CN113720676B - 一种飞机结构疲劳试验中内舱巡检的形变损伤检测系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及飞机结构强度全机疲劳试验领域，为一种飞机结构疲劳试验中内舱巡检的形变损伤检测系统，包括，视觉采集系统，采用3D结构光相机，用于实时采集飞机内舱结构表面图像信息并输出视觉图像信息；检测定位系统，采用无线传输方式控制动力装置带动视觉采集系统沿巡检轨道巡回运行并实时输出运行过程中的控制定位信息；数据处理系统，用于实时处理视觉采集系统采集到的高清图片；数据传输系统，采用5G模组终端，通过边缘计算将预处理的数据输出；管控系统，用于接收数据传输系统输出的数据并对各类信息进行管理并分类存储。具有实现舱内形变损伤的动态巡检、对检测信息进行高精度处理的技术效果。
Description
技术领域
本申请属于飞机结构强度全机疲劳试验领域，特别涉及一种飞机结构疲劳试验中内舱巡检的形变损伤检测系统。
背景技术
验证发现飞机设计缺陷和损伤是进行全机疲劳试验的主要目的之一，缺陷和损伤在疲劳试验动态过程中能否及时发现和确认对飞机的安全至关重要。目前全机疲劳试验的巡检模式是人工目视和无损检测，在试验动态运行过程中采用人工目视巡检，只能观察到人眼可达和可辨的缺陷和损伤，而无损检测主要是在人工目视发现问题时和固定检查周期时仍由人工进行，无法于试验动态过程实现实时检测，对于类似机舱内部由于试验中充压的原因，存在安全隐患，人工不能达到。总而言之，现有巡检模式存在较大缺点：人工巡检效率低，巡检周期长，巡检区域小且精度低，巡检无法与疲劳试验同步进行，试验运行时机舱内部巡检人员无法进入等问题。
在飞机结构表面形变巡检上，已存在使用机器视觉代替人工实现自动化巡检，一定程度上提高了巡检效率。但该类巡检多数是在飞机处于静态状态下进行的，即飞机在地面停靠，检测目标为飞机外表面结构的蒙皮鼓包等形变，检测区域相对较小，图像信息数据量较小，数据传输较慢。
而对于全机疲劳试验来说，形变损伤检测是一个伴随飞机整个飞行历程的动态巡检，随着飞机结构在不同载荷施加的作用下，结构会发生变化，随之会导致形变损伤的产生。因此，全机疲劳试验中形变检测要求具有高精度、高效率、大范围等特点，视觉采集的图像信息数据量大，要求传输速度快，保证数据与疲劳试验载荷状态对应，尤其针对飞机内舱结构，不可布置线缆，要去采用无线传输数据。
因此如何有效地对飞机内部结构形变损伤进行巡检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飞机结构疲劳试验中内舱巡检的形变损伤检测系统，以解决现有技术中无法对运动中的飞机内部结构形变损伤进行巡检的问题。
本申请的技术方案是：一种飞机结构疲劳试验中内舱巡检的形变损伤检测系统，包括，视觉采集系统，采用3D结构光相机，用于实时采集飞机内舱结构表面形变图像信息并输出视觉图像信息；检测定位系统，舱内设置巡检轨道和动力装置，采用无线传输方式控制动力装置带动视觉采集系统沿巡检轨道巡回运行并实时输出运行过程中的控制定位信息；数据处理系统，用于实时接收视觉图像信息、控制定位信息，实时处理视觉采集系统采集到的高清图片，并进行三维点云重建获取形变损伤信息；数据传输系统，采用5G模组终端，通过边缘计算将预处理的数据输出；管控系统，用于接收数据传输系统输出的数据并对各类信息进行管理并分类存储。
优选地，所述视觉采集系统采用大角度宽幅激光器，通过三维点云扫描获取飞机内舱重点部位的三维形变数据；所述数据处理系统采用深度学习算法对视觉图像信息进行三维点云重建。
优选地，3D结构光相机采集过程中同时使用与3D结构光相机视角一致的变焦高清监控相机，拍摄检测目标区域的形变损伤画面。
