本發(fā)明涉及航空檢測，尤其涉及一種大尺寸金屬壁板蒙皮屬性數(shù)字化檢測系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

1、隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，航空航天產(chǎn)品對金屬壁板蒙皮提出了更高的要求。

2、在航空航天產(chǎn)品中，金屬壁板蒙皮通常由輕質(zhì)且具有高強度的材料制成，基體材料有鋁、鋁合金、鈦和鈦合金、銅、銅合金或奧氏體不銹鋼等。設計時，為保證蒙皮件的強度，一般會設計為一側(cè)面為光滑面，另一側(cè)為帶加強筋的網(wǎng)格面，以在滿足強度的同時實現(xiàn)減重。金屬壁板蒙皮的制造涉及到成形、機加工銑網(wǎng)格等，這些步驟需要精確的工藝控制和質(zhì)量檢測，以確保金屬壁板蒙皮的質(zhì)量和性能符合設計要求。

3、當前生產(chǎn)過程中多采用的人工手動檢測方法，測量指標覆蓋率低、測量效率低、數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較差、數(shù)據(jù)信息化水平低，易出現(xiàn)漏檢、檢驗一致性差的問題。已不適用智轉(zhuǎn)數(shù)改工程的發(fā)展趨勢和高質(zhì)量生產(chǎn)的迫切需求。特別對于大尺寸航天產(chǎn)品工件，人工測量過程時間長，操作誤差大，測量過程的準確性和效率都亟待提高。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于針對上訴現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出了一種大尺寸金屬壁板蒙皮的數(shù)字化檢測技術(shù)方案，用于解決傳統(tǒng)方法檢測過程時間長，檢測指標覆蓋率低，整體流程信息化水平低的問題，以滿足航空航天產(chǎn)品高質(zhì)量生產(chǎn)的迫切需求和智轉(zhuǎn)數(shù)改工程的發(fā)展趨勢。

2、具體而言，本發(fā)明提供了一種大尺寸金屬壁板蒙皮屬性數(shù)字化檢測系統(tǒng)，其特征在于，其包括包括雙目光學跟蹤儀1、固定工裝2、二維工業(yè)相機3、三維球形掃描儀4、多軸機械臂5、自動導引車6、軟件分析工作站7和安全網(wǎng)8，所述雙目光學跟蹤儀1實現(xiàn)對大尺寸金屬壁板的測量跟蹤視場的全覆蓋，用于確定三維球形掃描儀4的坐標，所述固定工裝2放置于由雙目光學跟蹤儀1確定的視場范圍內(nèi)設定的位置，用于放置待檢壁板，所述二維工業(yè)相機3和三維球形掃描儀4固定于多軸機械臂5末軸上，用于對待檢壁板進行測量，所述自動導引車6和多軸機械臂5組裝為復合機器人，作為測量承載平臺，所述軟件分析工作站7接收采集的二維數(shù)據(jù)和三維數(shù)據(jù)，并完成分析工作，所述安全網(wǎng)8用于圍擋檢測工位，實現(xiàn)封閉式空間管理。

3、進一步的是，所述雙目光學跟蹤儀1設置為三組，三組分別設置在置待檢壁板的弧內(nèi)側(cè)的中心位置，和置待檢壁板的弧外側(cè)的兩端。

4、進一步的是，固定工裝2為與待檢壁板匹配的弧形，兩端各有一個立柱，用于夾持待檢壁板。

5、進一步的是，所述多軸機械臂5具有多個軸，在三維方向上調(diào)節(jié)末端位置。

6、本發(fā)明還提供了一種大尺寸金屬壁板蒙皮屬性數(shù)字化檢測方法，其使用權(quán)利要求1所述的大尺寸金屬壁板蒙皮屬性數(shù)字化檢測系統(tǒng)，其特征在于，其包括下述步驟：s1、搭建基于雙目光學跟蹤儀1的全覆蓋測量跟蹤視場，將待測壁板安裝于固定工裝2，實現(xiàn)對待測壁板的全視野覆蓋；s2、將自動導引車6、多軸機械臂5組裝為復合機器人，并在多軸機械臂5安裝三維球形掃描儀4和二維工業(yè)相機3；s3、啟動復合機器人，按照規(guī)劃路線，使用三維球形掃描儀4獲取壁板表面三維點云數(shù)據(jù)，使用二維工業(yè)相機3獲取壁板表面二維圖像數(shù)據(jù)；s4、將獲取的數(shù)據(jù)傳至軟件分析工作站7，完成蒙皮屬性分析和缺陷檢測；s5、生成檢測結(jié)果屬性報表，撤離待測壁板。

7、進一步的是，步驟s1包含以下步驟：

8、步驟s101、根據(jù)待測壁板最大尺寸、設備屬性和現(xiàn)場環(huán)境，進行掃描視場分析計算，根據(jù)所采用的雙目光學跟蹤儀1的最大覆蓋范圍、自動導引車6、多軸機械臂5的動作范圍、三維球形掃描儀4和二維工業(yè)相機3的有效距離，合理設置系統(tǒng)占地面積，對視場覆蓋范圍進行詳細計算，實現(xiàn)對待測壁板的測量跟蹤視場的全覆蓋；

