本發(fā)明屬于航空制造工程與飛機(jī)裝配領(lǐng)域，涉及一種用于飛機(jī)導(dǎo)管的自動(dòng)無損檢測(cè)系統(tǒng)與方法，用于飛機(jī)導(dǎo)管制件的幾何外形檢測(cè)與缺陷檢測(cè)。

背景技術(shù)：

1、飛機(jī)內(nèi)部液壓、燃油、滑油、環(huán)控、氧氣等系統(tǒng)普遍分布著許多管路系統(tǒng)，這些管路系統(tǒng)形狀各異，錯(cuò)綜復(fù)雜分布在機(jī)身的各個(gè)部位，起著壓力傳遞、燃油輸送、保護(hù)電纜等作用。飛機(jī)導(dǎo)管作為飛機(jī)液壓系統(tǒng)管路中抗壓性關(guān)鍵件，在飛機(jī)運(yùn)行時(shí)承受壓力高，工作環(huán)境嚴(yán)酷，承受的載荷復(fù)雜。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，液壓系統(tǒng)故障占飛機(jī)使用故障總數(shù)的比例較高，而液壓系統(tǒng)導(dǎo)管類故障，是飛機(jī)液壓系統(tǒng)故障的主體，占液壓系統(tǒng)故障比例最大。飛機(jī)導(dǎo)管制造、裝配時(shí)的殘余應(yīng)力不可避免，加之飛機(jī)飛行時(shí)的高溫工作環(huán)境和高頻振動(dòng)等因素，導(dǎo)致飛機(jī)導(dǎo)管極易產(chǎn)生裂紋缺陷從而發(fā)生斷裂、爆破等故障，直接影響飛機(jī)液壓系統(tǒng)的可靠性和安全性，甚至危及飛行安全。因此，對(duì)飛機(jī)導(dǎo)管部位進(jìn)行無損檢測(cè)，就顯得尤為重要。

2、傳統(tǒng)飛機(jī)導(dǎo)管外形檢測(cè)利用人工進(jìn)行，利用激光跟蹤儀，激光掃描儀等設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，但由于人員技術(shù)水平不同，易導(dǎo)致檢測(cè)可靠性不良、效率低。傳統(tǒng)飛機(jī)導(dǎo)管缺陷檢測(cè)主要依靠目視檢測(cè)方法，人為因素造成的誤差大，對(duì)于微小的裂紋缺陷無法發(fā)現(xiàn)，且由于導(dǎo)管數(shù)量眾多，受到安裝位置的限制，簡(jiǎn)單的目視檢測(cè)很難進(jìn)行全面檢查，存在較大的安全隱患。也采取超聲檢測(cè)的方法對(duì)導(dǎo)管缺陷進(jìn)行檢測(cè)，但是這種方法對(duì)于檢測(cè)的條件要求比較嚴(yán)格，超聲檢測(cè)的波形、耦合劑、頻率以及探頭類型都需根據(jù)飛機(jī)導(dǎo)管材料以及檢測(cè)部位來選擇，對(duì)檢測(cè)環(huán)境要求高，檢測(cè)效率較低。而飛機(jī)導(dǎo)管多數(shù)采用非鐵磁性材料制作，無法使用磁粉、漏磁等方法檢測(cè)。因此，有必要利用新型無損檢測(cè)技術(shù)作為現(xiàn)有飛機(jī)導(dǎo)管無損檢測(cè)技術(shù)的補(bǔ)充，進(jìn)一步提高裂紋缺陷的檢測(cè)效率和準(zhǔn)確性。弱磁檢測(cè)技術(shù)是一種無需耦合、無需外加磁化、無需表面清理的新型無損檢測(cè)技術(shù)。

