[实用新型]一种基于数字散斑相关法的浮空器囊体检测系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于数字散斑相关法的浮空器囊体检测系统，适用于检测浮空器囊体表面的缺陷和漏洞，属于航空器检测技术领域。

背景技术

浮空器作为一种依靠浮力升空的飞行器，具有滞空时间长、安全性能好、效费比高等优点，在预警探测、对地观测、监控安保等领域有着广泛的应用和良好的前景。浮空器的浮力源自其囊体内装有氦气或氢气等轻质气体，囊体表面的缺陷和漏洞将会造成囊体异常的应力集中和气体泄露，极大地影响浮空器的使用寿命。这些缺陷和漏洞主要来自两个方面，一是生产过程中囊体材料本身存在的瑕疵和材料热合或胶结效果不好的情况，二是使用过程中囊体折叠、运输时出现的磨损和破裂现象。

为保证浮空器的安全运行，对浮空器囊体的性能检测是浮空器出厂试飞前和日常维护时的必要步骤。但目前没有一种囊体自动检测系统能够满足使用要求，当前对浮空器囊体的检测只能通过人工观察结合涂肥皂水的方式进行。即在外部光源的照射下，人员在囊体内部观察囊体上是否有亮点，如果有则在亮点上涂肥皂水以确定是否漏气，由此判断囊体上的缺陷和漏洞。这种方案属于定性检测，其检测结果较为粗略，同时由于囊体体型巨大，人工检测工作十分繁重。传统的贴应变片方式只能用于刚体应变测量，无法用于像浮空器囊体之类的膜结构变形检测。针对浮空器囊体的性能检测，现在尚无很好的解决方案。

光学检测是一种基于光学传播、干涉等特性和图像处理技术的无损检测方法。它包括散斑、全息、云纹、光弹等技术，适用于物体形貌、位移、应变、残余应力等检测领域。光学检测具有非接触、高灵敏度、高精度等优点，但一般对环境条件有要求。数字散斑相关法作为一种基于图像相关技术的光学检测方法，常用于检测物体形变。这种方法的核心思想是利用物体变形前后各区域特征点的相关程度确定其形变。该法对检测环境要求不高，适合现场检测。

发明内容

针对现有浮空器囊体人工检测方法检测结果粗略的不足，本实用新型提供了一套基于数字散斑相关技术的检测方案和系统。该方案能实现对浮空器囊体的整体检测，并得到定量的测量结果。基于数字散斑相关法的浮空器囊体检测系统具有无损检测、全场测量、精度高、定量化和自动化的特点。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

基于数字散斑相关法的浮空器囊体检测系统由主控平台、轨道装置、图像采集单元、加载设备和数据处理单元构成。该系统借助主控平台对轨道旋转、囊体加载、图像采集和数据处理全过程进行控制和显示，首先利用装有摄像机的轨道装置实现对浮空器囊体的整体拍摄，接着通过控制囊体上的加载设备改变囊体内外压差使囊体发生变形，然后对变形后的囊体再次进行整体拍摄，最后针对两次拍摄的图像运用数字散斑相关技术得到囊体表面的位移和应变分布，进而实现对囊体缺陷和漏洞的检测。

主控平台由控制单元和显示单元组成，它集成了轨道装置、图像采集单元、加载设备和数据处理单元四个部分的控制和显示模块。主控平台主要实现三个功能：一是设置控制参数，即根据囊体尺寸和实际需要，设定轨道旋转参数、图像采集参数、加载参数和数据处理参数；二是发出控制指令，驱使轨道装置中的电机控制器、图像采集单元中的摄像机和加载设备中的加载控制器按参数工作，使得数据处理单元依参数运算；三是显示控制过程和处理结果，给出轨道旋转位置、拍摄图像序号与囊体的对应关系以及囊体位移、应变分布图。

轨道装置由摄像机导轨、支撑框架、步进电机和电机控制器组成。摄像机导轨的形状呈流线形，与浮空器囊体表面母线同构。导轨两端与支撑框架相连，其上安装有摄像机。支撑框架连接着浮空器囊体的两端。有两种方式可以实现对囊体的整体拍摄，一种是固定囊体，旋转导轨，另一种是固定导轨，旋转囊体。导轨或囊体可借助步进电机围绕浮空器囊体的首尾连线旋转，其每次旋转角度由电机控制器决定。当导轨相对囊体旋转一周时，即完成了对囊体的整体拍摄。

图像采集单元包括摄像机、图像采集卡和存储计算机。摄像机可以是单台移动式摄像机或者固定式摄像机阵列。若摄像机导轨上是单台移动式摄像机，当导轨或囊体旋转到设定位置时，摄像机沿导轨步进移动，以完成此位置对应区域带上的拍摄。若摄像机导轨上是固定式摄像机阵列，则可一次性完成此区域带上的拍摄。针对不同尺寸的囊体，通过调节摄像机的位置、焦距和导轨的旋转角度，可以得到所需精度的拍摄图像。为了获得定量的结果，拍摄前使用游标卡尺对摄像机进行标定。在浮空器囊体变形前后，分别使用摄像机对其进行拍摄，将获得的图像经由图像采集卡存储到计算机。变形前后的图像对应编码存放，以备后续数据处理时使用。