一种虚实数据交互的航空管系微小漏点空间定位装置及方法

本发明涉及航空管路检测，具体为一种虚实数据交互的航空管系微小漏点空间定位装置及方法。

背景技术：

1、航空工业中，随着飞机越来越精密化小型化的发展，现代飞机的管路系统日益复杂，针对飞机复杂管路密封性能的日常检测维护具有重要意义，是保障飞行安全的重要手段之一；

2、目前的管路密封检测方法存在一些挑战和不足，传统的管路泄漏检测方法通常通过特殊信号的出现进行泄漏判断，如声信号、压力波信号、有色介质(气体、液体)信号等；

3、这些方法在实际的维护过程中，均需要对相关管路进行停机处理，然后通过在管路分布空间内布置传感器，向管系中通入检测介质，最后从外部进行加压，实现对管系的密封性检测；

4、这种检测手段过程繁琐，耗时耗力，且检测过程中可能会对被检管系造成一定的损伤，同时，检测过程中的一些微小泄漏往往因为介质的流出量不足而被忽视，造成管系泄漏检测困难、效率低下，除此之外，在复杂管路结构多样、管路密集区域可达性差等因素的限制下，这些检测手段受到人工视觉判断的局限性限制极大，难以实现漏点接头的精确定位，无法快速对泄漏接头进行确认，例如，在飞机的制造和装配过程中，需要对机载各种管路进行气密性测试，现场装配的检测方法需要工人处于固定工位上，用肉眼观察特定检测信号(如肥皂泡)来判断有无泄漏发生，技术工人长时间的重复性检测工作容易产生疲劳造成误判，特别是在检测细小、密集、复杂的三维管系结构时，极易导致判断错误；

5、现阶段，航空工业对飞机管路密封性能的检测覆盖面、维护维修效率提出了更高的要求，为了应对航空复杂管路系统微小泄漏接头检测难、泄漏接头无法快速筛查等问题，航空工程师和地勤技术人员亟需一种高效可靠的方法来实现对复杂管系的精确、快速检测，并准确定位泄漏点的接头信息，以满足检测需求，实现管路检测自动化、智能化要求；

6、针对上述问题，发明人提出一种虚实数据交互的航空管系微小漏点空间定位装置及方法用于解决上述问题。

技术实现思路

1、为了解决上述的问题；本发明的目的在于提供一种虚实数据交互的航空管系微小漏点空间定位装置及方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种虚实数据交互的航空管系微小漏点空间定位装置，所述空间定位装置包括装置模块、主控系统和工控系统；

3、所述装置模块包括agv移动模块、机械臂模块、检测装置模块和机械臂基座；

4、所述agv移动模块包括动力系统和自主控制系统；

5、所述机械臂模块包括倾角调节关节与末端夹持关节，所述机械臂模块实现检测末端对不同区域检测时的俯仰角度高精度调节；

6、所述检测装置模块包括声阵列传感检测装置、末端散热装置和按键、触控混合控制装置，所述检测装置模块实现对空间泄漏点的精确扫描识别，并解算漏点在检测末端坐标系下的空间位置；

7、所述机械臂基座包括主体连接装置，所述机械臂基座确定检测末端相对机器人本体的坐标位置，方便装置实现坐标转换；

8、所述主控系统为装置模块的底层控制程序，所述主控系统发出的指令由agv移动模块的自主控制系统接收，用来实现agv移动模块的自主路径规划、循迹、遍历，同时可用于接收人工遥控信号，转入人工控制模式，所述主控系统对数据进行实时传输，且作为数据中转站，将检测末端传输来的信息通过空间局域网发送至工控系统；

9、所述工控系统为工人远距离操控平台，所述工控系统的主体为计算机软件操作系统，通过工控系统实现人工介入控制移动、检测数据传输存储、离线图像信息处理、实时漏点位置信息显示，是工作人员在线监控检测作业过程的操作台，保障检测过程的安全与高效。

10、优选地，所述动力系统携带机械臂模块及检测装置模块，按照既定规划路线或人工遥控操作指令运动，对沿途经过的区域进行扫描拍摄并记录空间位置坐标信息，所述自主控制系统包含一台微型计算机，用于接收主控系统发送的指令信息，控制动力系统的电机执行移动和调节指令，以保证整个检测过程的高效、稳定运行。

11、优选地，所述倾角调节关节通过电机带动旋钮转动，旋钮联结螺杆带动上侧齿轮结构转动，以实现手臂的角度控制，所述末端夹持关节按照agv移动模块携带的自主控制系统发送的指令进行动作，由高精度角度传感器控制俯仰角度的数值。

12、优选地，所述声阵列传感检测装置用于捕获特定频率下的泄漏声信号，所述末端散热装置用于维持传感器处于合适的工作温度，提高检测精度，所述按键、触控混合控制装置用于实现声传感器阵列的采集频域设定以及超声检测仪的初始参数设置。

13、本发明还提供了一种虚实数据交互的航空管系微小漏点空间定位装置的方法，包括以下步骤：

14、s1、低定位精度下针对复杂空间管路漏点空间定位的逆向估计算法

15、在计算过程中，引入标准测量点，通过消除空间坐标x、y、z的测量误差，提高运算时初始数据的精度，同时，提出逆向时延估计算法，即采用逆向的标签信号采集方式，通过消除多个基站信号采集延迟延迟不同步的问题，提高采集过程的参数数据精度；

