[发明专利]碳纤维复合材料铆钉孔尺寸检测系统及方法

权利要求书

1.一种碳纤维材料铆钉孔尺寸检测系统，其特征在于；包括；激光检测系统(1)、数据采集及控制装置(2)和计算机系统(3)；激光检测系统(1)中，工作台(101)安置主支架(102)，在主支架(102)前方安装横梁(103)可沿主支架前后方向作直线运动，横梁(103)前方安装机械臂(104)可沿横梁作水平方向和上下方向运动，线激光(105)安装在机械臂(104)下方，用于获取待测工件(106)的线轮廓信息；数据采集及控制装置(2)中，电机伺服控制单元(201)可控制横梁(103)和机械臂(104)的运动，数据采集单元(202)可采集线激光(105)扫描的线轮廓数据；计算机系统(3)中，运动控制模块(301)向电机伺服控制单元(201)发出运动控制参数，操作界面再运动控制显示器(302)进行，预处理模块(303)将采集的工件线轮廓数据转化为灰度图像，目标定位模块(304)确定单个铆钉孔的图像位置以及铆钉圆柱孔的位置，圆孔直径检测模块(305)利用Canny算法和亚像素算法提取圆孔边缘，确定圆柱孔和圆锥大圆的直径尺寸，锥角和圆柱度检测模块(306)获取圆锥面的锥角和圆柱孔和圆锥大圆的同轴度，三维显示模块(307)显示铆钉孔三维立体图；

所述碳纤维材料铆钉孔尺寸检测系统对应的检测步骤包括：激光检测系统(1)中，线激光(105)安装在机械臂(104)下方，在数据采集及控制装置(2)中的电机伺服控制单元(201)控制下可沿水平、竖直和前后方向灵活运动，可根据零件的形状特征确定扫描位置，获得工件(106)的线轮廓信息；数据采集单元(202)将信息传送到计算机系统(3)中预处理模块(303)将线轮廓信息转化为灰度图像，目标定位模块(304)从多个铆钉孔的灰度图像中识别单个铆钉孔的位置，再从单个铆钉孔的位置利用投影法确定圆柱面孔的位置；圆孔直径检测模块(305)对灰度图像进行边缘检测，利用分区思想确定圆柱孔和圆锥大圆的直径尺寸和圆心，锥角和圆柱度检测模块(306)利用所获取的直径尺寸和圆心信息，计算圆柱孔和圆锥大圆的同轴度，分两步优化获取圆锥面的锥角参数，三维显示模块(307)显示铆钉孔检测的三维立体图。

2.根据权利要求1所述碳纤维材料铆钉孔尺寸检测系统，其特征在于；所述的线激光是指激光一发和一收过程中能测量工件(106)一条线上所有点。

3.根据权利要求1所述碳纤维材料铆钉孔尺寸检测系统，其特征在于；所述的线轮廓信息是指线激光(105)一次扫描可以获得工件(106)相对基准面上的距离值。

4.根据权利要求1所述碳纤维材料铆钉孔尺寸检测系统，其特征在于；所述的识别单个铆钉孔的位置是指利用卷积神经网络训练出的模型，以含有多个铆钉孔灰度图像为输入，经过多层卷积、激活函数和池化的网络层，输出矩形窗口的参数信息，进而获得每个铆钉孔的灰度图像。

5.根据权利要求1所述碳纤维材料铆钉孔尺寸检测系统，其特征在于；所述的投影法确定圆柱面孔的位置是指将单个铆钉孔的灰度图像，分别进行水平方向和垂直方向的灰度值求和，确定圆柱面孔的矩形包围盒的信息。

6.根据权利要求1所述碳纤维材料铆钉孔尺寸检测系统，其特征在于；所述的边缘检测是指对单个铆钉孔灰度图像依次进行高斯滤波、Sobel梯度幅值、Canny算法及像素点膨胀和腐蚀的图像处理过程。

7.根据权利要求1所述碳纤维材料铆钉孔尺寸检测系统，其特征在于；所述的分区的思想是将边缘提取的过程分成含有圆柱孔的边缘和含有圆锥面大孔的边缘两个感兴趣区域单独处理，依次剔除远离圆边界的像素点，再利用亚像素边缘提取算法获得圆柱孔和圆锥面大孔的轮廓，计算两个圆孔的直径尺寸和圆心位置。

8.根据权利要求1所述碳纤维材料铆钉孔尺寸检测系统，其特征在于；所述的分两步优化获取圆锥面的锥角参数是指借助圆柱孔和圆锥面大孔的直径尺寸和相对的距离，用几何方法获取圆锥面的参数方程，利用聚类分析剔除圆锥面点云集合的噪声像素点，进一步采用非线性最小二乘方法拟合出准确圆锥的锥面，从而获得所测量的铆钉孔圆锥面锥角的度数。