【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于飞行器制造质量检测，尤其涉及基于多线阵图像的舱体外型面加工质量检测系统及方法。
技术介绍
1、舱体是飞行器的关键组成，一般设计为中大型薄壁圆柱结构件，品种复杂、高度不一，不仅整体具有较大长径比，而且外型面结构特征数量繁多、尺寸加工精度高。以某舱体为例，外型面分布各类对接孔、铆接孔、通孔槽、盲孔槽等200余个，孔内外径、孔间夹角、孔间轴向距离、槽长宽等检测项目多达500余项，且不允许存在特征错、漏加工；此外，由于舱体检测项目的设计精度高，用户方对检测系统的测量精度提出严格要求，其中孔内外径、孔间轴向距离的测量精度应优于±0.03mm，孔间夹角测量精度应优于±1′。开展飞行器舱体外型面加工质量检测，是保证后续舱体装配工序准确安装的必要措施，也是飞行器生产质量管控的必然要求。
2、面对舱体如此大数量、高精度等级的检测项目，操作卡尺、测高仪、三坐标等传统量具或检测系统的方式已显露诸多弊端：(a)卡尺或测高仪的操作把控与精度评判完全取决于检验人员的技巧与经验；(b)三坐标面向小孔间夹角等项目难以直接测量；(c)人工肉眼目视查验大数量特征容易视觉疲劳，检测遗漏率高；(d)单件舱体全项目检测耗时长、人员劳动强度大；(e)质量结果数据手工抄录的原始方式经常发生检测项目或结果数据错漏写问题，也无法直接转换成质量数据包与mes等生产制造信息管理平台互联互通，一旦发生质量问题，追溯难度大、周期长。
3、针对传统检测方法存在的弊端，舱体数字化检测技术也被陆续提出并研究，但相关主题的专利与论文总体数量较少，已有资料提
4、线阵相机由一行或多行感光芯片构成，具备高帧幅数、高分辨率(精度可达3.3um/pixel)，在lcd面板检测、pcb检测等幅面较宽、要求高精高速的流水线测量场合应用广泛；同时，由于其被测视野为细长带状，尤其适合柱面质量测量场景。尽管线阵相机贴合舱体外型面尺寸测量需求，但目前尚未有一篇专利或文献提出应用线阵相机完成舱体外型面加工质量检测的解决方案。究其原因，处理超大分辨率线阵图像进行大批量特征检测仍存在以下难点：
5、(a)读取处理多线阵图像对计算机性能要求过高，配置成本价格不菲。单个线阵相机采集舱体一周外型面后生成的原始线阵图尺寸可高达16384×100000，图像文件大小超过1.5g，若结合舱体整件高度检测需求配置n个线阵相机，拼接后完整线阵图尺寸接近(16000×n)×100000，图像文件大小接近n×1.4g(除去各原始线阵图之间的重合区域后估算)。若保留原始图像分辨率，即便按像素级逐一读取像素点试图拼接完整线阵图，计算机在拼接过程即发生内存崩溃，难以生成单张完整线阵图文件，即便假设已生成近n×1.4g大小的完整线阵图文件，设计具有如此量级性能的计算机配置也成为难题，价格更需重金投入；若为实现图像拼接合成及其后续正常读取操作，直接将所有原始线阵图下采样转变为低分辨率图像，但像素精度成倍下降，反而无法兼顾原有尺寸检测精度要求。
6、(b)现有专利文献提供的批量特征检测方法耗时长、效率难以匹配舱体检测需求。已提出的超大分辨率图像批量特征检测方法基本采用滑窗遍历裁剪：例如原图大小为16000×16000，采用416×416像素的滑窗，最后生成约1500张子图。此外，滑窗裁剪还需有不少于15％的重叠区域保证特征拼接连续，但不可避免需额外消耗更多计算资源。由此，若应用于n个线阵相机采集检测场景，至少操作生成接近9000×n张子图，面向如此庞大数量子图执行遍历裁剪、特征检测、像素计算等操作，计算用时至少超1h以上，而其中相当数量子图并无待检特征的存在，占用资源耗时处理却并无直接效益，性价比过低。
