一种飞机蒙皮表面缺陷无损检测机器人系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及大尺寸空间测量定位技术和无损检测技术领域，具体公开了一种飞机蒙皮表面缺陷无损检测机器人系统，包括多基站激光扫描全空间定位系统、AGV小车、六自由度机械臂、末端双目结构光测量传感器、软件系统。本发明专利技术实施例还提供了一种飞机蒙皮表面缺陷无损检测方法，包括以下具体步骤：步骤S10：建立全空间测量场；步骤S20：数字化定义；步骤S30：路径规划；步骤S40：测量实施；步骤S50：数据处理；步骤S60：生成报告。本发明专利技术实施例实现了具有亚毫米级大空间智能定位导航、全局精密三维自动测量、飞机蒙皮表面缺陷视觉检测识别等功能的智能化检测机器人系统，满足飞机蒙皮表面缺陷智能化、自动化、高精度三维测量应用需求。

A robot system and method for nondestructive testing of surface defects of aircraft skin

【技术实现步骤摘要】
一种飞机蒙皮表面缺陷无损检测机器人系统及方法
本专利技术涉及大尺寸空间测量定位技术和无损检测
，具体是一种飞机蒙皮表面缺陷无损检测机器人系统及方法。
技术介绍
随着我国航空装备研制信息化应用技术水平的快速发展，飞机装备性能的不断提升对其检测技术提出了更高的要求，急需相应检测技术朝着智能化、集成化、数字化、在线化等方向快速推进。飞机蒙皮表面损伤和缺陷的产生原因在于飞机每次升空和降落都会经历一次加压和减压的过程，使得蒙皮表面出现周期性膨胀和收缩，从而导致飞机表面铆钉周围材料疲劳，产生微小裂纹。尤其在恶劣飞行环境中，会进一步加速裂纹恶化，促使产生腐蚀，这些缺陷的产生会破坏飞机蒙皮结构的完整性，引起结构强度下降，是造成飞行事故的主要原因之一。目前我国大部分航空制造企业已经普遍引进数字化测量设备用于飞机蒙皮表面缺陷检测，如激光雷达、激光跟踪仪、全站仪等，正在逐步摆脱过去依靠模线、样板等工艺装备的检测方法，但仍以技术人员人工检测为主。人工检测和技术人员的经验、责任心等密切相关，存在很大的局限性，容易发生丢、错、漏等问题，急需采用自动检测代替人工检测。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种飞机蒙皮表面缺陷无损检测机器人系统及方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种飞机蒙皮表面缺陷无损检测机器人系统，包括多基站激光扫描全空间定位系统、AGV小车、六自由度机械臂、末端双目结构光测量传感器、软件系统；所述AGV小车和六自由度机械臂作为机器人载体；所述多基站激光扫描全空间定位系统包括多基站激光扫描全空间定位发射机、多基站激光扫描全空间定位接收器和前端数据处理系统和主控计算机；所述多基站激光扫描全空间定位发射机对检测空间进行360°扫描，所述多基站激光扫描全空间定位接收器不断接收激光信号并进行信号处理。作为本专利技术进一步的方案：所述AGV小车上对应位置均匀布设有四个多基站激光扫描全空间定位接收器，在末端双目结构光测量传感器顶端安装四个多基站激光扫描全空间定位接收器。作为本专利技术进一步的方案：所述前端数据处系统与主控计算机之间通过通讯模块相连。作为本专利技术进一步的方案：所述软件系统包括机器人控制模块、传感器控制模块、路径规划模块、数据分析模块和数据采集模块。作为本专利技术进一步的方案：所述末端双目结构光测量传感器是以六自由度机械臂为载体，具体包括结构光投影仪以及位于结构光投影仪两侧的左相机和右相机，末端双目结构光测量传感器，以双目结构光扫描的方式，即根据双目立体视觉、结构光投影仪、待检测目标建立三角测量关系，基于多频外差原理实现蒙皮表面缺陷非接触实时在线精密测量。本专利技术实施例还提供了一种飞机蒙皮表面缺陷无损检测方法，包括以下具体步骤：步骤S10：建立全空间测量场，包括：步骤S101：根据检测现场环境合理布置多基站激光扫描全空间定位发射机，确保整机检测过程中，多基站激光扫描全空间定位接收器可接收到激光信号，根据软件系统标定模块进行多基站激光扫描全空间定位系统标定，建立整机检测世界坐标系，构建多基站激光扫描全空间定位网络；步骤S102：根据软件系统标定模块标定检测机器人，统一末端双目结构光测量传感器坐标系、AGV小车坐标系和多基站激光扫描全空间定位系统坐标系，完成全空间测试场内测量数据坐标系统一；步骤S20：数字化定义，通过系统软件导入待检测飞机CAD模型，并进行相应模型处理，建立模型测量基准；步骤S30：路径规划，根据检测现场环境和飞机机型进行检测机器人站位规划和各站位内飞机蒙皮表面检测路径规划，并根据软件系统