CN114384090B - 一种强度试验中机身筒段损伤检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于损伤检测技术领域，具体涉及一种强度试验中机身筒段损伤检测装置及检测方法。包括水平金属环形轨道、地板检测单元、半圆形框架、柱形可移动滑轨、滑轨驱动单元、机身壁板检测单元、控制终端模块；通过采取本发明的技术方案，可以在试验加载过程中对不同部位进行移动扫查和持续监控，及时获取不同细节结构部位的状态，可以及早发现损伤，提高检测的可靠度，同时该装置可以在筒段内进行周向环绕和周向移动以及转动，达到不同的检测细节部位，不用人工进行检测，减少了人工的工作量，提升检测效率。

Description

一种强度试验中机身筒段损伤检测装置及检测方法

技术领域

本发明属于损伤检测技术领域，具体涉及一种强度试验中机身筒段损伤检测装置及检测方法。

背景技术

飞机在首飞前要进行全机静力试验和大量的大部件试验，首飞后要进行全机疲劳试验。在结构试验中及时发现设计中的问题非常重要，损伤检测是大部件和全机结构试验中的核心技术，结构损伤原位检测全机结构损伤检测的重要手段。目前，在飞机大部件和全机结构疲劳强度试验过程中，机身筒段的检测占有很大一部分，目前主要依赖于人工目视检测。机身筒段的检测，检测范围大、结构细节多、经验判断为主，导致结构试验中损伤检测效率低；人工检测主要依靠目视，使用放大镜、手电筒及反光镜等常规工具，技术手段落后；以人工目视为主的检测，容易出现对结构损伤的漏检或发现不及时，造成结构非预期破坏，导致较长的维修时间，导致型号研制周期增加。所以，改变飞机结构试验损伤检测技术现状具有重要意义。

利用人工目视检测手段进行飞机结构原位损伤检测存在三个方面的问题：1)风险大，试验过程中存在大载荷、大变形等情况，有时需要高空检测作业，存在一定的危险性；2)检测效率低，机身筒段需要检测的面积大，包括上下壁板、地板等的部位，需要检测的细节多，包括长桁、框、蒙皮以及连接结构等多种细节，人工目视检测对于大面积多细节的检测无法长时间持续不断检测，效率低下；3)实时性差，人工目视检测无法实现在线检测，需要在试验卸载和停止后进行，发现裂纹时其尺寸往往超出预期，不能够保证检测出的损伤在可控尺度。人工目视检测存在的不足是型号研制过程中的重要影响因素之一，急需解决。

发明内容

本发明的目的：针对飞机结构机身筒段强度试验过程中人工目视原位损伤检测风险大、检测效率低、实时性差等严重影响型号研制周期的技术瓶颈问题，提出一种强度试验中机身筒段损伤检测装置及检测方法，建立自动化检测轨道和机械臂装置，实现在不停机状态下对机身筒段内部大范围的基于视觉的自动化原位检测，可以覆盖机身地板和上部筒段所有的检测范围，同时占用的位置空间不大，满足检测要求，初步解决飞机结构强度试验中人目视工检测的技术难题，提升型号试验原位损伤检测技术能力。

本发明的技术方案：为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提出一种强度试验中机身筒段损伤检测装置，包括水平金属环形轨道、地板检测单元、半圆形框架、柱形可移动滑轨、滑轨驱动单元、机身壁板检测单元、控制终端模块；

所述水平金属环形轨道固定于机身筒段地板上，所述地板检测单元与所述水平金属环形轨道滑动配合连接；两个所述半圆形框架分别同轴竖直设置于机身筒段前后两端，与机身筒段地板固定连接，两个所述半圆形框架的半圆周上均开设有相同的弧形轨道槽，所述弧形轨道槽上间隔开设有多个定位孔；所述柱形可移动滑轨沿机身筒段长桁方向布置，其两端分别与两个所述半圆形框架上的弧形轨道槽配合滑动连接，所述滑轨驱动单元设置于所述柱形可移动滑轨两端，用于驱动所述柱形可移动滑轨沿弧形轨道槽滑动，当滑动至定位孔位置时实现定位；所述机身壁板检测单元与所述柱形可移动滑轨滑动配合连接；所述控制终端模块与所述地板检测单元、滑轨驱动单元、机身壁板检测单元通讯连接。

