主動式紅外無損檢測無人機(jī)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種探測航空航天結(jié)構(gòu)的無人機(jī)，屬于航空航天結(jié)構(gòu)件等大型復(fù)雜構(gòu)件的無損檢測領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空、航天制造技術(shù)的不斷發(fā)展，復(fù)合材料以其高的比強(qiáng)度、比剛度及良好的抗疲勞性和耐腐蝕性獲得廣泛的應(yīng)用。但復(fù)合材料由于制造誤差及由載荷、振動等因素產(chǎn)生的缺陷對航空航天結(jié)構(gòu)件的性能會產(chǎn)生嚴(yán)重影響，因此實(shí)現(xiàn)對航空航天結(jié)構(gòu)件的高效在線檢測尤為重要。航空航天結(jié)構(gòu)件體積偏大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，人員登高親自查驗(yàn)效率低且給安全留下了隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的是為了解決航空航天結(jié)構(gòu)件體積偏大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，人員登高親自查驗(yàn)效率低且給安全留下了隱患的問題，提供了一種主動式紅外無損檢測無人機(jī)系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明所述主動式紅外無損檢測無人機(jī)系統(tǒng)，包括無人機(jī)本體，在無人機(jī)本體上設(shè)置無人機(jī)掛載監(jiān)測模塊，無人機(jī)掛載監(jiān)測模塊根據(jù)地面計算機(jī)無線發(fā)送的指令采集被測體外表面紅外圖像，采集的紅外圖像反饋給地面計算機(jī)，進(jìn)而判斷出被測體外表面的缺陷類型及位置；
所述無人機(jī)掛載監(jiān)測模塊包括供電電源、紅外相機(jī)、激光器、數(shù)據(jù)采集卡、機(jī)載發(fā)射/接收模塊、光纖和準(zhǔn)直鏡;供電電源為紅外相機(jī)、激光器、數(shù)據(jù)采集卡和機(jī)載發(fā)射/接收模塊提供工作電源；
地面計算機(jī)通過地面發(fā)射/接收模塊發(fā)送位置指令控制無人機(jī)本體移動至被測體外表面的某一具體位置；同時，地面計算機(jī)通過地面發(fā)射/接收模塊發(fā)送采集指令，數(shù)據(jù)采集卡通過機(jī)載發(fā)射/接收模塊接收該采集指令，數(shù)據(jù)采集卡根據(jù)采集指令控制激光器的調(diào)制信號和功率，激光器發(fā)射的光束通過光纖，并經(jīng)準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直處理后照在被測體的外表面;數(shù)據(jù)采集卡根據(jù)采集指令觸發(fā)紅外相機(jī)進(jìn)行圖像序列采集；
紅外相機(jī)采集的圖像序列反饋至地面計算機(jī)，地面計算機(jī)將采集到的圖像序列與參考信號做鎖相運(yùn)算，來獲取被測體的光熱輻射信號幅值圖與相位圖；
重復(fù)改變無人機(jī)本體的位置，全面采集被測體外表面的圖像序列，通過獲取的每個區(qū)域的光熱輻射信號幅值圖與相位圖來獲取其缺陷類型及位置。
[0005]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明采用主動式紅外無損檢測無人機(jī)系統(tǒng)，只要在地面操控?zé)o人機(jī)即可近距離觀察，并且該無人機(jī)載有激光器及紅外成像相機(jī)，可對構(gòu)件進(jìn)行主動式激勵，并把紅外圖像傳至電腦中，能高效準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)設(shè)備的缺陷檢測，保障了航空航天設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和人員的安全。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)高空在線紅外無損檢測，樣件完全無損傷、非接觸，大大提高了航空航天大型結(jié)構(gòu)件的檢測效率及準(zhǔn)確度;本發(fā)明采用主動式紅外無損檢測無人機(jī)系統(tǒng)，通過對樣件進(jìn)行主動式光源激勵可實(shí)現(xiàn)缺陷類型及位置的高分辨率識別。