3、隨著制造業(yè)發(fā)展，數(shù)字化、自動(dòng)化、柔性化及智能化的制造技術(shù)已經(jīng)成為飛機(jī)制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。為節(jié)約生產(chǎn)成本、減少人力，國(guó)外軍用飛機(jī)制造公司將飛機(jī)導(dǎo)管自動(dòng)化檢測(cè)作為重要的核心技術(shù)。近年來，我國(guó)航空制造技術(shù)得到了飛速發(fā)展，以信息化方式驅(qū)動(dòng)的航空產(chǎn)品、裝備、工藝、管理、服務(wù)的數(shù)字化、自動(dòng)化及智能化制造已經(jīng)成為航空制造業(yè)的重要發(fā)展方向。飛機(jī)導(dǎo)管制件的幾何形狀可以用導(dǎo)管的外徑和軸線的空間位置來描述。在完成導(dǎo)管制件機(jī)加工后，需要將其安裝固定，從結(jié)構(gòu)上來看，如果導(dǎo)管的法蘭孔或者是兩導(dǎo)管軸線空間位置有些許的誤差，均會(huì)使得導(dǎo)管偏離準(zhǔn)確位置從而導(dǎo)致導(dǎo)管無法安裝，所以，要進(jìn)行導(dǎo)管的精確測(cè)量。因此，通過利用機(jī)器人攜帶測(cè)量頭，采取非接觸測(cè)量，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)導(dǎo)管的自動(dòng)化檢測(cè)。對(duì)提高航空制造業(yè)的整體技術(shù)水平具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種用于飛機(jī)導(dǎo)管的自動(dòng)無損檢測(cè)系統(tǒng)與方法，包括飛機(jī)導(dǎo)管制件幾何外形檢測(cè)與損傷檢測(cè)，通過機(jī)器人攜帶點(diǎn)激光掃描測(cè)頭傳感器與高精度磁通門傳感器，利用圖像識(shí)別、路徑規(guī)劃等技術(shù)完成自動(dòng)化無損檢測(cè)，涉及飛機(jī)導(dǎo)管弱磁無損檢測(cè)技術(shù)、機(jī)器人路徑規(guī)劃技術(shù)、視覺識(shí)別與特征提取技術(shù)。

2、本發(fā)明通過設(shè)計(jì)搭建機(jī)器人控制系統(tǒng)，利用空間視覺圖像識(shí)別技術(shù)進(jìn)行飛機(jī)導(dǎo)管識(shí)別與檢測(cè)路徑規(guī)劃，通過機(jī)器人機(jī)械臂攜帶點(diǎn)激光掃描測(cè)頭傳感器對(duì)飛機(jī)導(dǎo)管制件外形進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而得到飛機(jī)導(dǎo)管制件的幾何外形檢測(cè)圖像。采用數(shù)據(jù)判別、數(shù)據(jù)濾波與測(cè)量路徑規(guī)劃將多個(gè)角度下的檢測(cè)圖像數(shù)據(jù)完全拼接到統(tǒng)一坐標(biāo)系下，實(shí)現(xiàn)被測(cè)飛機(jī)導(dǎo)管制件的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，完成所檢測(cè)飛機(jī)導(dǎo)管制件的幾何外形檢測(cè)?；诘玫剿鶞y(cè)的飛機(jī)導(dǎo)管制件的幾何外形檢測(cè)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理與特征提出，得到飛機(jī)導(dǎo)管制件的中軸線信息，利用機(jī)器人機(jī)械臂攜帶高精度磁通門傳感器根據(jù)規(guī)劃的檢測(cè)路徑對(duì)飛機(jī)導(dǎo)管缺陷進(jìn)行檢測(cè)。

3、本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

4、一種用于飛機(jī)導(dǎo)管的自動(dòng)無損檢測(cè)系統(tǒng)，所述的自動(dòng)無損檢測(cè)系統(tǒng)包括點(diǎn)激光掃描設(shè)備、轉(zhuǎn)換支架7和高精度磁通門傳感器9。

5、所述的轉(zhuǎn)換支架7為板狀支架，其中部制接口8，用于將自動(dòng)無損檢測(cè)系統(tǒng)與工業(yè)機(jī)器人或協(xié)作機(jī)器人末端執(zhí)行器相連接，轉(zhuǎn)換支架7一端連接高精度磁通門傳感器9，另一端連接點(diǎn)激光掃描設(shè)備，用于實(shí)現(xiàn)點(diǎn)激光掃描設(shè)備與高精度磁通門傳感器9之間的快速切換。

6、所述的點(diǎn)激光掃描設(shè)備包括測(cè)頭座1、測(cè)頭座軸心2、碳纖維測(cè)量桿3、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)4、連接支架5、點(diǎn)激光掃描測(cè)頭6。所述的碳纖維測(cè)量桿3一端連接轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)4，另一端連接測(cè)頭座軸心2，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)4上固定有連接支架5，點(diǎn)激光掃描測(cè)頭6與連接支架5通過螺栓相連，測(cè)頭座軸心2安裝在測(cè)頭座1上，測(cè)頭座軸心2為球形，與測(cè)頭座1球面配合，測(cè)頭座1另一端與轉(zhuǎn)換支架7相連接，測(cè)頭座軸心2與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)4配合，用于調(diào)整點(diǎn)激光掃描測(cè)頭6的檢測(cè)角度，因碳纖維測(cè)量桿3長(zhǎng)度固定，點(diǎn)激光掃描測(cè)頭6與測(cè)頭座1之間相對(duì)位置固定。

7、一種用于飛機(jī)導(dǎo)管的自動(dòng)無損檢測(cè)方法，基于上述自動(dòng)無損檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，所述的自動(dòng)無損檢測(cè)方法包括如下步驟：