优选的，所述定位孔的开设位置根据机身筒段的长桁布置位置对应确定。

在一个可能的实施例中，所述地板检测单元包括第一可转动小型机械装置，第一图像采集装置，第一驱动电机；所述第一可转动小型机械装置一端与所述水平金属环形轨道滑动配合连接，另一端为自由端，连接有所述第一图像采集装置；所述第一驱动电机固定于所述第一可转动小型机械装置上，用于根据从所述控制终端模块接收的任务指令驱动所述地板检测单元滑动，以及驱动所述第一可转动小型机械装置运动。

在一个可能的实施例中，所述机身壁板检测单元包括第二可转动小型机械装置，第二图像采集装置，第二驱动电机；所述第二可转动小型机械装置一端与所述柱形可移动滑轨滑动配合连接，另一端为自由端，连接有所述第二图像采集装置；所述第二驱动电机固定于所述第二可转动小型机械装置上，用于根据从所述控制终端模块接收的任务指令驱动机身壁板检测单元在所述柱形可移动滑轨上滑动，以及驱动所述第二可转动小型机械装置运动。

在一个可能的实施例中，所述第一可转动小型机械装置、第二可转动小型机械装置包括多段相互转动连接的机械臂，可分别带动所述第一图像采集装置、第二图像采集装置进行同一平面内的180度范围的转动。

在一个可能的实施例中，所述第一图像采集装置、第二图像采集装置选用基于CCD的图像采集装置，尺寸较小，可集成度较高。

根据本发明的第二方面，提出一种强度试验中机身筒段损伤检测方法，采用上述一种强度试验中机身筒段损伤检测装置，包括如下步骤：

步骤1：进行机身筒段地板的检测，所述控制终端模块控制所述地板检测单元在所述水平金属环形轨道上进行移动，并且控制所述地板检测单元中的所述第一可转动小型机械装置转动，第一图像采集装置实时进行图像采集，实现对机身筒段地板不同位置图像获取，并发送回所述控制终端模块；

步骤2：进行机身筒段机身壁板检测，所述控制终端模块控制所述滑轨驱动单元驱动所述柱形可移动滑轨沿所述半圆形框架上的弧形轨道槽周向运动，并在所述弧形轨道槽上的定位孔处定位，以实现带动位于所述柱形可移动滑轨上的机身壁板检测单元到达机身壁板各长桁或机身框架；

步骤3：当所述柱形可移动滑轨到达某一定位位置后，所述控制终端模块控制控制所述机身壁板检测单元沿着所述柱形可移动滑轨做轴向的往复的直线运动，可以达到同一长桁的不同位置或不同编号机身框架的检测位置，并且控制所述第二可转动小型机械装置转动，第二图像采集装置实时进行图像采集，实现对机身壁板结构轴向范围不同位置图像获取，并发送回所述控制终端模块；

步骤4：所述控制终端模块对于所述步骤1、步骤3获取的图像，首先进行图像预处理；然后提取图像特征，识别是否存在基于视觉的损伤；如果存在基于视觉的损伤，再对损伤进行定位和测量。

在一个可能的实施例中，在所述步骤4中，所述图像预处理包括图像去噪和图像增强处理。

在一个可能的实施例中，在所述步骤4中，所述图像特征提取包括二值化、形态分析和轮廓边缘提取，根据图像特征提取结果判断是否存在基于视觉的损伤。

在一个可能的实施例中，在所述步骤4中，对损伤进行定位和测量，具体包括如下步骤：结合轨道运动轨迹，获取图像中损伤的位置；结合所述所述第一图像采集装置、第二图像采集装置的图像标定信息，获取图像中损伤的尺寸，实现对机身筒段结构不同位置基于视觉系统的状态监控和损伤检测。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