16、s2、图像处理的管接头信息获取及泄漏判定

17、通过超声检测仪获取管路接头区域的声压信息图片，通过图像处理获取泄漏点附近的接头数量信息、管径信息，通过泄漏点的灰度处理色域结果进行泄漏判定；

18、s3、虚实交互的泄漏点坐标数据对比定位

19、取泄漏接头色域的中心区域位置，将该中心位置按照匹配准则调整至画幅中心，裁剪校正画幅大小，使画幅中提取到的管径与三维模型中的管径互相匹配，进而得到泄漏接头的具体编号。

20、优选地，所述s1的具体方法包括以下步骤：

21、a1、设定标准测量点，根据当前检测场景的空间数据，在区域内人为随机设定信号标签，标签选择标准及标签安放位置的评估方法按照如下流程实现；

22、估计空间管路分布区域的拟合四边形边最大边长为α，所选定位标签型号的稳定通信距离为β，随机放置的相邻标签间距离为d；

23、区域的近似中心处需安置一枚标签，作为标准测量点的设置起点，以实现标签的全局覆盖，其余标签在满足下述标准的情况下，按照近似对称原则在区域两侧合理均匀分布即可，具体标准如下；

24、所选型号标签的稳定通讯距离应满足以下条件：

25、

26、相邻标签放置的距离应满足以下条件：

27、

28、a2、检测装置模块的基站坐标点x校准回零，将检测装置模块放入a1中标签空间的任意位置，选定放置地点为基站零点，启动基站，采集此时的标签信号信息，通过分析逆向时延估计算法计算装置此时所处的位置，系统将自动选取该位置为空间区域零点，逆向时延估计算法如下：

29、假设基站初始坐标位置为(0，0)，运动过程中基站坐标为(x，y)，光速为c，装置检测过程中某时刻采集到任意三个标签的坐标为(x1，y1)、(x2，y2)、(x3，y3)，三个标签发出信号被采集的时间分别为ti(i＝1，2，3)，则有计算公式：

30、

31、解上述方程即可获取运动过程中基站的实时坐标(x，y)；

32、a3、设定超声检测仪的检测参数，设置过程主要参数包括画幅大小h、图像景深δu，所采用超声检测仪的镜头参数如下：焦距f，光圈值f，景深容许弥散圆δ，根据检测装置模块的拍摄距离u，则景深有如下计算公式：

33、

34、式中，容许弥散圆应满足如下条件：

35、

36、a4、误差消除，工控系统通过提取超声检测仪的检测距离u、基站坐标点x，通过与设备设定的标准检测点位比对，消除定位误差。

37、优选地，所述s2的具体方法包括以下步骤：

38、b1、特征提取，超声检测仪在标准检测点处拍摄管路照片，工控系统提取照片进行处理，通过特征提取获得管路接头数量、管路管径；

39、b2、泄漏判定，通过图像灰度处理方法，将所拍摄图片转至灰度空间，根据超声检测仪拍摄到的声压色域分布状况进行漏点判定，具体判别流程如下：

40、rgb-to-hsv转换原理，对于图像中任意坐标点，其rgb颜色空间为(r,g,b)，hsv颜色空间为(h,s,v)，将r、g、b值转换到0～1之间：

41、

42、计算h、s、v值：

43、v＝max(r,g,b)

44、

45、若h值小于0，将该值加上360，得到最终h值：

46、h＝h+360

47、hsv图像的可视化，将各个值转换到0～255之间：

48、

49、根据实验所得图像的处理结果，建立漏点存在的判定准则如下：

50、

51、处理完成后的图像，若画幅内出现上述色域，即判定此处存在泄漏点，输出漏点图像以及此时检测装置所处坐标，同步输出经由s1中的方法计算得到的漏点空间坐标信息；

52、b3、根据b2中判定结果，结合b1的管路接头信息，获取标准检测点处的多视角模型图像存储，数量若干。

53、优选地，所述s3的具体方法包括以下步骤：

54、c1、读取泄漏接头图像，根据s2中的判定结果，自动提取判定结果为存在泄漏点的图像，存储图像信息，并提取其坐标信息；

55、c2、调整泄漏接头位置至画幅中心，检测装置模块的标准画幅为h，标准画幅中心区域面积为k，标准单位像素面积为p，设实际拍摄图像单位像素面积为p0，色域像素点数量为n0，所拍摄画幅面积为h0，计算色域像素面积s0，有以下计算公式：

56、s0＝h0×n0×p0

57、根据匹配原则将漏点图像各参数调整至如下范围：

58、

59、即可自动将所拍摄图像漏点接头调整至画幅的中心区域；

60、c3、实际管路接头与虚拟模型接头进行匹配，被测管路的标准模型中，管路管径为r，设定装置的标准水平线为i，实际拍摄的管路图像提取得到的管径为r0，提取的管路边界轮廓线条为t，建立有如下匹配比对准则：

61、

62、式中，表示平行于；

63、匹配得到模型图像后，结合s2中b2的漏点坐标输出结果，输出虚拟模型中的接头编号。

64、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

65、1、本发明中，通过引入标准测量点，消除空间坐标x、y、z的测量误差，提高运算时初始输入数据的精度，采用逆向信号采集技术，由单一基站采集多个标签，消除多个基站联动时信号采集的延迟，无需进行基站的零时刻校准(时间同步)，提高算法的定位精度至0.01m；

66、2、本发明中，通过分析漏点接头位置的声压图像信息，建立了基于灰度图像的漏点自动判定准则，并给出了相应的判定标准，实现基于图像本身特征的判定，实现实时检测，无需搭建数据库，取代传统的视觉检测判定方法；

67、3、本发明中，通过虚实数据交互功能，在获取实际图像数据的同时，能够通过图像处理得到实际管路的接头特征和周围的管径特征，能够通过匹配准则自主与数模图片进行比对，可实现漏点接头编号、位置等信息的一次性自动化提取，极大提高筛选效率。