7、近年来，飞行器性能要求日益严苛，结构大型化快速发展，进而舱体设计尺寸不断增大，单件舱体检验项目愈发增多，质量要求水涨船高；与此同时，飞行器短周期研制、高密度发射已成常态化。综上分析，为满足飞行器复杂结构件高精高效质量检测的行业需求和数字化检测技术迭代升级的发展趋势，亟需探索基于多线阵图像的舱体外型面加工质量检测方法及系统。
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了基于多线阵图像的舱体外型面加工质量检测方法及系统，具有检测功能全、计算精度高、批量执行快、应用成本低、柔性扩展强等综合优点。
2、本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：基于多线阵图像的舱体外型面加工质量检测系统，包括硬件层、算法层、应用层、用户层。
3、硬件层包括至少一个线阵相机、隧道光源和转台；其中，线阵相机用于逐行采集舱体在不同高度位置的外型面图像；隧道光源用于线性高亮照明舱体外型面，保证均匀清晰成像；转台用于匀速回转舱体使得舱体外型面与线阵相机产生相对运动，保证舱体各高度位置的一周外型面均可被线阵相机采集并输出多张舱体外型面展开的原始线阵图；
4、算法层包括多图像缩比拼接模块、特征区域映射模块、孔轮廓提取模块、槽轮廓提取模块、孔径质量判定模块、孔间角度质量判定模块、孔间距离质量判定模块、槽尺寸质量判定模块、特征错漏判定模块；其中，多图像缩比拼接模块用于多张原始线阵图拼接合成单张完整缩比图的处理计算；特征区域映射模块用于同一特征在完整缩比图中框选矩形区域坐标映射至在原始线阵图中配对子图矩形区域坐标的处理计算；孔轮廓提取模块用于从原始线阵图配对子图中提取孔特征内外圆轮廓的处理计算；槽轮廓提取模块用于从原始线阵图中配对子图中提取槽特征矩形轮廓的处理计算；孔径质量判定模块用于计算孔特征内外圆直径的实测值，并与理论尺寸比较判定合格与否；孔间角度质量判定模块用于计算两孔特征之间角度的实测值，并与理论尺寸比较判定合格与否；孔间距离质量判定模块用于计算两孔特征之间轴向距离的实测值，并与理论尺寸比较判定合格与否；槽尺寸质量判定模块用于计算槽长、宽的实测值，并与理论尺寸比较判定合格与否；特征错漏判定模块用于比对舱体加工件完整缩比图与舱体标准件完整缩比图之间的特征差异，判定是否存在本不应有却被错加工出的特征或本应有却遗漏未加工的特征。
5、应用层包括检测任务管理模块、检测图像采集模块、检测模板配置模块、检测判定模块、检测报告模块。其中，检测任务管理模块用于提供检测任务接收、检测模板调用、自动检测启动、检测结果查询上传等业务功能；检测图像采集模块用于提供原始线阵图采集、完整缩比图拼接合成等业务功能；检测模板配置模块用于提供待检特征检测项目参数定制化配置的业务功能本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于多线阵图像的舱体外型面加工质量检测系统，其特征在于：包括硬件层、算法层、应用层、用户层；
2.根据权利要求1所述的基于多线阵图像的舱体外型面加工质量检测系统，其特征在于：硬件层中，线阵相机采集舱体不同高度位置外型面图像的实现方式可取以下两种方式之一：(a)沿舱体高度方向固定安装至少两个线阵相机，其中，线阵相机安装数量适应待测舱体整件高度变化而柔性扩展，两两相邻线阵相机安装间隔高度依据舱体整件高度、单个线阵相机视野高度、两两相邻原始线阵图像重叠区高度参数计算；(b)安装单个线阵相机在一套直线模组机构上，直线模组机构带动线阵相机沿舱体高度方向依次移动至各个高度位置并分别采集成像，其中，直线模组机构行程适应待测舱体整件高度变化而柔性扩展，线阵相机移动间隔高度依据舱体整件高度、单个线阵相机视野高度、两两相邻原始线阵图像重叠区高度参数计算。