路径规划模块进行检测路径仿真，确定最优路径；步骤S40：测量实施，包括：步骤S401：AGV小车实时接收多基站激光扫描全空间定位系统数据，自主导航到各规划测量站位；步骤S402：在各测量站位内，以机械臂为载体，根据多基站激光扫描全空间定位系统数据进行机械臂末端精密测量传感器定位，引导末端双目结构光精密测量传感器按规划检测路径进行飞机蒙皮表面局部区域缺陷识别分类和精密测量，获取各检测区域三维点云数据；步骤S403：依次完成各测量站位内局部区域精密测量，获取精密三维点云数据后，基于多基站激光扫描全空间定位数据进行三维点云全局拼接，获得整机三维点云数据；步骤S50：数据处理，进行点云数据处理，剔除测量数据杂点和噪声点，将检测数据与理论模型对比，并将表面缺陷按一定的规则映射为红绿蓝彩色信息；步骤S60：生成报告，进行缺陷评估，生成检测报告，并将检测模型和检测结果添加到检测实例库。作为本专利技术进一步的方案：在步骤S102中，利用基准尺进行多基站激光扫描全空间定位系统现场快速标定，在AGV车体上对应位置均匀布设四个多基站激光扫描全空间定位接收器，并以其坐标为基准点建立AGV小车坐标系，在末端双目结构光精密测量传感器顶端安装四个多基站激光扫描全空间定位接收器，建立末端双目结构光精密测量传感器定位坐标系，并通过软件系统标定模块建立各坐标系转换关系，实现检测场内坐标系统一。作为本专利技术进一步的方案：在步骤S20中，通过系统软件导入待检测飞机CAD模型包括飞机部件数模、检测机器人系统数模以及辅助工装数模的导入；模型处理包括对导入模型位置的调整；建立模型测量基准包括建立飞机自身坐标系。作为本专利技术进一步的方案：在步骤S401中，通过在AGV车体安装多基站激光扫描全空间定位接收器，将多基站激光扫描全空间定位系统测得的AGV实时位姿信息反馈到控制系统，根据模糊控制算法实时调整AGV的前进速度和旋转角速度等参数，以实现AGV的高精度导航控制。作为本专利技术进一步的方案：在步骤S403中，基于多基站激光扫描全空间定位控制的点云拼接技术，将末端双目结构光精密测量传感器各测量站位下获取的点云数据统一转换到多基站激光扫描全空间定位系统世界坐标系下完成拼接，能够保证测量范围大且测量过程中无需粘贴标记点和靶标点，实现全空间自动化高精度拼接。与现有技术相比，本专利技术实施例提供了一种结合大空间测量定位技术、机器人导航定位技术、目标识别技术、双目结构光精密测量技术、全局拼接技术、智能控制技术以及测量与机器人控制一体化技术，实现了具有亚毫米级大空间智能定位导航、全局精密三维自动测量、飞机蒙皮表面缺陷视觉检测识别等功能的智能化检测机器人系统，满足飞机蒙皮表面缺陷智能化、自动化、高精度三维测量应用需求。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例。图1为本专利技术实施例中多基站激光扫描全空间定位系统定位原理示意图。图2为本专利技术实施例中多基站激光扫描全空间定位系统现场标定示意图。图3为本专利技术实施例中检测机器人示意图。图4为本专利技术实施例中蒙皮表面缺陷主要类型示意图。图5为本专利技术实施例中检本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种飞机蒙皮表面缺陷无损检测机器人系统，其特征在于，包括多基站激光扫描全空间定位系统(10)、AGV小车(20)、六自由度机械臂(30)、末端双目结构光测量传感器(40)、软件系统(50)；所述AGV小车(20)和六自由度机械臂(30)作为机器人载体；/n所述多基站激光扫描全空间定位系统(10)包括多基站激光扫描全空间定位发射机(101)、多基站激光扫描全空间定位接收器(102)和前端数据处理系统(103)和主控计算机(104)；/n所述多基站激光扫描全空间定位发射机(101)对检测空间进行360°扫描，所述多基站激光扫描全空间定位接收器(102)不断接收激光信号并进行信号处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种飞机蒙皮表面缺陷无损检测机器人系统，其特征在于，包括多基站激光扫描全空间定位系统(10)、AGV小车(20)、六自由度机械臂(30)、末端双目结构光测量传感器(40)、软件系统(50)；所述AGV小车(20)和六自由度机械臂(30)作为机器人载体；
所述多基站激光扫描全空间定位系统(10)包括多基站激光扫描全空间定位发射机(101)、多基站激光扫描全空间定位接收器(102)和前端数据处理系统(103)和主控计算机(104)；
所述多基站激光扫描全空间定位发射机(101)对检测空间进行360°扫描，所述多基站激光扫描全空间定位接收器(102)不断接收激光信号并进行信号处理。