通过采取本发明的技术方案，可以在试验加载过程中对不同部位进行移动扫查和持续监控，及时获取不同细节结构部位的状态，可以及早发现损伤，提高检测的可靠度，同时该装置可以在筒段内进行周向环绕和周向移动以及转动，达到不同的检测细节部位，不用人工进行检测，减少了人工的工作量，提升检测效率。

附图说明

图1为本发明优选实施例的一种强度试验中机身筒段损伤检测装置整体装配图

图2为本发明优选实施例的一种强度试验中机身筒段损伤检测装置正视图

图3为本发明优选实施例的一种强度试验中机身筒段损伤检测装置侧视图

具体实施方式

为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。

根据本发明的第一方面，提出一种强度试验中机身筒段损伤检测装置，如图1所示，包括水平金属环形轨道1、地板检测单元100、半圆形框架2、柱形可移动滑轨3、滑轨驱动单元300、机身壁板检测单元200、控制终端模块400；

所述水平金属环形轨道1固定于机身筒段地板上，所述地板检测单元100与所述水平金属环形轨道1滑动配合连接；两个所述半圆形框架2分别同轴竖直设置于机身筒段前后两端，与机身筒段地板固定连接，两个所述半圆形框架2的半圆周上均开设有相同的弧形轨道槽2-1，所述弧形轨道槽上间隔开设有多个定位孔2-2；所述柱形可移动滑轨3沿机身筒段长桁方向布置，其两端分别与两个所述半圆形框架2上的弧形轨道槽2-1配合滑动连接，所述滑轨驱动单元300设置于所述柱形可移动滑轨3两端，用于驱动所述柱形可移动滑轨3沿弧形轨道槽滑动，当滑动至定位孔2-2位置时实现定位；所述机身壁板检测单元200与所述柱形可移动滑轨3滑动配合连接；所述控制终端模块400与所述地板检测单元100、滑轨驱动单元300、机身壁板检测单元200通讯连接。

所述定位孔2-2的开设位置根据机身筒段的长桁布置位置对应确定。

在一个可能的实施例中，如图2所示，所述地板检测单元100包括第一可转动小型机械装置4，第一图像采集装置5，第一驱动电机6；所述第一可转动小型机械装置4一端与所述水平金属环形轨道1滑动配合连接，另一端为自由端，连接有所述第一图像采集装置5；所述第一驱动电机6固定于所述第一可转动小型机械装置4上，用于根据从所述控制终端模块400接收的任务指令驱动所述地板检测单元滑动100，以及驱动所述第一可转动小型机械装置4运动。

在一个可能的实施例中，如图2所示，所述机身壁板检测单元200包括第二可转动小型机械装置7，第二图像采集装置8，第二驱动电机9；所述第二可转动小型机械装置7一端与所述柱形可移动滑轨3滑动配合连接，另一端为自由端，连接有所述第二图像采集装置8；所述第二驱动电机9固定于所述第二可转动小型机械装置7上，用于根据从所述控制终端模块400接收的任务指令驱动机身壁板检测单元200在所述柱形可移动滑轨3上滑动，以及驱动所述第二可转动小型机械装置7运动。

在一个可能的实施例中，如图3所示，所述滑轨驱动单元300包括分别设置于所述柱形可移动滑轨3下部两端的第一滑轨驱动电机10，第二滑轨驱动电机11。

在一个可能的实施例中，所述第一可转动小型机械装置4、第二可转动小型机械装置7包括多段相互转动连接的机械臂，可分别带动所述第一图像采集装置5、第二图像采集装置8进行同一平面内的180度范围的转动。

在一个可能的实施例中，所述第一图像采集装置5、第二图像采集装置8选用基于CCD的图像采集装置，尺寸较小，可集成度较高。

根据本发明的第二方面，提出一种强度试验中机身筒段损伤检测方法，采用上述一种强度试验中机身筒段损伤检测装置，包括如下步骤：

步骤1：在机身筒段的地板上固定水平金属环形轨道1，水平金属环形轨道上制作环形凹槽轨道，形成水平金属环形轨道1放置地板检测单元100；对于机身筒段地板的检测，所述控制终端模块400控制所述地板检测单元100在所述水平金属环形轨道1上进行移动，并且控制所述地板检测单元100中的所述第一可转动小型机械装置4转动，第一图像采集装置5实时进行图像采集，实现对机身筒段地板不同位置图像获取，并发送回所述控制终端模块400；