【附圖說明】
[0006]圖1是本發(fā)明所述主動式紅外無損檢測無人機(jī)系統(tǒng)的原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0007]【具體實(shí)施方式】一:下面結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述主動式紅外無損檢測無人機(jī)系統(tǒng)，包括無人機(jī)本體，在無人機(jī)本體上設(shè)置無人機(jī)掛載監(jiān)測模塊2，無人機(jī)掛載監(jiān)測模塊2根據(jù)地面計算機(jī)10無線發(fā)送的指令采集被測體1外表面紅外圖像，采集的紅外圖像反饋給地面計算機(jī)10，進(jìn)而判斷出被測體1外表面的缺陷類型及位置；
所述無人機(jī)掛載監(jiān)測模塊2包括供電電源3、紅外相機(jī)4、激光器5、數(shù)據(jù)采集卡6、機(jī)載發(fā)射/接收模塊7、光纖8和準(zhǔn)直鏡9;供電電源3為紅外相機(jī)4、激光器5、數(shù)據(jù)采集卡6和機(jī)載發(fā)射/接收模塊7提供工作電源；
地面計算機(jī)10通過地面發(fā)射/接收模塊11發(fā)送位置指令控制無人機(jī)本體移動至被測體1外表面的某一具體位置;同時，地面計算機(jī)10通過地面發(fā)射/接收模塊11發(fā)送采集指令，數(shù)據(jù)采集卡6通過機(jī)載發(fā)射/接收模塊7接收該采集指令，數(shù)據(jù)采集卡6根據(jù)采集指令控制激光器5的調(diào)制信號和功率，激光器5發(fā)射的光束通過光纖8，并經(jīng)準(zhǔn)直鏡9準(zhǔn)直處理后照在被測體1的外表面;數(shù)據(jù)采集卡6根據(jù)采集指令觸發(fā)紅外相機(jī)4進(jìn)行圖像序列采集；
紅外相機(jī)4采集的圖像序列反饋至地面計算機(jī)10，地面計算機(jī)10將采集到的圖像序列與參考信號做鎖相運(yùn)算，來獲取被測體1的光熱輻射信號幅值圖與相位圖；
重復(fù)改變無人機(jī)本體的位置，全面采集被測體1外表面的圖像序列，通過獲取的每個區(qū)域的光熱輻射信號幅值圖與相位圖來獲取其缺陷類型及位置。
[0008]紅外相機(jī)4設(shè)置在激光器5的上表面，且紅外相機(jī)4的鏡頭和激光器5的激光發(fā)射端面向同一位置。
[0009]機(jī)載發(fā)射/接收模塊7和地面發(fā)射/接收模塊11的結(jié)構(gòu)相同，且都設(shè)置有天線。
[00?0] 本實(shí)施方式方案是基于光熱福射測量(Photo thermal rad1metry，PTR)原理，地面計算機(jī)10通過信號端(機(jī)載接收/發(fā)射模塊7、地面接收/發(fā)射模塊11)將觸發(fā)信號傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集卡6中，產(chǎn)生調(diào)制頻率為f的調(diào)制信號，調(diào)制信號通過BNC數(shù)據(jù)線控制激光器5，激光器5通過光纖8、經(jīng)準(zhǔn)直鏡9匯聚到被測體1表面，調(diào)制變化的激光照射到被測體1后由于存在光熱效應(yīng)，被測體1出現(xiàn)溫度漲落與紅外輻射，光熱輻射信號與樣件光熱特性參數(shù)相關(guān)，信號被紅外相機(jī)4采集，生成圖像序列，獲取的圖像序列與頻率同為f的參考信號做鎖相運(yùn)算，此方法可以實(shí)現(xiàn)對被測體1缺陷的高分辨率檢測。
[0011]具體實(shí)施步驟如下:
步驟1、確定要測量的航空航天設(shè)備樣件；
步驟2、開啟地面計算機(jī)10及地面接收/發(fā)射模塊11;
步驟3、開啟主動式紅外無損檢測無人機(jī)系統(tǒng)，此步驟包括紅外相機(jī)4、激光器5、機(jī)載接收/發(fā)射模塊7、數(shù)據(jù)采集卡6等設(shè)備的開啟；
步驟4、通過地面信號端操控?zé)o人機(jī)系統(tǒng)至相應(yīng)的檢測位置；
步驟5、使用紅外相機(jī)4進(jìn)行成像，此步驟需要調(diào)整紅外相機(jī)4焦距，以使紅外熱像儀可以清晰的對樣本進(jìn)行成像； 步驟6、地面計算機(jī)10內(nèi)置的控制軟件設(shè)置激光器5的調(diào)制信號f、功率，同時觸發(fā)紅外相機(jī)4進(jìn)行圖像序列米集；
步驟7、地面計算機(jī)10內(nèi)置的控制軟件將采集到的圖像序列與參考信號做鎖相運(yùn)算，從而得到樣件光熱輻射信號幅值圖與相位圖；
