CN113899745A - 多遮蔽位置航天器热控喷涂质量检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种涉及质量检测领域的多遮蔽位置航天器热控喷涂质量检测装置及方法，该装置包括相机运动平台、平台基座、设备壳体、上料平台、控制器以及图像采集平台；控制器控制连接相机运动平台和图像采集平台，在控制器的控制下，图像采集平台在相机运动平台上实现轴向的滑动，使图像采集平台对上料平台上放置的航天器结构板进行图像采集。本发明采用多自由度相机运动平台加并列多相机图像采集平台图像采集装置，可通过调节XYZ三个方向伺服直线滑台坐标，解决多尺寸、大面积航天器结构板的表面特征的完整、清晰、高效采集。

Description

多遮蔽位置航天器热控喷涂质量检测装置及方法
技术领域
本发明涉及质量检测领域，具体地，涉及多遮蔽位置航天器热控喷涂质量检测装置及方法。
背景技术
航天器为满足热控制系统需求，航天器结构板表面约70％-90％的面积最终需以涂装热控涂层的方式完成表面处理工作。由于航天器结构板表面通常广泛分布有螺纹孔、卡箍、扩热板、连接基座等结构特征，此类安装区域不需喷漆,故需在喷漆前进行遮蔽保护,喷漆结束后进行拆除遮蔽。另一方面，由于航天器单件小批量的生产特点，且结构板内需遮蔽保护特征分布数量、位置及尺寸均不确定。因此，目前针对航天器结构板喷漆环节的保护及拆保护情况以及最终喷涂质量情况的检测，仍依靠人工检测方式进行。检测过程耗时耗力，效率低，且极易受检测人员主观因素影响出现漏遮蔽或漏拆遮蔽现象，造成多余物产生或结构板损坏，甚至导致产品报废。
针对航天器结构板多尺寸(最大可达3000*3000mm)、多规格、表面特征众多的特点，人工检测耗时耗力且错误率较高，传统视觉检测方式难以适应对不同规格尺寸结构板细节特征信息的全面采集。
经现有技术专利文献检索发现，中国实用新型专利公开号为CN210155041U，公开了一种可以对物品两面的标签状态进行检测的双面标签视觉检测装置，属于视觉检测装置领域，实现双面标签的视觉检测，适合一些特殊物品的检测要求。包括第一带输送装置；位于第一带输送装置上设置有正面检测工位，该正面检测工位上设置有正面标签视觉检测装置，在正面标签视觉检测装置的上游侧设置有第一上游阻挡机构，下游侧设置有第一下游阻挡机构；正面检测工位处设置有第一横向剔除机构；位于正面标签视觉检测装置的下游设置有翻转机构；位于翻转机构的下游设置有第二带输送装置；位于第二带输送装置上设置有反面检测工位，该反面检测工位上设置有反面标签视觉检测装置，位于反面检测工位的上游侧和下游侧分别设置有第二上游阻挡机构和第二下游阻挡机构，反面检测工位处设置有第二横向剔除机构。而本发明提供了热控喷涂质量检测装置及方法，解决受检测人员主观因素影响出现漏遮蔽或漏拆遮蔽现象，造成多余物产生或结构板损坏的问题。因此，该文献与本发明所介绍的方法是属于不同的发明构思。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种多遮蔽位置航天器热控喷涂质量检测装置及方法。
根据本发明提供的一种多遮蔽位置航天器热控喷涂质量检测装置，包括相机运动平台、平台基座、设备壳体、上料平台、控制器以及图像采集平台；
设备壳体上连接有平台基座，平台基座上连接上料平台，平台基座两端滑动连接有相机运动平台，相机运动平台上滑动连接有图像采集平台，控制器连接于设备壳体侧边；
控制器控制连接相机运动平台和图像采集平台，在控制器的控制下，图像采集平台在相机运动平台上实现轴向的滑动，使图像采集平台对上料平台上放置的航天器结构板进行图像采集。
一些实施例中，相机运动平台包括X向伺服直线滑台、Y向伺服直线滑台、Z向伺服直线滑台及滑台龙门支架，Z向伺服直线滑台上的滑杆端部竖直向下；
通过控制器使图像采集平台在Z向伺服直线滑台上进行Z轴向滑动，Z向伺服直线滑台在Y向伺服直线滑台上进行Y轴向滑动，滑台龙门支架在X向伺服直线滑台上进行X轴向滑动，带动图像采集平台在X轴、Y轴以及Z轴上的滑动。