2.根据权利要求1所述的飞机蒙皮表面缺陷无损检测机器人系统，其特征在于，所述AGV小车(20)上对应位置均匀布设有四个多基站激光扫描全空间定位接收器(102)，在末端双目结构光测量传感器(40)顶端安装四个多基站激光扫描全空间定位接收器(102)。


3.根据权利要求2所述的飞机蒙皮表面缺陷无损检测机器人系统，其特征在于，所述前端数据处系统(103)与主控计算机(104)之间通过通讯模块相连。


4.根据权利要求3所述的飞机蒙皮表面缺陷无损检测机器人系统，其特征在于，所述软件系统(50)包括机器人控制模块(501)、传感器控制模块(502)、路径规划模块(503)、数据分析模块(504)和数据采集模块(505)。


5.根据权利要求1-4任一所述的飞机蒙皮表面缺陷无损检测机器人系统，其特征在于，所述末端双目结构光测量传感器(40)是以六自由度机械臂(30)为载体，具体包括结构光投影仪(401)以及位于结构光投影仪(401)两侧的左相机(402)和右相机(403)。


6.一种飞机蒙皮表面缺陷无损检测方法，其特征在于，包括如权利要求1-5任一所述的飞机蒙皮表面缺陷无损检测机器人系统，所述的检测方法包括以下具体步骤：
步骤S10：建立全空间测量场，包括：
步骤S101：根据检测现场环境合理布置多基站激光扫描全空间定位发射机至多基站激光扫描全空间定位接收器可接收到激光信号，根据软件系统标定模块进行多基站激光扫描全空间定位系统标定，建立整机检测世界坐标系，构建多基站激光扫描全空间定位网络；
步骤S102：根据软件系统标定模块标定检测机器人，统一末端双目结构光测量传感器坐标系、AGV小车坐标系和多基站激光扫描全空间定位系统坐标系，完成全空间测试场内测量数据坐标系统一；
步骤S20：数字化定义，通过系统软件导入待检测飞机CAD模型，并进行模...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟征宇，刘青，潘晓，贾昆，
申请(专利权)人：西安航通测控技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61