优选地，所述管控系统内存储有每一试验载荷状态下所对应的视觉图像标定信息，所述数据处理模块接收视觉图像信息、并同步接收疲劳试验中的试验载荷状态信息，根据在当前载荷状态调出该试验下所对应的视觉图像标定信息，通过对比视觉图像标定信息与当前状态的视觉图像信息的差异，获取形变损伤信息。
优选地，所述动力装置具有多组，所述动力装置包括小车和机械臂，所述小车沿着巡检轨道进行巡回运动，所述机械臂设于小车上并设置六自由度，所述机械臂的下端与小车连接、末端设置3D结构光相机和变焦高清监控相机，所述3D结构光相机对每个采集点至少采集三个角度图像信息。
优选地，所述管控系统内设置数据调控系统和存储系统，所述存储系统存储有每一试验载荷状态下所对应的控制定位标定信息；所述数据处理系统同步接收疲劳试验中的试验载荷状态信息，将该数据通过数据传输系统传输至管控系统，在到达每一检测点时，所述数据调控系统根据实时采集到的试验载荷信息调出该载荷下的控制定位标定信息，并根据定位标定信息调整6个关节角度的末端姿态。
优选地，所述管控系统还包括检测信息展示模块，所述检测信息展示模块整合采集到的机器视觉和仪表类数据，通过信息化中心进行集中监测和展示。
优选地，所述巡检轨道上设置光电传感器和机械触点，光电传感器或机械触点每采集到一个基准点位信息，即到达一个轨道基准检测点。
一种飞机结构疲劳试验中内舱巡检的形变损伤检测方法，包括，在飞机内舱内沿重点部位设置巡检轨道、小车、机械臂，在机械臂上设置3D结构光相机，采用无线传输控制动力装置沿巡检轨道巡回运行、控制3D结构光相机对目标区域进行多角度多目标图像的实时采集，并输出控制定位信息与形变图像信息；采用示教方式获取飞机内舱重点部位的三维形变数据，进行内舱结构的三维结构点云重建，形成标定信息；实时接收控制定位信息、形变图像信息、试验载荷状态信息，并对形变图像信息进行处理与压缩，对图像数据进行三维点云重建，实时对比相同试验载荷状态下的三维点云数据和标定数据的差异，获取形变损伤信息并输出处理信息；5G模组终端实时接收处理信息，通过边缘计算对数据进行预处理并输出；实时接收预处理数据信息，通过对应的标定信息对动力装置的位置和状态进行实时控制，并对信息进行分类存储。
一种飞机结构强度全机疲劳试验台，包括前述的形变损伤检测系统。
本申请的一种飞机结构疲劳试验中内舱巡检的形变损伤检测系统，通过在舱内设置巡检轨道、小车和机械臂，采用无线传输的方式对小车的机械臂进行控制，并采用5G传输模组对采集到的数据进行实时处理，能够实现内舱结构形变损伤的动态巡检，并能够对采集的图像进行高精度处理。
优选地，采用大角度宽幅激光器，能够全面获取检测点的图像信息，并通过深度学习算法对图像信息进行三维点云重建能够对图像进行高精度处理。
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为本申请实施例一整体系统结构示意图；
图2为本申请实施例一3D结构光相机和变焦高清监控相机的位置结构示意图；
图3为本申请实施例一整体结构示意图；
图4为本申请实施例二整体流程示意图。
1、视觉采集系统；2、检测定位系统；3、数据处理系统；4、数据传输系统；5、数据调控系统；6、存储系统；7、巡检轨道；8、小车；9、机械臂；10、3D结构光相机；11、变焦高清监控相机；12、检测信息展示模块。
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。
实施例一，一种飞机结构疲劳试验中内舱巡检的形变损伤检测系统，如图1、2、3所示，包括视觉采集系统1、检测定位系统2、数据处理系统3、数据传输系统4和管控系统。