一些实施例中，图像采集平台包括图像采集相机、相机光源、测距传感器以及相机及光源支架，相机及光源支架上分别对称连接有多个图像采集相机和多个相机光源，每个相机光源上均连接有测距传感器，测距传感器对图像采集相机进行定位。
一些实施例中，图像采集相机和相机光源一一对应连接，图像采集相机的镜头轴心与相机光源的中心线重合。
一些实施例中，每个相机光源呈环状。
一些实施例中，测距传感器包括X向测距传感器、Z向测距传感器以及Y向测距传感器，X向测距传感器位于相邻两个相机光源连接处的端部，Z向测距传感器位于相邻两个相机光源连接处的底部，Y向测距传感器位于相机光源的侧边。
一些实施例中，上料平台包括托板、直线导轨、导轨滑块以及伺服传动组件，伺服传动组件的移动带动托板进行移动，使托板上的导轨滑块在直线导轨上滑动。
一些实施例中，控制器包括可旋转支架、操作键盘、工控机以及控制箱，操作键盘和工控机分别连接于控制箱上，通过操作键盘对工控机进行操作，控制箱通过可旋转支架连接于设备壳体侧壁上。
一些实施例中，工控机上设有可触屏液晶显示器及USB插口。
本发明还提供了一种多遮蔽位置航天器热控喷涂质量检测装置的方法，包括以下步骤：
S1、启动质量检测装置，系统启动检测软件并完成设备自检；
S2、将CAD设计模型导入工控机；
S3、上料平台伸出，将预检测的航天器结构板放置于上料平台上；
S4、将上料平台复位，启动图像采集相机，启动检测程序；
S5、根据图像采集平台采集的数据信息确定航天器结构板的初始位置，相机运动平台启动，将图像采集平台移至航天器结构板的上方，采集第一张图像；
S6、系统将采集图像与导入的CAD模型进行比对，判断采集图像特征是否清晰完整；
若采集图像完整，系统则自动结束图像采集流程；
若采集图像不完整，系统自动启动相机运动平台，按预设路径将图像采集相机移至下一区域进行图像采集，系统将采集来的图像进行拼接处理，以此类推，直至航天器结构板图像采集完整，系统自动退出图像采集流程；
S7、系统基于中值滤波算法，对采集来的航天器结构板图像及输入的CAD模型做对比，从而对图像进行去噪处理；利用将RGB颜色模型转换到HSV颜色模型的思想对图像进行了灰度化处理；基于兴趣点的区域自适应阈值分割算法，对大尺寸航天器结构件不同区域处特征的处理；最后，采用最小二乘拟合圆算法及最小包围多边形算法完成图像特征提取，并基于暴力匹配的思想对CAD模型特征及实物图像特征进行比对；
S8、输出匹配比对检测结果，并在工控机界面标出与原始CAD模型不符特征。
S9、通过工控机界面标识位置，确定航天器结构板的喷涂质量与存在的问题。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明采用多自由度相机运动平台加并列多相机图像采集平台图像采集装置，可通过调节XYZ三个方向伺服直线滑台坐标，解决多尺寸、大面积航天器结构板的表面特征的完整、清晰、高效采集。
2、基于本发明的图像采集装置，可通过调节Z向伺服直线滑台末端的高度，实现对航天结构板表面特征的粗采集与精采集；粗采集可提高采集效率，精采集可实现对细节特征的清晰完整采集。
3、基于本发明的检测方法可实现对设计模型与实物表面特征的自动比对，并完成错误特征标识，进而，解决对不同规格尺寸航天器结构板喷涂质量及漏遮蔽或漏拆遮蔽现象的高效、高精度自动检测。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的检测装置结构示意图；
图2为本发明的检测装置上料示意图；
图3为本发明的相机运动平台示意图；
图4为本发明的图像采集平台示意图；
图5为本发明的检测设备控制系统架构图；
图6为本发明的多遮蔽位置航天器热控喷涂质量检测方法流程图。
图中标号：
Figure BDA0003287075340000041
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