步驟8、操控?zé)o人機(jī)系統(tǒng)至另一檢測位置；
步驟9、重復(fù)步驟5—步驟7。
[0012]完成采用主動式紅外無損檢測無人機(jī)系統(tǒng)對樣件的檢測過程。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.主動式紅外無損檢測無人機(jī)系統(tǒng)，包括無人機(jī)本體，其特征在于，在無人機(jī)本體上設(shè)置無人機(jī)掛載監(jiān)測模塊2，無人機(jī)掛載監(jiān)測模塊2根據(jù)地面計算機(jī)10無線發(fā)送的指令采集被測體1外表面紅外圖像，采集的紅外圖像反饋給地面計算機(jī)10，進(jìn)而判斷出被測體1外表面的缺陷類型及位置； 所述無人機(jī)掛載監(jiān)測模塊2包括供電電源3、紅外相機(jī)4、激光器5、數(shù)據(jù)采集卡6、機(jī)載發(fā)射/接收模塊7、光纖8和準(zhǔn)直鏡9;供電電源3為紅外相機(jī)4、激光器5、數(shù)據(jù)采集卡6和機(jī)載發(fā)射/接收模塊7提供工作電源； 地面計算機(jī)10通過地面發(fā)射/接收模塊11發(fā)送位置指令控制無人機(jī)本體移動至被測體1外表面的某一具體位置;同時，地面計算機(jī)10通過地面發(fā)射/接收模塊11發(fā)送采集指令，數(shù)據(jù)采集卡6通過機(jī)載發(fā)射/接收模塊7接收該采集指令，數(shù)據(jù)采集卡6根據(jù)采集指令控制激光器5的調(diào)制信號和功率，激光器5發(fā)射的光束通過光纖8，并經(jīng)準(zhǔn)直鏡9準(zhǔn)直處理后照在被測體1的外表面;數(shù)據(jù)采集卡6根據(jù)采集指令觸發(fā)紅外相機(jī)4進(jìn)行圖像序列采集； 紅外相機(jī)4采集的圖像序列反饋至地面計算機(jī)10，地面計算機(jī)10將采集到的圖像序列與參考信號做鎖相運(yùn)算，來獲取被測體1的光熱輻射信號幅值圖與相位圖； 重復(fù)改變無人機(jī)本體的位置，全面采集被測體1外表面的圖像序列，通過獲取的每個區(qū)域的光熱輻射信號幅值圖與相位圖來獲取其缺陷類型及位置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述主動式紅外無損檢測無人機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，紅外相機(jī)4設(shè)置在激光器5的上表面，且紅外相機(jī)4的鏡頭和激光器5的激光發(fā)射端面向同一位置。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述主動式紅外無損檢測無人機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，機(jī)載發(fā)射/接收模塊7和地面發(fā)射/接收模塊11的結(jié)構(gòu)相同，且都設(shè)置有天線。
【專利摘要】主動式紅外無損檢測無人機(jī)系統(tǒng)，屬于航空航天結(jié)構(gòu)件等大型復(fù)雜構(gòu)件的無損檢測領(lǐng)域，本發(fā)明為解決航空航天結(jié)構(gòu)件體積偏大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，人員登高親自查驗(yàn)效率低且給安全留下了隱患的問題。本發(fā)明包括無人機(jī)本體，在無人機(jī)本體上設(shè)置無人機(jī)掛載監(jiān)測模塊，地面計算機(jī)無線發(fā)送位置指令控制無人機(jī)本體移動至被測體外表面的某一具體位置；數(shù)據(jù)采集卡根據(jù)采集指令控制激光器的調(diào)制信號和功率，激光器發(fā)射的光束通過光纖，并經(jīng)準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直處理后照在被測體的外表面；紅外相機(jī)進(jìn)行圖像序列采集；地面計算機(jī)將采集到的圖像序列與參考信號做鎖相運(yùn)算，來獲取被測體的光熱輻射信號幅值圖與相位圖，進(jìn)而獲取其缺陷類型及位置。
【IPC分類】G01N25/72
【公開號】CN105486716
【申請?zhí)枴緾N201510840463
【發(fā)明人】劉俊巖, 楊珺涵, 王揚(yáng)
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年11月27日