视觉采集系统1采用3D结构光相机10，用于实时采集飞机内舱结构表面图像信息并输出视觉形变图像信息；检测定位系统2舱内设置巡检轨道7和动力装置，采用无线传输方式控制动力装置带动视觉采集系统1沿巡检轨道7巡回运行并实时采集运行过程中的控制定位信息；数据处理系统3用于实时接收视觉图像信息、控制定位信息，实时处理视觉采集到的高清图片，并进行三维点云重建获取形变损伤信息；数据传输系统4采用5G模组终端，通过边缘计算将预处理的数据输出；管控系统用于接收数据传输系统4输出的数据并对各类信息进行管理并分类存储。
通过在飞机舱内设置巡回轨道，动力装置跟随飞机的运行而运行，能够对飞机整个飞行历程进行动态巡检，具有实时性，并且首次将5G网络通讯应用到飞机结构强度试验中取代人工目视，最高检测精度可达0.4mm，传输速度可到毫秒级，能够实现对内舱动力装置的无线精准控制，从而使得即使动力装置设置在内舱内，也能够对动力装置进行实时准确定位，保证视觉采集系统1能够准确采集到所需的视觉图像信息。
动力装置在运行过程中具有多个采集点，当动力装置沿着巡回轨道运动并达到一个位置时，如果这个位置为采集点，其会输出一个控制定位信息，该控制定位信息通过数据处理系统3、数据传输系统4能够实时采集到该控制定位信息，从而控制动力装置到达该位置时即停止。动力装置能够准确的到达采集点，视觉采集系统1也就能够准确地采集到所需位置的图像，这样后续的图像处理也能就能稳定的进行。而现有技术会导致动力装置的控制定位信息有一定的延迟，无法到达准确位置，也即无法采集到准确的图像。
并且采用5G网络，能够对采集到的视觉图像信息进行实时接收并处理，从而实现高精度、低延时的形变损伤巡检，提高检测效率和安全性。
数据传输系统4通过本地数据平台对现场采集的图像进行实时处理，主要包括数据初步分析和数据压缩，采用专用5G网络传输边缘计算，实现对数据的快速处理和传输，形变图像相比裂纹损伤图像数据量小，其传输速度相对较快，传输速度可达80Mbps。
优选地，视觉采集系统1采集大角度宽幅激光器，通过三维点云扫描获取飞机内舱重点部位的三维形变数据。数据处理系统3采用深度学习算法对视觉图像信息进行三维点云重建。
大角度宽幅激光器能够实现舱内检测区域大幅宽的全面扫描，通过3D结构光相机10的拍摄，能够形成全部三维点云数据，以重点检测飞机内舱结构形变缺陷，分辨率可达到0.05mm。通过采用深度学习算法进行三维点云重建，能够将实时采集到的图像与标定图像进行精准对比，从而能够准确地获得形变损伤的位置、大小等信息。
优选地，3D结构光相机10采集过程中同时使用与3D结构光相机10视角一致的变焦高清监控相机11，拍摄检测目标区域的形变损伤画面。通过3D结构光相机10与变焦高清监控相机11相互配合，两者的图像相互对照，能够采集到采集点的更为清晰准确的图像。
优选地，形变损伤检测系统与疲劳试验系统同步运行。通过同步采集形变损伤系统和疲劳试验系统的信息，能够将视觉采集系统1采集到的信息与疲劳试验过程中的信息同步接收，从而能够将两个系统的信息进行同步对应。
管控系统内存储有每一试验载荷状态下所对应的视觉图像标定信息。疲劳试验过程中产生一个试验载荷状态信息后，将该信息发送至数据处理模块，数据处理模块接收视觉图像信息并同步接收疲劳试验中的试验载荷状态信息，数据处理模块根据当前状态载荷能够调出该试验下所对应的视觉图像标定信息，通过对比视觉图像标定信息与当前状态的视觉图像信息的差异，获取形变损伤信息。
通过两个试验系统信息相互对应的方式，能够将采集到的视觉图像信息与视觉图像标定信息一一对应，从而能够准确的获得形变损伤的位置、大小信息。