9、步驟s102、根據(jù)分析結(jié)果，搭建固定工裝2，并設定雙目光學跟蹤儀1位置，完成對跟蹤視場的搭建，實現(xiàn)數(shù)字化檢測所需的測量跟蹤視場。

10、進一步的是，步驟s2包含以下步驟：

11、步驟s201、選用多軸機械臂5與自動導引車6進行組裝，搭建測量承載平臺，其中，分析自動導引車6所要搭載設備的重量和多軸機械臂5的共同協(xié)作高度，完成承載平臺的搭建；

12、步驟s202、在多軸機械臂5上使用支架工裝，兩臂分別安裝三維球形掃描儀4和二維工業(yè)相機3。

13、進一步的是，步驟s3包含以下步驟：

14、步驟s301、根據(jù)待測壁板型號，根據(jù)壁板型號，自動導引車6采用激光導航，人工合理規(guī)劃行駛路線和多軸機械臂5動作，根據(jù)路徑規(guī)劃結(jié)果，生成多軸機械臂5運動的路徑點，每個路徑點都包含多軸機械臂5的位置和姿態(tài)信息，以及三維球形掃描儀4和二維工業(yè)相機3的位置和朝向信息；

15、步驟s302、啟動復合機器人，分別按照三維掃描動作路線和二維拍攝動作路線共執(zhí)行兩次，獲取三維點云數(shù)據(jù)和二維圖像數(shù)據(jù)。

16、進一步的是，步驟s4包含以下步驟：

17、步驟s401、三維點云數(shù)據(jù)和二維圖像數(shù)據(jù)經(jīng)無線網(wǎng)絡傳輸至工作站；

18、步驟s402、使用三維點云算法基于三維點云數(shù)據(jù)計算壁板壁厚、筋寬的屬性；

19、步驟s403、使用深度學習算法基于二維圖像數(shù)據(jù)檢測壁板表面存在劃痕、螺紋傷的缺陷。

20、進一步的是，在步驟s301中：在進行行駛路徑規(guī)劃時，考慮多軸機械臂5、三維球形掃描儀4和二維工業(yè)相機3周圍可能存在的障礙物，通過設置合適的安全距離或進行碰撞檢測，確保路徑規(guī)劃能夠避開障礙物；首先確定多軸機械臂5，三維球形掃描儀4和二維工業(yè)相機3的起始點和終點，以確保覆蓋整個壁板表面；將壁板表面劃分為多個小區(qū)域，以便進行更細致的掃描，對于每個小區(qū)域，定義一個掃描路徑，以覆蓋該區(qū)域的所有點，掃描路徑的定義采用以下策略：

21、在壁板待測面為光滑面時，對光滑面內(nèi)區(qū)域采用蛇形掃描路徑：從起始點開始，沿著水平方向進行掃描，然后在達到邊界時，向下一行平移，并改變掃描方向，依此類推，直到到達終點，

22、三維球形掃描儀4的軌跡運行參數(shù)為：與待測區(qū)域件的距離在最優(yōu)掃描距離300±30mm內(nèi)，三維球形掃描儀4的雙目與待測區(qū)域垂直，掃描速度設定200-400mm/s。

23、本發(fā)明可用于對大尺寸金屬壁板蒙皮的多種生產(chǎn)屬性進行數(shù)字化檢測，結(jié)合生產(chǎn)標準，指導和調(diào)整大尺寸金屬壁板生產(chǎn)過程。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠克服壁板工件尺寸大、人工檢測時間長、檢測誤差大等困難，基于數(shù)字化檢測技術(shù)，實現(xiàn)對大尺寸金屬壁板蒙皮屬性的數(shù)字化檢測。詳細來說：

24、第一，本發(fā)明搭建了全覆蓋的測量跟蹤視場，通過跟蹤儀使得對大尺寸金屬壁板所有區(qū)域?qū)崿F(xiàn)覆蓋，完整獲取大尺寸金屬壁板的三維數(shù)據(jù)和二維數(shù)據(jù)，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的對大尺寸金屬壁板難以測量、測量誤差大的問題，使得本發(fā)明對不同尺寸壁板測量的自適應能力得到顯著加強，為實現(xiàn)不同尺寸壁板數(shù)字化測量提供了保障。

25、第二，本發(fā)明采用了三維球形掃描儀4和二維工業(yè)相機3相結(jié)合的方法作為數(shù)據(jù)獲取手段，解決了現(xiàn)有方法只能在二維或三維進行測量的局限性，同時為后續(xù)更多屬性的測量提供豐富的數(shù)據(jù)支持，為不同維度和模態(tài)的數(shù)據(jù)相互配合提供了一種方法。

26、第三，本發(fā)明采用了一系列的大尺寸金屬壁板蒙皮的點云和表面質(zhì)量自動化掃描、拍照路徑規(guī)劃方法和工藝參數(shù)，使得本發(fā)明能夠完成對壁厚、筋寬等屬性的精確計算，以及對蒙皮表面缺陷的準確檢測。