一种复材壁板微小阵列孔通孔率无损检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种复材壁板微小阵列孔通孔率无损检测系统及方法，包括数据预处理模块

【技术实现步骤摘要】
一种复材壁板微小阵列孔通孔率无损检测系统及方法


[0001]本专利技术属于复材壁板质量检测
，具体涉及一种复材壁板微小阵列孔通孔率无损检测系统及方法
。

技术介绍

[0002]由于具有高强度
、
耐高温
、
耐腐蚀
、
重量轻等优良的性能，先进复合材料在航空器结构上的应用已经与铝合金并驾齐驱，成为当今材料技术发展最为迅速的领域
。
航空复合材料性能水平及其在结构中的应用水平，已经成为飞机结构先进性的一个重要标志
。
其中复合材料壁板
(
复材壁板
)
的加工精度是飞机制造过程中的重要指标之一
。
复合材料壁板的微小阵列孔通孔率检测是质量检测的一步，传统方法一般是采用探针进行接触式测量，优点是能够测量较深的孔深，而缺点是由于阵列孔拥有相对较多的小孔，使用传统方法进行检测效率低下，不仅耗时也耗费人力，间接降低了飞机制造的整体速度，另外，接触式测量也可能对制孔质量产生未知的影响
。
故而，采用一种高效
、
无损
、
自动化的方式来实现复材壁板微小阵列孔的通孔率检测，对于提高生产效率就显得尤为重要
。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种复材壁板微小阵列孔通孔率无损检测系统及方法，旨在解决上述方法
。
[0004]本专利技术主要通过以下技术方案实现：
[0005]一种复材壁板微小阵列孔通孔率无损检测系统，包括数据采集与处理子系统和测量机器人子系统，所述数据采集与处理子系统包括数据预处理模块
、
数据分析模块
、
输出报表模块；所述数据预处理模块用于生成三维点云数据并进行过滤去噪预处理，所述数据分析模块用于精细提取检测平面上的微细孔三维点云数据并分析判断是否为堵塞孔，所述输出报表模块用于定制检测数据分析报告模板并输出数据分析报告
。
[0006]为了更好地实现本专利技术，进一步地，所述数据采集与处理子系统还包括数据可视化模块
、
数据导入导出模块
、
数据管理模块；所述数据可视化模块用于数据的管理
、
数据的加载与可视化
、
渲染后点云数据的显示及对导入数据的显示；所述数据导入导出模块用于读取
、
处理
、
输出数据，并根据传输协议实时读取检测与分析系统的各项参数；所述数据管理模块用于进行坐标系管理
、
数据文件管理
、
数据输出管理，并对存储于数据库中的原始数据及计算结果进行历史数据分析
、
查看与编辑
。
[0007]为了更好地实现本专利技术，进一步地，所述测量机器人子系统包括测量机器人，所述测量机器人上设置有两台对置放置的激光扫描仪，且两台激光扫描仪出光方向彼此平行，出光位置齐平，所述激光扫描仪用于获取待测孔的点云数据并传输给数据采集与处理子系统
。
[0008]本专利技术主要通过以下技术方案实现：
[0009]一种复材壁板微小阵列孔通孔率无损检测方法，采用上述的无损检测系统进行，
采用数据采集与处理子系统进行检测分析，包括以下步骤：
[0010]步骤
S100
：按照测量机器人规划的扫描路径，利用激光扫描仪采集数据时序，拼接二维点云轮廓，生成三维点云数据；
[0011]步骤
S200
：对获得的三维点云数据进行过滤去噪预处理；
[0012]步骤
S300
：针对预处理后的三维点云数据，依次进行边界提取与聚类分割来提取点云数据中的孔特征；
[0013]步骤
S400
：对孔质量进行检测，判断是否为堵塞孔
。
[0014]为了更好地实现本专利技术，进一步地，所述步骤
S100
包括以下步骤：
[0015]步骤
S110
：读取测量机器人的运动参数
、
运动路径与激光扫描仪的扫描频率，计算从检测开始每组二维坐标值的采集时刻，计算每组二维坐标值采集时的测量机器人末端执行器所处在轨迹中的位置；
[0016]步骤
S120
：根据固定工装的安装位置，计算两台扫描仪数据坐标系之间的位置关系，并将扫描仪
B
的数据转换至扫描仪
A
的坐标系下，将两组坐标值合为一组；
[0017]步骤
S130
：以步骤
S110
中计算获得的位置相邻关系为基准，以一定的时间周期对数据进行划分，将所有的二维坐标值组分为多个小组；
[0018]步骤
S140
：按照匀速运动关系，测量间隔相同的情况下，每组二维坐标值之间的距离恒定，由此将每小组的多组二维测量值沿
Y
方向进行排列，形成局部三维数据；
[0019]步骤
S150
：将所有小组中的多组二维测量值均以步骤
S140
的方法形成局部三维数据，每小组中的第一组二维坐标值采集时刻对应的轨迹位置为定位标准，完成三维点云数据的生成
。
[0020]为了更好地实现本专利技术，进一步地，所述步骤
S200