8、步驟1，將自動(dòng)無損檢測(cè)裝置通過轉(zhuǎn)換支架7上的接口8安裝到工業(yè)機(jī)器人或協(xié)作機(jī)器人末端執(zhí)行器上。

9、步驟2，坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化。

10、將自動(dòng)無損檢測(cè)裝置切換至點(diǎn)激光掃描測(cè)頭6工作模式。

11、根據(jù)實(shí)際使用情況建立點(diǎn)激光掃描設(shè)備的飛機(jī)導(dǎo)管制件坐標(biāo)系；在飛機(jī)導(dǎo)管測(cè)量場(chǎng)地內(nèi)放置標(biāo)準(zhǔn)球，在直角坐標(biāo)系測(cè)量機(jī)上利用點(diǎn)激光掃描測(cè)頭6測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)球，獲取標(biāo)準(zhǔn)球表面7個(gè)光點(diǎn)在飛機(jī)導(dǎo)管制件坐標(biāo)系下的坐標(biāo)信息，并獲取對(duì)應(yīng)光點(diǎn)的點(diǎn)激光掃描測(cè)頭測(cè)量值，利用光束直線矢量與標(biāo)準(zhǔn)球表面的空間幾何關(guān)系建立聯(lián)系方程，求解得到點(diǎn)激光掃描測(cè)頭6的光束位置的矢量信息，具體的：先利用其中4個(gè)光點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)球的球心的位置坐標(biāo)m0(x0，y0，z0)，以該球心位置為中心建立標(biāo)準(zhǔn)球坐標(biāo)系，其三個(gè)坐標(biāo)軸與世界坐標(biāo)系中三個(gè)坐標(biāo)軸平行，并獲取到點(diǎn)激光掃描測(cè)頭6光束在標(biāo)準(zhǔn)球坐標(biāo)系下的零位坐標(biāo)，即光軸原點(diǎn)坐標(biāo)；再利用其余3個(gè)點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果獲取點(diǎn)激光掃描測(cè)頭6光束直線矢量與標(biāo)準(zhǔn)球坐標(biāo)系坐標(biāo)軸的夾角信息，因標(biāo)準(zhǔn)球坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系坐標(biāo)軸平行，將標(biāo)準(zhǔn)球坐標(biāo)系下的坐標(biāo)及夾角信息平移轉(zhuǎn)化至世界坐標(biāo)系下，得到點(diǎn)激光掃描測(cè)頭6光軸原點(diǎn)在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，以及其光束直線矢量與世界坐標(biāo)系坐標(biāo)軸的夾角信息，通過旋轉(zhuǎn)變換實(shí)現(xiàn)飛機(jī)導(dǎo)管制件坐標(biāo)系到世界坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換，坐標(biāo)變換如下式所示：

12、

13、式中：為旋轉(zhuǎn)矩陣，用r表示，γij為飛機(jī)導(dǎo)管制件坐標(biāo)系i軸與世界坐標(biāo)系j軸的夾角的余弦值，(x'y'z'1)代表世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，(xyz1)代表導(dǎo)管制件坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。

14、通過飛機(jī)導(dǎo)管制件坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化關(guān)系，將點(diǎn)激光掃描測(cè)頭6光束直線矢量轉(zhuǎn)化到世界坐標(biāo)系，以消除光軸原點(diǎn)和標(biāo)準(zhǔn)球坐標(biāo)位置間偏置向量差。

15、步驟3，檢測(cè)飛機(jī)導(dǎo)管外形并規(guī)劃測(cè)量路徑。

16、點(diǎn)激光掃描測(cè)頭6作為一種線性位移傳感器，投射光束到待測(cè)導(dǎo)管表面，在待測(cè)導(dǎo)管表面形成一個(gè)光點(diǎn)，并輸出光點(diǎn)到點(diǎn)激光掃描測(cè)頭6之間的距離信息，得到待測(cè)導(dǎo)管表面上光點(diǎn)的坐標(biāo)信息，根據(jù)步驟2中飛機(jī)導(dǎo)管制件坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化關(guān)系，獲得光點(diǎn)在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)信息。

17、利用自動(dòng)無損檢測(cè)裝置的點(diǎn)激光掃描測(cè)頭6，對(duì)待測(cè)導(dǎo)管進(jìn)行全面掃描。點(diǎn)激光掃描測(cè)頭6采用激光三角法，在測(cè)頭座軸心2進(jìn)行轉(zhuǎn)位之后，將多個(gè)角度下的測(cè)量數(shù)據(jù)完全拼接到世界坐標(biāo)系下，從而在世界坐標(biāo)系下獲取待測(cè)導(dǎo)管完整的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，得到待測(cè)導(dǎo)管的幾何外形檢測(cè)圖像。采用遞推平均濾波法進(jìn)行信息處理與特征提取，得到飛機(jī)導(dǎo)管制件的中軸線信息，進(jìn)而規(guī)劃得到飛機(jī)導(dǎo)管缺陷測(cè)量路徑。