根据本发明提供的一种多遮蔽位置航天器热控喷涂质量检测装置，包括相机运动平台1、平台基座2、设备壳体3、上料平台4、控制器6以及图像采集平台7；设备壳体3上连接有平台基座2，平台基座2上连接上料平台4，平台基座2两端滑动连接有相机运动平台1，相机运动平台1上滑动连接有图像采集平台7，控制器6连接于设备壳体3侧边,设备壳体3底部装有福马轮及调平脚撑。控制器6控制连接相机运动平台1和图像采集平台7，在控制器6的控制下，图像采集平台7在相机运动平台1上实现轴向的滑动，使图像采集平台7对上料平台4上放置的航天器结构板5进行图像采集。
相机运动平台1包括X向伺服直线滑台11、Y向伺服直线滑台14、Z向伺服直线滑台13及滑台龙门支架12。X向伺服直线滑台11平行安装于平台基座2两侧，与平台基座2固定相连；Y向伺服直线滑台14安装于龙门滑台支架12横梁内部，龙门支架12两侧立柱分别与X向伺服直线滑台11的滑台滑块111相连；所述Z向伺服直线滑台13与Y向伺服直线滑台14滑块垂直方向固定连接，Z向伺服直线滑台13的滑杆131端部竖直向下。通过控制器6使图像采集平台7在Z向伺服直线滑台13上进行Z轴向滑动，Z向伺服直线滑台13在Y向伺服直线滑台14上进行Y轴向滑动，滑台龙门支架12在X向伺服直线滑台11上进行X轴向滑动，带动图像采集平台7在X轴、Y轴以及Z轴上的滑动。
平台基座2为大理石平台，基座中间开有槽道，用于安装上料平台传动组件44。平台基座2两侧开有螺纹孔，用于相机运动平台1及直线导轨41的安装固定。上料平台4包括托板42、直线导轨41、导轨滑块43以及伺服传动组件44，托板42上表面粘有柔性泡沫垫，下表面装有平行直线导轨滑块43，导轨滑块43与托板42下表面螺接，直线导轨41与平台基座2对应位置螺纹孔螺接。其中，伺服传动组件44包括伺服电机、丝杠、丝杆滑块、单机安装座，丝杠固定座，丝杆滑块螺旋连接于丝杆上，丝杆通过丝杆固定座固定连接，丝杆滑块连接于托板42的背部，伺服电机连接于单机安装座上。在伺服电机的作用下，丝杆在丝杆固定座上进行转动，从而带动丝杆滑块在丝杆上进行滑动，从而带动托板42进行移动，托板42的移动带动导轨滑块43在直线导轨41上滑动。
控制器6包括可旋转支架61、操作键盘62、工控机63以及控制箱64，操作键盘62和工控机63分别连接于控制箱64上，通过操作键盘62对工控机63进行操作，工控机63上设有可触屏液晶显示器及USB插口，便于操作及CAD模型输入。控制箱64通过可旋转支架61连接于设备壳体3侧壁上,在可旋转支架61的作用下，控制器6实现可旋转。
图像采集平台7包括图像采集相机71、相机光源72、X向测距传感器73、Z向测距传感器74、Y向测距传感器75以及相机及光源支架76，相机及光源支架76上分别对称连接有多个图像采集相机71和多个相机光源72。优选的，为提高图像采集效率，采用并排设置的两个相机光源72和两个图像采集相机71。图像采集相机71和相机光源72一一对应连接，图像采集相机71的镜头轴心与相机光源72的中心线重合，光源72与光源支架76固定相连。优选的，相机光源72呈环状，两个相机光源72并排排列。X向测距传感器73位于相邻两个相机光源72连接处的端部，Z向测距传感器74位于相邻两个相机光源72连接处的底部，Y向测距传感器75位于相机光源72的侧边。通过X向测距传感器73、Z向测距传感器74以及Y向测距传感器75测量航天器结构板5的原始位置，从而在控制器6的作用下，移动图像采集平台7，确保图像采集相机71精准采集航天器结构板5的图像。其中，X向测距传感器73、Z向测距传感器74、Y向测距传感器75可为激光测距传感器、超声波测距传感器等但不限定于某种具体测距传感器，用于实时采集图像采集平台7的底部高度及四周障碍物信息，并将采集信息反馈至中控系统，起到避障作用。
实施例2
本实施例2是在实施例1的基础上完后的，主要讲述了控制系统的组成和工作原理。具体的：