步骤2：将两个半圆形框架2和水平金属环形轨道1固定连接在一起，第二可转动小型机械装置7为小型的多自由度机械装置，可以进行180度范围的转动，具有较轻的质量，只需要满足可以进行转动驱动所需的配套装置即可。通过第一滑轨驱动电机10，第二滑轨驱动电机11的驱动，第二可转动小型机械装置7随着柱形可移动滑轨3周向运动，到达同一框的不同细节部位或不同长桁的细节部位，实现壁板上部分结构周向范围的检测区域的覆盖，达到指定位置后，可第二可转动小型机械装置7可进行180范围的转动，结合第二图像采集装置8可实现检测长桁和框的两侧的细节部位。

步骤3：当柱形可移动滑轨3到达某一固定位置后，配备了第二驱动电机9的第二可转动小型机械装置7可沿着柱形可移动滑轨3做轴向的运动，进行往复的直线运动，可以达到同一长桁的不同位置或不同编号框的检测位置，第二可转动小型机械装置7可进行180范围的转动，结合第二图像采集装置8实现壁板结构轴向范围内的检测。柱形可移动滑轨3为凹槽性金属结构，凹槽结构可以保证可转动机械装置沿着机身筒段进行轴向运动。半圆形轨道装置2主要是为了和机身的筒段的形状进行匹配，占用较小的空间，同时可以接近机身壁板的各个部位。

步骤4：第二图像采集装置8是基于CCD的图像采集装置，尺寸较小，可集成度较高，固定在第二可转动小型机械装置7的顶部，可以随着第二可转动小型机械装置7到达机身壁板的长桁和框的两侧，并根据检测方案需求进行180度范围内的转动，观察到细节部位。强度试验中机身筒段的损伤主要出现在长桁或框的边缘处以及连接处，需要对这些细节部位进行重点关注。第二图像采集装置8随着第二可转动小型机械装置7一起运动，可进行转动对细节部位进行拍照观测，获取损伤图像，当到达结构边缘以及连接位置处需要进行慢速移动扫查，以提高图像的质量和精度。如果在扫查过程中发现损伤或异常，需要停止进行详细的拍照进而获取高质量的图像，以便后期图像处理。

步骤5：对于获取的图像，首先进行图像预处理，包括图像去噪和图像增强处理，然后进行提取图像特征，主要包括二值化、形态分析和轮廓边缘提取，完成对图像的处理后查看是否含有损伤，基于图像处理并结合轨道运动轨迹以及图像采集系统的标定，获取图像中损伤的位置和尺寸，实现对机身筒段结构不同位置基于视觉系统的状态监控和损伤检测。

Claims (9)

1.一种强度试验中机身筒段损伤检测装置，其特征在于，包括水平金属环形轨道、地板检测单元、半圆形框架、柱形可移动滑轨、滑轨驱动单元、机身壁板检测单元、控制终端模块；所述水平金属环形轨道固定于机身筒段地板上，所述地板检测单元与所述水平金属环形轨道滑动配合连接；两个所述半圆形框架分别同轴竖直设置于机身筒段前后两端，与机身筒段地板固定连接，两个所述半圆形框架的半圆周上均开设有相同的弧形轨道槽，所述弧形轨道槽上间隔开设有多个定位孔；所述柱形可移动滑轨沿机身筒段长桁方向布置，其两端分别与两个所述半圆形框架上的弧形轨道槽配合滑动连接，所述滑轨驱动单元设置于所述柱形可移动滑轨两端，用于驱动所述柱形可移动滑轨沿弧形轨道槽滑动，当滑动至定位孔位置时实现定位；所述机身壁板检测单元与所述柱形可移动滑轨滑动配合连接；所述控制终端模块与所述地板检测单元、滑轨驱动单元、机身壁板检测单元通讯连接。

