[发明专利]飞机零件上大量小尺寸导孔的快速视觉检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种飞机零件上大量小尺寸导孔的快速视觉检测技术，属于视觉检测领域。

背景技术

导孔是飞机制造工程中最常见的结构特征之一，大量存在于框、肋、壁板、蒙皮等各类飞机零部件上，主要用于飞机零部件之间的装配连接，包括铆钉孔、螺栓过孔、销孔等。飞机零部件上的导孔数目十分庞大，据统计一架大型飞机的各类结构特征上，导孔的数量多达300万以上，某些单个零件上就有几千个导孔。导孔的加工质量是影响飞机寿命和飞行安全的重要因素，导孔存在几何偏差等质量缺陷时，强迫装配产生的装配应力会对飞机安全构成极大隐患。

在新一代飞机研制中，对导孔的加工质量提出了新的更高要求。在新的质量规范和公差要求下，采用高效精确的数控方法加工导孔已是势在必行，然而目前缺乏能够与新的导孔制造工艺和导孔质量要求相匹配的导孔检测技术。目前我国航空制造企业中导孔检测主要采用的通用量具和专用检测模板，已经不再适应新一代飞机的研制生产要求。由于飞机零部件上导孔尺寸较小，且多分布于自由曲面薄壁结构上，一般为Φ2.5～4mm浅圆柱通孔，而若采用三坐标测量机对导孔进行检测则存在以下几方面难以克服的问题：(1)对于五轴数控机床加工的复杂零件小尺寸导孔，三坐标测量机往往不具有可达性；(2)由于孔径小，即使采用超小测头，也容易因实际的孔径、孔位偏差而导致自动检测过程中发生测头与孔壁干涉；(3)对于即使可以用三坐标测量检测的情形，三坐标测量机对导孔的检测效率也明显低于数控制孔的效率，因此会形成制造效率瓶颈。

各种以数字图像为信息源的数字化检测方法(也称为视觉检测方法)不断涌现，如各类平面类零件的二维影像检测技术、基于三维视觉技术的结构光表面点云扫描测量技术等。视觉检测技术的主要特点是使用方便快捷、精度稳定可靠、便于进行多要素的综合检测。然而，由于导孔在飞机零件上量大面广，各类分布有大量导孔的飞机零件的结构形式各异、尺寸大小迥然不同，这使得单纯的视觉检测方法受视场、景深的限制而难以胜任。目前尚未见有满足飞机零件上大量小尺寸导孔快速数字化检测需求的手段和方法。

发明内容

本发明提出了一种飞机零件上大量小尺寸导孔的快速视觉检测方法，为飞机零件上的大量小尺寸导孔提供了快速数字化的检测手段。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种飞机零件上大量小尺寸导孔的快速视觉检测方法，其特征在于：检测系统包括视觉成像系统、运动机构和计算机检测系统；在检测时将视觉成像系统安装在运动机构的运动末端上，在标定系统后，由运动机构带动视觉成像系统移动至待测导孔的孔轴方向上的适当拍摄距离处拍摄得到导孔实际成像；对实际成像进行图像处理得到待测导孔的实际边缘表达式；利用虚拟相机得到待测导孔的理论成像并处理得到理论边缘表达式，最后将实际边缘表达式与理论边缘表达式进行对比分析，得到检测结果。

所述标定方法采用特别设计的标定参照物以及包括如下步骤：

(1)在运动机构工作台上装夹找正标定参照物，得到标定参照物坐标系与运动末端坐标系的位置关系；

(2)移动相机从多个方位拍摄标定参照物得到标定图像，由此标定出相机内参数以及相机坐标系相对于标定参照物坐标的位置关系；

(3)根据已经的得到的标定参照物坐标系与运动末端坐标系的位置关系以及相机坐标系相对于标定参照物坐标的位置关系，计算相机坐标系与运动末端坐标系间的位置关系。

所述标定参照物存在可以通过机械找正确定其坐标系的几何元素，并存在可用于相机标定的非对称的平面几何特征。

所述配套图像处理算法包括如下步骤：

(1)对原图像进行灰度化，对灰度图像上进行高斯滤波操作；

(2)采用最大类间方差法，即Otsu法进行二值化，寻找二值化后图像中的轮廓边缘，初步拟合椭圆；

(3)对灰度图像用Canny算法进行边缘检测，得到更为精确的边缘。用步骤(2)拟合的椭圆信息对像素边缘进行筛选，在对其进行畸变校正后，最终采用RANSAC方法进行椭圆拟合得到待测导孔在图像坐标下最终的表达式。

所述检测精度分析方法包括如下步骤：

(1)将系统标定参数输入到虚拟成像模型中，对检测零件的三维模型进行成像得到待测导孔的理论成像，并处理得到导孔边缘理论表达表达式；

(2)对于待测导孔的理论和实际边缘表达式E_t、E_r，从两个方面分析导孔的加工精度：