优选地，动力装置包括小车8和机械臂9，小车8沿着巡检轨道7巡回运动，机械臂9设于小车8上并设置六自由度，机械臂9的下端与小车8连接，末端设置3D结构光相机10，3D结构光相机10对每个采集点至少采集三个角度图像信息。
每个采集点所需要采集的图像不限于一组，这就需要3D结构光相机10能够进行旋转从而多角度的采集，机械臂9上的六自由度能够将3D结构光相机10保持在合适的位置进行图像的采集，并且能够带动3D结构光相机10能够以多种姿态拍摄形变损伤信息，从而准确获得多角度的图像采集信息，机械臂9的定位精度为0.05mm。
多个动力装置能够同时工作，对不同区域的图像进行采集，从而获得同一试验载荷状态下不同采集点的形变损伤特征。
优选地，管控系统包括数据调控系统5、存储系统6。存储系统6存储有每一试验载荷状态下所对应的控制定位标定信息、视觉图像标定信息，数据处理系统3同步接收疲劳试验中的试验载荷状态信息，将该数据通过数据传输系统4传输至管控系统，在到达每一个检测点时，数据调控系统5根据实时采集到的试验载荷信息调出该载荷下的控制定位标定信息，并根据定位标定信息调整留个关节调度的末端姿态。通过该设计，3D结构光相机10能够在每个检测点均能够保持在合适的位置进行图像的采集。
优选地，管控系统还包括检测信息展示模块12，检测信息展示模块12整合采集到的机器视觉和仪表类数据，通过信息化中心进行集中监测和展示。这些数据包括视觉采集系统1采集到的信息和疲劳试验系统中的数据，通过数据的直观展示，方便对整个形变损伤系统的实施监控。
优选地，巡检轨道7上设置光电传感器和机械触点，小车通过光电传感器和机械触点均能够获得基准检测点信息以进行定位，从而实现轨道基准检测点的高精度重复定位，定位精度可达0.05mm。
实施例二，作为一种具体实施方式，一种飞机结构疲劳试验中内舱巡检的形变损伤检测方法，如图4所示，包括，
步骤S100，在飞机内舱内沿重点部位设置巡检轨道7、小车8、机械臂9，在机械臂9上设置3D结构光相机10，采用无线传输控制动力装置沿巡检轨道7巡回运行、控制3D结构光相机10对目标区域进行多角度多目标图像的实时采集，并输出控制定位信息与形变图像信息；
步骤S200，采用示教方式获取飞机内舱重点部位的三维形变数据，进行内舱结构的三维结构点云重建，形成标定信息；
步骤S300，实时接收控制定位信息、形变图像信息、试验载荷状态信息，并对形变图像信息进行处理与压缩，对图像数据进行三维点云重建，实时对比相同试验载荷状态下的三维点云数据和标定数据的差异，获取形变损伤信息并输出处理信息；
步骤S400，5G模组终端实时接收处理信息，通过边缘计算对数据进行预处理并输出；
步骤S500，实时接收预处理数据信息，通过对应的标定信息对动力装置的位置和状态进行实时控制，并对信息进行分类存储。
通过该方法，能够对飞机内舱的日常巡检，实现高精度、低延时的形变损伤巡检，提升检测效率和安全性。
实施例三，作为一种具体实施方式，一种飞机强度全机疲劳试验台，包括实施例一所述的形变损伤检测系统。通过采集该系统，能够及时发现飞机疲劳试验动态过程中的问题，保证试验的安全性能，提升疲劳试验的效率。
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 (6)
1.一种飞机结构疲劳试验中内舱巡检的形变损伤检测系统，其特征在于：包括，
视觉采集系统(1)，采用3D结构光相机(10)，用于实时采集飞机内舱结构表面形变图像信息并输出视觉图像信息；
检测定位系统(2)，舱内设置巡检轨道(7)和动力装置，采用无线传输方式控制动力装置带动视觉采集系统(1)沿巡检轨道(7)巡回运行并实时输出运行过程中的控制定位信息；