本发明检测设备的控制系统硬件组成架构图如图5，包括工控机硬件系统81、主控单元硬件系统82、相机移动平台电控系统83、CCD相机及光源硬件系统84、采集卡85等。图像采集时，现启动工控机硬件系统81，工控机硬件系统81对主控单元硬件系统82发送信息指令，主控单元硬件系统82启动相机移动平台电控系统83、CCD相机及光源硬件系统84、传感器组件等电子设备，按系统程序开始采集结构板图像信息，并实时通过主控单元硬件系统82将采集信息反馈回工控机硬件系统81，完成闭环控制。
实施例3
本发明还提供了一种多遮蔽位置航天器热控喷涂质量检测装置的方法，包括以下步骤：
1、启动质量检测装置，系统启动检测软件并完成设备自检；
2、将CAD设计模型导入工控机63；
3、上料平台2伸出，将预检测的航天器结构板5放置于上料平台2上；
4、将上料平台2复位，启动图像采集相机71，启动检测程序；
5、根据图像采集平台7采集的数据信息确定航天器结构板5的初始位置，相机运动平台1启动，将图像采集平台7移至航天器结构板5的上方，采集第一张图像；
6、系统将采集图像与导入的CAD模型进行比对，判断采集图像特征是否清晰完整；
若采集图像完整，系统则自动结束图像采集流程；
若采集图像不完整，系统自动启动相机运动平台1，按预设路径将图像采集相机71移至下一区域进行图像采集，系统将采集来的图像进行拼接处理，以此类推，直至航天器结构板5图像采集完整，系统自动退出图像采集流程；
特别地，相机移动平台1可通过调整z向直线滑台13末端高度实现对结构板图像信息的粗采集与精采集；
7、系统基于中值滤波算法，对采集来的航天器结构板5图像及输入的CAD模型做对比，从而对图像进行去噪处理；利用将RGB颜色模型转换到HSV颜色模型的思想对图像进行了灰度化处理；基于兴趣点的区域自适应阈值分割算法，对大尺寸航天器结构件不同区域处特征的处理；最后，采用最小二乘拟合圆算法及最小包围多边形算法完成图像特征提取，并基于暴力匹配的思想对CAD模型特征及实物图像特征进行比对；
8、输出匹配比对检测结果，并在工控机63界面标出与原始CAD模型不符特征。
9、通过工控机63界面标识位置，确定航天器结构板5的喷涂质量与存在的问题。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种多遮蔽位置航天器热控喷涂质量检测装置，其特征在于，包括相机运动平台(1)、平台基座(2)、设备壳体(3)、上料平台(4)、控制器(6)以及图像采集平台(7)；
所述设备壳体(3)上连接有所述平台基座(2)，所述平台基座(2)上连接所述上料平台(4)，所述平台基座(2)两端滑动连接有所述相机运动平台(1)，所述相机运动平台(1)上滑动连接有所述图像采集平台(7)，所述控制器(6)连接于所述设备壳体(3)侧边；
所述控制器(6)控制连接所述相机运动平台(1)和所述图像采集平台(7)，在所述控制器(6)的控制下，所述图像采集平台(7)在所述相机运动平台(1)上实现轴向的滑动，使所述图像采集平台(7)对所述上料平台(4)上放置的所述航天器结构板(5)进行图像采集。
2.根据权利要求1所述的多遮蔽位置航天器热控喷涂质量检测装置，其特征在于，所述相机运动平台(1)包括X向伺服直线滑台(11)、Y向伺服直线滑台(14)、Z向伺服直线滑台(13)及滑台龙门支架(12)，所述Z向伺服直线滑台(13)上的滑杆(131)端部竖直向下；
通过控制器(6)使所述图像采集平台(7)在所述Z向伺服直线滑台(13)上进行Z轴向滑动，所述Z向伺服直线滑台(13)在所述Y向伺服直线滑台(14)上进行Y轴向滑动，所述滑台龙门支架(12)在所述X向伺服直线滑台(11)上进行X轴向滑动，带动所述图像采集平台(7)在X轴、Y轴以及Z轴上的滑动。
3.根据权利要求2所述的多遮蔽位置航天器热控喷涂质量检测装置，其特征在于，所述图像采集平台(7)包括图像采集相机(71)、相机光源(72)、测距传感器以及相机及光源支架(76)，所述相机及光源支架(76)上分别对称连接有多个所述图像采集相机(71)和多个所述相机光源(72)，每个所述相机光源(72)上均连接有所述测距传感器，所述测距传感器对所述图像采集相机(71)进行定位。