18、步驟4，檢測(cè)飛機(jī)導(dǎo)管缺陷。

19、將自動(dòng)無損檢測(cè)裝置的轉(zhuǎn)換支架7旋轉(zhuǎn)180°，切換至高精度磁通門傳感器9工作模式。

20、將飛機(jī)導(dǎo)管制件視為具有磁性的零件，在飛機(jī)導(dǎo)管制件內(nèi)部有缺陷的情況下，會(huì)導(dǎo)致其內(nèi)部的磁導(dǎo)率發(fā)生變化，磁導(dǎo)率發(fā)生變化的位置即為缺陷位置，該位置處的磁感應(yīng)強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化，可通過高精度磁通門傳感器9進(jìn)行檢測(cè)?；诘卮艌?chǎng)環(huán)境，高精度磁通門傳感器9利用弱磁檢測(cè)技術(shù)，采集待測(cè)導(dǎo)管的磁感應(yīng)強(qiáng)度數(shù)據(jù)，分析其磁場(chǎng)數(shù)據(jù)的變化，進(jìn)而對(duì)飛機(jī)導(dǎo)管制件是否有缺陷進(jìn)行識(shí)別和判斷。

21、高精度磁通門傳感器9接收磁場(chǎng)信號(hào)的幅值與相位變化是隨機(jī)的，在檢測(cè)飛機(jī)導(dǎo)管制件的過程中，這些隨機(jī)變量服從正態(tài)分布。采用概率統(tǒng)計(jì)正態(tài)分布3σ方法將磁感應(yīng)強(qiáng)度變化量計(jì)算出上下限閾值，磁感應(yīng)強(qiáng)度變化量δb在(μ-3σ，μ+3σ)區(qū)間內(nèi)的概率值為：

22、

23、式中，μ為磁場(chǎng)強(qiáng)度變化量δb的均值，σ為標(biāo)準(zhǔn)差。檢測(cè)中將磁場(chǎng)梯度信號(hào)ε值的極大極小值作為上下限閾值，并認(rèn)為超過上下限閾值的磁場(chǎng)梯度信號(hào)為異常信號(hào)。

24、利用高精度磁通門傳感器9按步驟3中規(guī)劃的路徑對(duì)待測(cè)導(dǎo)管進(jìn)行缺陷檢測(cè)，對(duì)于磁場(chǎng)梯度信號(hào)ε超出上下限閾值的位置進(jìn)行標(biāo)記，得到導(dǎo)管缺陷檢測(cè)結(jié)果。

25、本發(fā)明的有益效果：

26、本發(fā)明用于飛機(jī)導(dǎo)管制件的無損幾何外形檢測(cè)與缺陷檢測(cè)。有效避免因?yàn)轱w機(jī)導(dǎo)管幾何尺寸準(zhǔn)確性不佳影響飛機(jī)裝配以及將具有缺陷的飛機(jī)導(dǎo)管制件裝配到飛機(jī)整機(jī)中，防止影響飛機(jī)的飛行安全，保障飛機(jī)的整體裝配質(zhì)量，同時(shí)保障飛機(jī)導(dǎo)管制件的檢測(cè)自動(dòng)化、智能化水平，提高檢測(cè)準(zhǔn)確性與一致性。

27、本發(fā)明適應(yīng)了飛機(jī)導(dǎo)管制件先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展，改變現(xiàn)有的飛機(jī)導(dǎo)管制件傳統(tǒng)手工的幾何外形檢測(cè)模式。實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)導(dǎo)管檢測(cè)傳感器集成、點(diǎn)激光掃描測(cè)頭標(biāo)定，路徑規(guī)劃、自動(dòng)化無損外形與缺陷檢測(cè)方法。有別于傳統(tǒng)檢測(cè)手段，將飛機(jī)導(dǎo)管外形無損檢測(cè)與缺陷無損檢測(cè)集成。創(chuàng)新性地利用遞推平均濾波法、激光三角法、點(diǎn)激光掃描技術(shù)、基于地磁場(chǎng)環(huán)境下的弱磁檢測(cè)技術(shù)等提升飛機(jī)導(dǎo)管無損檢測(cè)精度與準(zhǔn)確性，可以有效解決人工進(jìn)行飛機(jī)導(dǎo)管外形與缺陷檢測(cè)準(zhǔn)確性差、效率低、一致性不佳等問題。