[发明专利]碳纤维复合材料出口分层损伤鲁棒性视觉检测方法

说明书

本发明属于机械加工领域，提出了一种碳纤维复合材料出口分层损伤鲁棒性视觉检测方法，通过梯度迭代最小截尾二乘法和多尺度阈值分割消除毛刺、材料纹理等干扰因素影响，实现分层损伤的快速、高精度提取；该方法首先采用视觉检测系统采集钻削出口图像；然后基于梯度迭代最小截尾二乘法拟合圆心与半径；最后通过多尺度自适应阈值分割对图像进行处理，提取出口分层区域。实现分层损伤的快速、高精度提取，为在位、实时检测提供条件。

技术领域

本发明属于机械加工领域，涉及一种碳纤维复合材料出口分层损伤鲁棒性视觉检测方法。

背景技术

碳纤维复合材料(CarbonFiberReinforcedPolymer，简称CFRP)，具有高比强度、高比模量、耐腐蚀、耐疲劳等性能优点。钻削加工是CFRP最常见的加工方式。在加工过程中的力、热作用下，纤维容易从基体上脱开或断裂，极易产生分层损伤，进而影响构件的承载性能。

CFRP分层的准确检测是对CFRP构件加工质量进行评估的基础。现阶段，最常用的无损检测方法包括超声C扫描、X射线CT、视觉检测等。其中超声C扫描、X射线CT两种方法检测速度慢，且难以实现分层损伤的实时在位检测。视觉测量方法具备的特点使其具备了在CFRP大型复杂构件上应用的潜力。但由于CFRP材料背景复杂、圆拟合精度差、阈值选取困难等问题的存在，难以满足CFRP制孔分层损伤区域提取的速度、鲁棒性及精度要求。

对于出口分层损伤视觉检测方法，AlejandroHernandez等人2020年在《InstituteofElectricalandElectronicsEngineers》发表了文章《AMachineVisionFrameworkforAutonomousInspectionofDrilledHolesinCFRPPanels》，通过高分辨率相机对孔出口分层进行拍摄，用图像处理算法来测量最大损伤处、分层面积。东北大学的温泉等人在专利《一种碳纤维复合材料钻削损伤的表征方法》(专利号CN201510528966.7)通过超景深显微镜对试验得到的制孔出口形貌进行视觉检测，但是对于损伤区域提取方法不明确、提取精度低，且难以实现分层损伤的实时在位检测。

发明内容

本发明要解决的技术难题是针对CFRP出口复杂背景、毛刺干扰、材料纹理导致分层提取速度慢、鲁棒性及精度差的问题，发明一种碳纤维复合材料分层损伤鲁棒性视觉检测方法。该方法首先使用工业相机获取待检测孔的图像，然后对出口的圆心和半径进行拟合，最后，通过阈值分割对图像进行二值化处理，提取出口分层。该方法有效克服了复杂背景、毛刺干扰、材料纹理等因素的影响，实现了复合材料钻削出口分层的快速高精提取。

一种碳纤维复合材料出口分层损伤鲁棒性视觉检测方法，该方法是通过梯度迭代最小截尾二乘法和多尺度阈值分割消除干扰因素影响，实现分层损伤的快速、高精度提取；具体步骤如下：

第一步，采用视觉检测系统采集钻削出口图像；

拍摄复合材料的钻削出口；光源照明装置2位于待测物3上方进行照亮，工业相机1位于二者上端对待测物3进行拍摄，视野中出现一个完整的加工孔，获得p张出口图像；

第二步，基于梯度迭代最小截尾二乘法拟合圆心与半径；

对所获取的图像进行灰度化处理和二值化处理，再进行Gabor滤波处理；通过边缘检测算法提取出加工孔的出口轮廓；对获取的出口轮廓数据，根据圆周点和离群点的不同分布特性，通过提出梯度迭代最小截尾二乘法，迭代消除离群点后确定圆心和半径；

优化目标函数表示为：

f＝∑g(x_i,y_i)² (1)