[发明专利]一种基于3D数据的飞行器表面制造质量检测方法

说明书

本发明涉及一种基于3D数据的飞行器表面制造质量检测方法，包括：向飞行器表面蒙皮投射一系列正弦条纹；左右相机采集经表面调制后的条纹图像；对条纹图像进行相位展开；根据相位和对极几何约束进行左右图像匹配；重建飞行器表面的三维点云模型；提取铆钉兴趣区域，根据图像区域与三维模型对应关系，在点云模型中对铆钉进行定位；采用曲面拟合方法获得铆钉的飞行器表面基准构形；计算铆钉的点到基准构形的距离，获得铆钉凹凸的铆钉兴趣区域；进行伪彩色图像编码并投影到飞行器表面，形成直观结果。本发明可实现铆钉兴趣区域深度信息的检测，鲁棒性强，精度高，可以给出量化、直观检测结果，提供了一种适用于飞行器表面铆钉兴趣区域的新途径。

技术领域

本发明涉及自动化检测领域，具体地说是一种基于3D数据的飞行器表面制造质量检测方法。

背景技术

飞行器的表面是包围在机翼骨架外围的蒙皮构件，用铆钉固定于骨架上，形成机翼的气动力外形，其表面质量对飞行器的气动特性、飞行安全性、飞行成本以及隐身性能等都具有重大影响。出厂交付前，需要对其表面质量进行严格检测，主要检测内容包括铆钉凹凸等铆钉兴趣区域。由于飞行器属于高价值产品，其设计和制造精确较高，上述铆钉兴趣区域的深度误差通常要求控制在几十微米左右。

目前，国内航空企业主要是借助检测塞尺、样板、模胎、专用检验工装、量具以及人工观测等手段对蒙皮表面质量进行检测。这种方法的精度难以保证、可重复性差、效率低，严重制约了飞行器的出厂交付周期，已不能满足飞行器数字化快速制造的需求。目前，工业中出现了许多无损检测方法，比如射线检测、超声波检测、渗透检测、机器视觉检测、激光全息检测以及红外检测等方法。其中，机器视觉检测方法由于具有效率高、重复性好、客观性强等优势，在表面铆钉兴趣区域检测领域得到了深入发展和广泛应用。但这类方法处理和输出的信息以2D居多，主要用于实现有/无判断、面积测量、数量测量以及方向测量等功能，不能给出铆钉兴趣区域的深度、体积等立体信息。实际应用中，立体信息往往才是决定表面制造质量是否达标的关键指标。近年来，在飞机、汽车零部件制造行业，出现了一些通过比较扫描模型和设计模型之间差异的3D表面铆钉兴趣区域检测方法。若将这种方法用于飞行器表面铆钉兴趣区域检测，需要知道飞行器的数字设计模型，同时必须获取完整的飞行器扫描模型。由于飞行器尺度较大，目前还没有一种有效的方法能够对整个飞行器外形进行高精度、大范围的测量建模，即使具备这样的条件，两个大规模模型之间的配准和比对也需要海量运算，普通计算机根本难以完成。再则，3D设计模型细微的偏差，对检测结果具有巨大影响。如果进一步考虑到飞行器蒙皮表面具有较大的形位公差，设计模型与扫描模型之间存在的差异可能远远大于表面铆钉兴趣区域的尺度，导致铆钉兴趣区域信息被误差淹没。

因此，已有的3D铆钉兴趣区域检测方法并不适合飞行器表面制造质量检测。此外，在表面铆钉兴趣区域的实际检测与维修过程中，测量结果一般显示在计算机屏幕上，操作人员在标记和维修铆钉兴趣区域时，需要在屏幕与目标之间来回查看和走动，或者是通过其他人建立中继通讯，既浪费时间，还容易引入过程误差。上述实际问题，对飞行器表面质量检测技术提出了新的需求。

发明内容

针对现有技术存在上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种基于3D数据的飞行器表面制造质量检测方法，并采用光学打标技术，将检测结果投影在物体铆钉兴趣区域位置，形成直观的视觉效果。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于3D数据的飞行器表面制造质量检测方法，包括以下步骤：

S1：采用投影仪向飞行器蒙皮表面投射三组共12幅条纹图像；

S2：采用左右相机同时采集投射在飞行器表面的三组共12幅条纹图像、以及2幅飞行器蒙皮表面无条纹图像；

S3：对左右相机采集的条纹图像分别进行相位开展，获得绝对相位Φ₁₂₃(x,y)；

S4：根据绝对相位和对极几何约束，进行左右相机图像匹配；