中，采用权重角准则检测噪声点，当边界属性大于设定阈值时判定该点为噪声点；或采用邻近点准则检测噪声点，当固定邻域半径内的点小于设定阈值时，判定该点为噪声点；利用
FCM
算法对含有噪声点与离群点的点云数据进行处理，在去除噪声点的同时保留点云中孔的边缘特征
。
[0021]为了更好地实现本专利技术，进一步地，所述步骤
S400
包括以下步骤：
[0022]步骤
S410
：输入待检测的孔边缘点云数据，并在原始点云中搜索一定半径范围内的邻域数据；
[0023]步骤
S420
：根据此邻域数据拟合平面，计算平面的法线方向；
[0024]步骤
S430
：以孔特征点云进行拟合以获得拟合圆心，计算此圆心的三维坐标；
[0025]步骤
S440
：将此圆心坐标作为搜索起点，将平面法向作为搜索方向，搜索距离设定为某一定值，将搜索得到的点云设为孔底数据；
[0026]步骤
S450
：如果不存在孔底点云数据或者计算距离大于设定阈值，即认为此孔为通孔；如果计算距离小于设定阈值，则进行二次判定；
[0027]步骤
S460
：对孔底点云进行投影简化，计算堵塞物在孔心邻近拟合平面投影面积，若堵塞物投影面积大于设定阈值，则判定为堵塞孔，否则为通孔；
[0028]步骤
S470
：统计检测到的所有孔数量与其中的堵塞孔数量，计算通孔率，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种复材壁板微小阵列孔通孔率无损检测系统，其特征在于，包括数据采集与处理子系统和测量机器人子系统，所述数据采集与处理子系统包括数据预处理模块
、
数据分析模块
、
输出报表模块；所述数据预处理模块用于生成三维点云数据并进行过滤去噪预处理，所述数据分析模块用于精细提取检测平面上的微细孔三维点云数据并分析判断是否为堵塞孔，所述输出报表模块用于定制检测数据分析报告模板并输出数据分析报告
。2.
根据权利要求1所述的一种复材壁板微小阵列孔通孔率无损检测系统，其特征在于，所述数据采集与处理子系统还包括数据可视化模块
、
数据导入导出模块
、
数据管理模块；所述数据可视化模块用于数据的管理
、
数据的加载与可视化
、
渲染后点云数据的显示及对导入数据的显示；所述数据导入导出模块用于读取
、
处理
、
输出数据，并根据传输协议实时读取检测与分析系统的各项参数；所述数据管理模块用于进行坐标系管理
、
数据文件管理
、
数据输出管理，并对存储于数据库中的原始数据及计算结果进行历史数据分析
、
查看与编辑
。3.
根据权利要求1或2所述的一种复材壁板微小阵列孔通孔率无损检测系统，其特征在于，所述测量机器人子系统包括测量机器人，所述测量机器人上设置有两台对置放置的激光扫描仪，且两台激光扫描仪出光方向彼此平行，出光位置齐平，所述激光扫描仪用于获取待测孔的点云数据并传输给数据采集与处理子系统
。4.
一种复材壁板微小阵列孔通孔率无损检测方法，采用权利要求1‑3任一项所述的无损检测系统进行，其特征在于，采用数据采集与处理子系统进行检测分析，包括以下步骤：步骤
S100
：按照测量机器人规划的扫描路径，利用激光扫描仪采集数据时序，拼接二维点云轮廓，生成三维点云数据；步骤
S200
：对获得的三维点云数据进行过滤去噪预处理；步骤
S300
：针对预处理后的三维点云数据，依次进行边界提取与聚类分割来提取点云数据中的孔特征；步骤
S400
：对孔质量进行检测，判断是否为堵塞孔
。5.
根据权利要求4所述的一种复材壁板微小阵列孔通孔率无损检测方法，其特征在于，所述步骤
S100
包括以下步骤：步骤
S110
：读取测量机器人的运动参数
、
运动路径与激光扫描仪的扫描频率，计算从检测开始每组二维坐标值的采集时刻，计算每组二维坐标值采集时的测量机器人末端执行器所处在轨迹中的位置；步骤
S120
：根据固定工装的安装位置，计算两台扫描仪数据坐标系之间的位置关系，并将扫描仪
B
的数据转换至扫描仪
A
的坐标系下，将两组坐标值合为一组；步骤
S130
：以步骤
S110
中计算获得的位置相邻关系为基准，以一定的时间周期对数据进行划分，将所有的二维坐标值组分为多个小组；步骤
S140
：按照匀速运动关系，测量间隔相同的情况下，每组二维坐标值之间的距离恒定，由此将每小组的多组二维测量值沿
Y
方向进行排列，形成局部三维数据；步骤
S150
：将所有小组中的多组二维测量值均以步骤
S140
的方法形成局部三维数据，每小组中的第一组二维坐标值采集时刻对应的轨迹位置为定位标准，完成三维点云数据的生成
。6.
根据权利要求5所述的一种复材壁板微小阵列孔通孔率无损检测方法，其特征在于，所述步骤
S200
中，采用权重角准则检测噪声点，当边界属性大于设定阈值时判定该点为噪

【专利技术属性】
技术研发人员：贾涛，朱绪胜，童罗，杨婷，彭刚，肖靖，李航，吴楠，刘炼，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：