数据处理系统(3)，用于实时接收视觉图像信息和控制定位信息，实时处理视觉采集系统(1)采集到的高清图片，并进行三维点云重建获取形变损伤信息；
数据传输系统(4)，采用5G模组终端，通过边缘计算将预处理的数据输出；
管控系统，用于接收数据传输系统(4)输出的数据并对各类信息进行管理并分类存储；
所述视觉采集系统(1)采用大角度宽幅激光器，通过三维点云扫描获取飞机内舱重点部位的三维形变数据；所述数据处理系统(3)采用深度学习算法对视觉图像信息进行三维点云重建；
所述管控系统内存储有每一试验载荷状态下所对应的视觉图像标定信息，所述数据处理系统(3)接收视觉图像信息，并同步接收疲劳试验中的试验载荷状态信息，根据当前载荷状态调出该试验下所对应的视觉图像标定信息，通过对比视觉图像标定信息与当前状态的视觉图像信息的差异，获取形变损伤信息；
所述动力装置具有多组，所述动力装置包括小车(8)和机械臂(9)，所述小车(8)沿着巡检轨道(7)进行巡回运动，所述机械臂(9)设于小车(8)上并设置六自由度，所述机械臂(9)的下端与小车(8)连接，且机械臂(9)的末端设置3D结构光相机(10)，所述3D结构光相机(10)对每个采集点至少采集三个角度图像信息；
所述管控系统内设置数据调控系统(5)和存储系统(6)，所述存储系统(6)存储有每一试验载荷状态下所对应的控制定位标定信息；所述数据处理系统(3)同步接收疲劳试验中的试验载荷状态信息，将该数据通过数据传输系统(4)传输至管控系统，在到达每一检测点时，所述数据调控系统(5)根据实时采集到的试验载荷信息调出该载荷下的控制定位标定信息，并根据定位标定信息调整6个关节角度的末端姿态。
2.如权利要求1所述的飞机结构疲劳试验中内舱巡检的形变损伤检测系统，其特征在于：3D结构光相机(10)采集过程中同时使用与3D结构光相机(10)视角一致的变焦高清监控相机(11)，拍摄检测目标区域的形变损伤画面。
3.如权利要求1所述的飞机结构疲劳试验中内舱巡检的形变损伤检测系统，其特征在于：所述管控系统还包括检测信息展示模块(12)，所述检测信息展示模块(12)整合采集到的机器视觉和仪表类数据，通过信息化中心进行集中监测和展示。
4.如权利要求1所述的飞机结构疲劳试验中内舱巡检的形变损伤检测系统，其特征在于：所述巡检轨道(7)上设置光电传感器和机械触点，光电传感器或机械触点每采集到一个基准点位信息，即到达一个轨道基准检测点。
5.一种飞机结构疲劳试验中内舱巡检的形变损伤检测方法，采用如权利要求1-4任一所述的形变损伤检测系统，其特征在于：包括，
在飞机内舱内沿重点部位设置巡检轨道(7)、小车(8)和机械臂(9)，在机械臂(9)上设置3D结构光相机(10)，采用无线传输控制动力装置沿巡检轨道(7)巡回运行，控制3D结构光相机(10)对目标区域进行多角度多目标图像的实时采集，并输出控制定位信息与形变图像信息；
采用示教方式获取飞机内舱重点部位的三维形变数据，进行内舱结构的三维结构点云重建，形成标定信息；
实时接收控制定位信息、形变图像信息和试验载荷状态信息，并对形变图像信息进行处理与压缩，对图像数据进行三维点云重建，实时对比相同试验载荷状态下的三维点云数据和标定数据的差异，获取形变损伤信息并输出处理信息；
5G模组终端实时接收处理信息，通过边缘计算对数据进行预处理并输出；
实时接收预处理数据信息，通过对应的标定信息对动力装置的位置和状态进行实时控制，并对信息进行分类存储。
6.一种飞机结构强度全机疲劳试验台，其特征在于：包括权利要求1-4任一所述的形变损伤检测系统。
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