2.根据权利要求1所述的一种强度试验中机身筒段损伤检测装置，其特征在于，所述地板检测单元包括第一可转动小型机械装置，第一图像采集装置，第一驱动电机；所述第一可转动小型机械装置一端与所述水平金属环形轨道滑动配合连接，另一端为自由端，连接有所述第一图像采集装置；所述第一驱动电机固定于所述第一可转动小型机械装置上，用于根据从所述控制终端模块接收的任务指令驱动所述地板检测单元滑动，以及驱动所述第一可转动小型机械装置运动。

3.根据权利要求2所述的一种强度试验中机身筒段损伤检测装置，其特征在于，所述机身壁板检测单元包括第二可转动小型机械装置，第二图像采集装置，第二驱动电机；所述第二可转动小型机械装置一端与所述柱形可移动滑轨滑动配合连接，另一端为自由端，连接有所述第二图像采集装置；所述第二驱动电机固定于所述第二可转动小型机械装置上，用于根据从所述控制终端模块接收的任务指令驱动机身壁板检测单元在所述柱形可移动滑轨上滑动，以及驱动所述第二可转动小型机械装置运动。

4.根据权利要求3所述的一种强度试验中机身筒段损伤检测装置，其特征在于，所述第一可转动小型机械装置、第二可转动小型机械装置包括多段相互转动连接的机械臂，可分别带动所述第一图像采集装置、第二图像采集装置进行同一平面内的180度范围的转动。

5.根据权利要求3所述的一种强度试验中机身筒段损伤检测装置，其特征在于，所述第一图像采集装置、第二图像采集装置选用基于CCD的图像采集装置。

6.一种强度试验中机身筒段损伤检测方法，采用权利要求1-5任意一项所述一种强度试验中机身筒段损伤检测装置，包括如下步骤：

步骤1：进行机身筒段地板的检测，所述控制终端模块控制所述地板检测单元在所述水平金属环形轨道上进行移动，并且控制所述地板检测单元中的第一可转动小型机械装置转动，第一图像采集装置实时进行图像采集，实现对机身筒段地板不同位置图像获取，并发送回所述控制终端模块；

步骤2：进行机身筒段机身壁板检测，所述控制终端模块控制所述滑轨驱动单元驱动所述柱形可移动滑轨沿所述半圆形框架上的弧形轨道槽周向运动，并在所述弧形轨道槽上的定位孔处定位，以实现带动位于所述柱形可移动滑轨上的机身壁板检测单元到达机身壁板各长桁或机身框架；

步骤3：当所述柱形可移动滑轨到达某一定位位置后，所述控制终端模块控制所述机身壁板检测单元沿着所述柱形可移动滑轨做轴向的往复的直线运动，可以达到同一长桁的不同位置或不同编号机身框架的检测位置，并且控制机身壁板检测单元的第二可转动小型机械装置转动，第二图像采集装置实时进行图像采集，实现对机身壁板结构轴向范围不同位置图像获取，并发送回所述控制终端模块；

步骤4：所述控制终端模块对于所述步骤1、步骤3获取的图像，首先进行图像预处理；然后提取图像特征，识别是否存在基于视觉的损伤；如果存在基于视觉的损伤，再对损伤进行定位和测量。

7.根据权利要求6所述的一种强度试验中机身筒段损伤检测方法，其特征在于，在所述步骤4中，所述图像预处理包括图像去噪和图像增强处理。

8.根据权利要求7所述的一种强度试验中机身筒段损伤检测方法，其特征在于，在所述步骤4中，所述图像特征提取包括二值化、形态分析和轮廓边缘提取，根据图像特征提取结果判断是否存在基于视觉的损伤。

9.根据权利要求8所述的一种强度试验中机身筒段损伤检测方法，其特征在于，在所述步骤4中，对损伤进行定位和测量，具体包括如下步骤：结合轨道运动轨迹，获取图像中损伤的位置；结合所述所述第一图像采集装置、第二图像采集装置的图像标定信息，获取图像中损伤的尺寸，实现对机身筒段结构不同位置基于视觉系统的状态监控和损伤检测。