机机身筒段结构的无损检测方法，如图3所示，包括，
步骤S100，设定飞机机身筒段检测对象；
步骤S200，设定检测点信息；
步骤S300，生成自动规划检测路线；
步骤S400，启动前端各设备，智能AGV小车4按检测路线前进，无损检测装置1对各检测点进行检测，并发送检测信息至工作站；
步骤S500，工作站内控制系统判断是否完成检测，若是则进行下一步，若否，则前端各设备继续运行；
步骤S600，控制前端各设备停止工作。
通过按照设定的步骤S100-S600运行，能够对飞机机身筒段结构自动精准监测。
优选地，智能AGV小车4运动过程中，还能够进行障碍物的避让，具体包括，
步骤S410，智能AGV小车4内传感器检测是否存在障碍物，若是，则控制智能AGV小车4停止运动，等待障碍物移走；
步骤S420，确定无障碍物，智能AGV小车4继续按照控制指令工作。
通过步骤S410-S420，能够避免意外对检测结果的影响。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种用于飞机机身筒段结构的无损检测自动化搭载平台，其特征在于：包括工作站、智能AGV小车(4)、协作机械臂(2)、Z轴提升机(3)、无损检测装置(1)；
所述工作站与智能AGV小车(4)、协作机械臂(2)、Z轴提升机(3)之间采用无线方式通讯；所述工作站内存储有各检测点的标准信息，所述标准信息包括位置信息、状态信息、故障标定信息，所述Z轴提升机(3)设于智能AGV小车(4)上并能够上下升降，所述协作机械臂(2)一端设于Z轴提升机(3)上并由工作站控制调整另一端位置和角度，所述无损检测装置(1)设于协作机械臂(2)远离Z轴提升机(3)的一端并能够对飞机机身筒段结构进行检测；
所述智能AGV小车(4)到达检测点后，与标准信息对应后开始进行检测。
2.如权利要求1所述的用于飞机机身筒段结构的无损检测自动化搭载平台，其特征在于：所述智能AGV小车(4)内设有激光导航器、里程计和陀螺仪；所述无损检测装置(1)包括摄像机、超声探头、红外热成像仪。
3.如权利要求1所述的用于飞机机身筒段结构的无损检测自动化搭载平台，其特征在于：所述协作机械臂(2)为6轴机械臂，其有效工作半径为917mm；所述Z轴提升机(3)能够沿机身筒段垂直方向升高1.2m。
4.如权利要求1所述的用于飞机机身筒段结构的无损检测自动化搭载平台，其特征在于：所述工作站对智能AGV小车(4)采用轨迹扫查模式和手动控制模式两种方式控制，所述轨迹扫查模式由系统自动生成检测路线规划进行检测，所述手动控制模式由人工控制智能AGV小车(4)的移动路径。
5.如权利要求1所述的用于飞机机身筒段结构的无损检测自动化搭载平台，其特征在于：所述智能AGV小车(4)内设有蓄电池，所述智能AGV小车(4)外壳上开设有与蓄电池相连的供电接口和对蓄电池进行充电的充电接口，所述协作机械臂(2)、Z轴提升机(3)、无损检测装置(1)能够通过供电接口充电。
6.如权利要求1所述的用于飞机机身筒段结构的无损检测自动化搭载平台，其特征在于：所述智能AGV小车(4)外壳上设有LAN输出口和485通讯接口，所述智能AGV小车(4)通过LAN输出口与Z轴提升机(3)、协作机械臂(2)通讯，所述智能AGV小车(4)通过485通讯接口与工作站通讯。
7.一种用于飞机机身筒段结构的无损检测系统，其特征在于：包括，
工作控制模块(5)，用于向前端设备发出控制指令、接收前端模块发出的信息；
智能移动模块(6)，用于接收控制指令并控制智能AGV小车(4)沿着飞机机身筒段的检测点移动、接收检测信息并向工作控制模块(5)发送检测信息和自身信息；
无损检测模块(7)，用于对飞机机身筒段的检测点进行检测，并将检测信息发送至智能移动模块(6)；
状态调节模块(8)，用于接收工作控制模块(5)的指令调节Z轴提升机(3)的上下位置、协作机械臂(2)的各轴角度，以改变无损检测装置(1)的空间位置和角度。
8.如权利要求7所述的用于飞机机身筒段结构的无损检测自动化搭载平台，其特征在于：还包括障碍物避让模块(9)，用于检测是否存在障碍物，若存在障碍物，则将障碍物信息发送至智能移动模块(6)，智能移动模块(6)控制智能AGV小车(4)停止运动，等待障碍物移走；若不存在障碍物，则不发送信息，智能移动模块(6)继续按照指令控制智能AGV小车(4)运动。
9.一种用于飞机机身筒段结构的无损检测方法，其特征在于：包括，
设定飞机机身筒段检测对象；
设定检测点信息；
生成自动规划检测路线；
启动前端各设备，智能AGV小车(4)按检测路线前进，无损检测装置(1)对各检测点进行检测，并发送检测信息至工作站；
工作站内控制系统判断是否完成检测，若是则进行下一步，若否，则前端各设备继续运行；
控制前端各设备停止工作。
10.如权利要求9所述的用于飞机机身筒段结构的无损检测自动化搭载平台，其特征在于：所述智能AGV小车(4)运动过程中，还能够进行障碍物的避让，具体包括，
所述智能AGV小车(4)内传感器检测是否存在障碍物，若是，则控制智能AGV小车(4)停止运动，等待障碍物移走；
确定无障碍物，智能AGV小车(4)继续按照控制指令工作。
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