4.根据权利要求3所述的多遮蔽位置航天器热控喷涂质量检测装置，其特征在于，所述图像采集相机(71)和所述相机光源(72)一一对应连接，所述图像采集相机(71)的镜头轴心与所述相机光源(72)的中心线重合。
5.根据权利要求4所述的多遮蔽位置航天器热控喷涂质量检测装置，其特征在于，每个所述相机光源(72)呈环状。
6.根据权利要求5所述的多遮蔽位置航天器热控喷涂质量检测装置，其特征在于，所述测距传感器包括X向测距传感器(73)、Z向测距传感器(74)以及Y向测距传感器(75)，所述X向测距传感器(73)位于相邻两个所述相机光源(72)连接处的端部，所述Z向测距传感器(74)位于相邻两个所述相机光源(72)连接处的底部，所述Y向测距传感器(75)位于所述相机光源(72)的侧边。
7.根据权利要求6所述的多遮蔽位置航天器热控喷涂质量检测装置，其特征在于，所述上料平台(4)包括托板(42)、直线导轨(41)、导轨滑块(43)以及伺服传动组件(44)，所述伺服传动组件(44)的移动带动所述托板(42)进行移动，使所述托板(42)上的所述导轨滑块(43)在所述直线导轨(41)上滑动。
8.根据权利要求7所述的多遮蔽位置航天器热控喷涂质量检测装置，其特征在于，所述控制器(6)包括可旋转支架(61)、操作键盘(62)、工控机(63)以及控制箱(64)，所述操作键盘(62)和所述工控机(63)分别连接于所述控制箱(64)上，通过所述操作键盘(62)对所述工控机(63)进行操作，所述控制箱(64)通过可旋转支架(61)连接于所述设备壳体(3)侧壁上。
9.根据权利要求8所述的多遮蔽位置航天器热控喷涂质量检测装置，其特征在于，所述工控机(63)上设有可触屏液晶显示器及USB插口。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的多遮蔽位置航天器热控喷涂质量检测装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、启动质量检测装置，系统启动检测软件并完成设备自检；
S2、将CAD设计模型导入所述工控机(63)；
S3、所述上料平台(2)伸出，将预检测的航天器结构板(5)放置于所述上料平台(2)上；
S4、将所述上料平台(2)复位，启动所述图像采集相机(71)，启动检测程序；
S5、根据所述图像采集平台(7)采集的数据信息确定所述航天器结构板(5)的初始位置，所述相机运动平台(1)启动，将所述图像采集平台(7)移至所述航天器结构板(5)的上方，采集第一张图像；
S6、系统将采集图像与导入的CAD模型进行比对，判断采集图像特征是否清晰完整；
若采集图像完整，系统则自动结束图像采集流程；
若采集图像不完整，系统自动启动所述相机运动平台(1)，按预设路径将所述图像采集相机(71)移至下一区域进行图像采集，系统将采集来的图像进行拼接处理，以此类推，直至所述航天器结构板(5)图像采集完整，系统自动退出图像采集流程；
S7、系统基于中值滤波算法，对采集来的所述航天器结构板(5)图像及输入的CAD模型做对比，从而对图像进行去噪处理；利用将RGB颜色模型转换到HSV颜色模型的思想对图像进行了灰度化处理；基于兴趣点的区域自适应阈值分割算法，对大尺寸航天器结构件不同区域处特征的处理；最后，采用最小二乘拟合圆算法及最小包围多边形算法完成图像特征提取，并基于暴力匹配的思想对CAD模型特征及实物图像特征进行比对；
S8、输出匹配比对检测结果，并在所述工控机(63)界面标出与原始CAD模型不符特征。
S9、通过所述工控机(63)界面标识位置，确定所述航天器结构板(5)的喷涂质量与存在的问题。
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