3.根据权利要求1所述的基于多线阵图像的舱体外型面加工质量检测系统，其特征在于：应用层和用户层中，所述待检特征包括孔特征和槽特征。
4.根据权利要求1所述的基于多线阵图像的舱体外型面加工质量检测系统，其特征在
5.一种适用于权利要求1-4任一项所述的基于多线阵图像的舱体外型面加工质量检测系统的检测方法，其特征在于,包括步骤：
6.根据权利要求5所述的基于多线阵图像的舱体外型面加工质量检测方法，其特征在于：步骤1和步骤4中，多图像缩比拼接模块处理计算的实现方法是基于高斯金字塔与L-ORB特征混合的图像下采样拼接算法，解算出各个原始线阵图相对于完整缩比图的变换矩阵。
7.根据权利要求5所述的基于多线阵图像的舱体外型面加工质量检测方法，其特征在于：步骤2中，特征区域映射模块处理计算的实现方法是依据待检特征在完整缩比图框选矩形区域的纵坐标判定所在原始线阵图编号，提取对应编号原始线阵图相对于完整缩比图的变换矩阵，解算该变换矩阵的逆矩阵作为区域映射因子。
8.根据权利要求5所述的基于多线阵图像的舱体外型面加工质量检测方法，其特征在于：步骤5中，孔轮廓提取模块处理计算的实现方法是基于多重Ostu与连通区域灰度方差混合的边缘提取拟合算法，从原始线阵图配对子图中提取出孔内外圆轮廓。
9.根据权利要求5所述的基于多线阵图像的舱体外型面加工质量检测方法，其特征在于：步骤5中，槽轮廓提取模块处理计算的实现方法是基于Ostu与最小二乘法混合的边缘提取拟合算法，从原始线阵图配对子图中提取出槽四周边缘轮廓。
10.根据权利要求5所述的基于多线阵图像的舱体外型面加工质量检测方法，其特征在于：步骤5中，孔径质量判定模块中实测值计算的实现方法是依据孔内外圆轮廓求解内外圆直径像素长度和圆心坐标，并将内外圆直径像素长度与原始线阵图图像分辨率相乘，计算出孔内外圆直径物理值。
11.根据权利要求5所述的基于多线阵图像的舱体外型面加工质量检测方法，其特征在于：步骤5中，孔间角度质量判定模块中实测值计算的实现方法是依据两孔圆心横坐标差值求解孔间周向间隔像素长度，并相乘一周360°与原始线阵图宽度的比值系数，计算出孔间角度物理值。
12.根据权利要求5所述的基于多线阵图像的舱体外型面加工质量检测方法，其特征在于：步骤5中，孔间距离质量判定模块中实测值计算的实现方法是依据两孔圆心纵坐标差值求解孔间轴向间隔像素长度，并相乘原始线阵图图像分辨率，计算出孔间轴向距离物理值。
13.根据权利要求5所述的基于多线阵图像的舱体外型面加工质量检测方法，其特征在于：步骤5中，槽尺寸质量判定模块中实测值计算的实现方法是依据槽四周边缘轮廓分别求解出槽轮廓周向与轴向的间隔像素长度，其中，将轴向间隔像素长度相乘原始线阵图图像分辨率计算出槽长度物理值；同孔间角度实测值计算求解出槽轮廓周向间隔角度物理值，并基于舱体物理半径计算出对应弦长作为槽宽度物理值。
14.根据权利要求5所述的基于多线阵图像的舱体外型面加工质量检测方法，其特征在于：步骤5中，特征错漏判定模块处理计算的实现方法是基于像素互减与几何矩混合的图像差异提取算法，处理获得舱体加工件完整缩比图与舱体标准件完整缩比图存在差异的各个特征轮廓面积及其中心坐标，若所有差异特征的轮廓面积均未超出舱体标准件完整缩比图中最小特征面积，则舱体加工件不存在漏加工或错加工，否则存在错、漏加工；进一步地，若差异特征中心坐标在舱体标准件完整缩比图中处于其中一个待检特征的框选矩形区域坐标范围内，则判定该待检特征本应加工却被遗漏；反之，若差异特征中心坐标在舱体标准件完整缩比图中均不处于任意一个待检特...
【技术特征摘要】
1.基于多线阵图像的舱体外型面加工质量检测系统，其特征在于：包括硬件层、算法层、应用层、用户层；
2.根据权利要求1所述的基于多线阵图像的舱体外型面加工质量检测系统，其特征在于：硬件层中，线阵相机采集舱体不同高度位置外型面图像的实现方式可取以下两种方式之一：(a)沿舱体高度方向固定安装至少两个线阵相机，其中，线阵相机安装数量适应待测舱体整件高度变化而柔性扩展，两两相邻线阵相机安装间隔高度依据舱体整件高度、单个线阵相机视野高度、两两相邻原始线阵图像重叠区高度参数计算；(b)安装单个线阵相机在一套直线模组机构上，直线模组机构带动线阵相机沿舱体高度方向依次移动至各个高度位置并分别采集成像，其中，直线模组机构行程适应待测舱体整件高度变化而柔性扩展，线阵相机移动间隔高度依据舱体整件高度、单个线阵相机视野高度、两两相邻原始线阵图像重叠区高度参数计算。
3.根据权利要求1所述的基于多线阵图像的舱体外型面加工质量检测系统，其特征在于：应用层和用户层中，所述待检特征包括孔特征和槽特征。
4.根据权利要求1所述的基于多线阵图像的舱体外型面加工质量检测系统，其特征在于：应用层中，所述检测项目包括孔内外径、孔间夹角、孔间轴向距离、槽长宽、错漏加工。
5.一种适用于权利要求1-4任一项所述的基于多线阵图像的舱体外型面加工质量检测系统的检测方法，其特征在于,包括步骤：
6.根据权利要求5所述的基于多线阵图像的舱体外型面加工质量检测方法，其特征在于：步骤1和步骤4中，多图像缩比拼接模块处理计算的实现方法是基于高斯金字塔与l-orb特征混合的图像下采样拼接算法，解算出各个原始线阵图相对于完整缩比图的变换矩阵。
7.根据权利要求5所述的基于多线阵图像的舱体外型面加工质量检测方法，其特征在于：步骤2中，特征区域映射模块处理计算的实现方法是依据待检特征在完整缩比图框选矩形区域的纵坐标判定所在原始线阵图编号，提取对应编号原始线阵图相对于完整缩比图的变换矩阵，解算该变换矩阵的逆矩阵作为区域映射因子。
8.根据权利要求5所述的基于多线阵图像的舱体外型面加工质量检测方法，其特征在于：步骤5中，孔轮廓提取模块处理计算的实现方法是基于多重ostu与连通区域灰度方差混合的边缘提取拟合算法，从原始线阵图配对子图中提取出孔内外圆轮廓。
9.根据权利要求5所述的基于多线阵图像的舱体外型面加工质量检测方法，其特征在于：步骤5中，槽轮廓提取模块处理计算的实现方法是基于ostu与最小二乘法混合的边缘提取拟合算法，从原始线阵图配对子图中提取出槽四周边缘轮廓。
10.根据权利要求5所述的基于多线阵图像的舱体...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈义平，金路，万舒彪，刘骁佳，洪海波，姜恒，兰欢，
申请(专利权)人：上海航天精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：
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