一种无人机喷涂层缺陷检测装置

技术领域

本发明涉及喷涂层缺陷检测装置技术领域，尤其涉及一种无人机喷涂层缺陷检测装置。

背景技术

喷涂生产工艺流程是一种常见的表面处理方法，进行喷涂层缺陷检测一直是喷涂生产工业关注的一个重要问题。然而，由于工艺水平及生产环境不确定性因素会造成涂层表面产生不同程度的缺陷。常见的无人机漆面缺陷类型有划痕、污垢、缩孔、橘皮、流挂等。例如，油漆粘度太高或涂装车间温度太高会导致漆面呈现如橘子皮一样的凹凸感，光泽度变差；喷涂不均或涂料粘度偏低会导致漆膜产生不均的条纹及流痕的现象；被涂物、涂装截止或涂料中存在导致缩孔的物质，会使涂膜产生反拔和局部收缩的现象。随着科技的不断升级，无人机消费市场不断升级，漆面外观及质量受到越来越多的关注。因此，对喷涂层进行缺陷检测尤为重要。然而，目前无人机在喷涂层缺陷检测，尤其是使用过程中的喷涂层检查方面仍然依赖人工方式，尚未出现专用自动检测装置，市场上迫切需要一种能够高效进行大规模无人机喷涂层缺陷检测的创新装置。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

传统的人工检测速度较慢，效率低下，不能满足大规模生产的需要，而且需要专业人员才能完成，这也导致了人工检测成本高昂；其次，检测人员长时间对喷涂层进行检测容易出现疲劳，导致检测的准确性下降，容易出现漏检、误检的情况；而且人工检验喷涂层缺陷时，也易受情绪、习惯等主观因素影响，存在主观性较高的问题，同时人工检测也很难实现对缺陷特征尺寸的精确测量。此外，仅靠人工不能达到完全准确的质量判断，增加了返工成本，限制了企业扩大产能，甚至还可能会造成用户满意度降低，对企业声誉造成影响。近年来，随着工业信息化和智能化的发展，涂装漆面缺陷检测对自动化、智能化生产模式的需求日益增长。机器视觉作为新兴技术，具有高效、稳定和自动化程度高的特点，为漆面缺陷检测系统的研发奠定了技术基础。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种无人机喷涂层缺陷检测装置。

以解决传统人工检测的成本高昂、效率低下、准确性低、质量不稳定等问题，同时解决人工喷涂层检测主观性较高，很难实现对缺陷特征尺寸的精确测量问题。通过采用自动化装置，并结合机器视觉技术，可以在有效降低人力资源投入的同时，提高检测的效率、精确性、稳定性以及全面性。

本发明的目的是通过以下技术方案加以实现的：一种无人机喷涂层缺陷检测装置包括：

光源，安装于偏析相机上方，主要用于对偏析相机进行调节补光。光源结构中设有固定套、调节球、支撑杆和螺栓，调节球可在固定套的内部滚动，使得灯珠的照射角度可以得到调整，从而能够精准的调节补光效果，提高图像采集的清晰度，再通过拧紧螺栓可将调节球与固定套的位置固定。

偏析相机，本装置采用偏析相机，通过移动装置安装于椭圆轨道之上，用于对无人机喷涂层表面进行图像采集。

主机及显示器，用于对偏析相机采集到的图像进行处理，以及用于显示无人机3D图像与检测结果，供用户直观观测。

椭圆形轨道，可以以支撑架为中心轴进行多角度的转动，以便偏析相机在椭圆形轨道上围绕无人机进行全方位图像采集。此外，椭圆轨道的长短轴尺寸，依据被检测无人机外形进行设置，使得安装于轨道上的相机距离被检测无人机表面的最大距离不超过25cm，以保证放大比例较大的成像图像，降低图像检测的难度。

支撑架，选用不锈钢制成，也可采用环保的其它金属或非金属材料制成。主要在无人机进行检测时起到支撑作用。

圆盘底座，选用不锈钢制成，也可采用环保的其它金属或非金属材料制成。作为整个系统的地面支撑。

系统硬件主要包括光源、偏析相机、视觉处理器等，系统软件主要包括视觉分析系统和运动控制系统。

进一步，所述控制器由主控模块、以太网、RS485串口通信、功率放大器和电源模块构成；主控模块由单片机、数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑门阵列(FPGA)、嵌入式系统(ARM)中的一种或多种组合作为信号处理器(装置主芯片)，并配有内存、串口、并口、I2C、GPIO等接口电路，用于接收外部设备的信号，并根据情况向外部设备输出控制信号；主机向移动装置输出位置信息，实现移动装置在轨道上的精准移动，进而实现偏析相机的移动；且通过GPIO口向椭圆形轨道输出控制信号控制轨道进行多角度旋转；偏析相机将采集到的无人机喷涂层图像通过以太网传输至主控模块中进行喷涂是否存在缺陷的判定，并对缺陷进行分类和定位处理。

进一步，所述无人机喷涂层缺陷检测装置的控制方法为：系统上电，系统进行初始化；选定若干个拍摄点，偏析相机基于预定椭圆轨道移动至各拍摄点，通过多角度转动椭圆轨道，实现对无人机喷涂层表面全方位的图像采集，并将采集到的图像实时传输至主控模块；主控模块针对拍摄的图像进行视觉处理，获得工作区域的位置数据，生成无人机外轮廓3D视觉图像；主控模块基于机器视觉算法对采集到的图像进行喷涂层缺陷判定，并对缺陷进行分类，并结合标记算法计算出缺陷处在平面坐标系中的具体位置，在无人机3D视觉图像上进行标注。系统对漆面缺陷检测的过程和结果全程保存在本地电脑数据库上，同时可以与无人机车间管理系统对接，实现检测结果的分类查询、汇总分析功能。

结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

第一、本发明的优点在于可以实现无人机喷涂缺陷检测的自动化，避免了传统人工检测的种种缺点，具有检测效率高、适用于大规模检测、人工成本低、准确度高等显著优点。这不仅有助于满足大规模无人机涂装生产需求，而且能够提高无人机涂装生产线的整体经济效益。同时提高检测准确性，避免传统人工检测中可能存在的主观性问题。通过设置独特的相机移动轨道，本装置能够实现对无人机喷涂层表面更全面的检测。此外，通过采用先进的机器视觉技术和数据处理算法，利用机器模拟人眼的视觉功能，辅助完成漆面缺陷的检测和判断。本装置能够实现更为客观、精准的缺陷检测，确保生产质量的可靠性。

第二，本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：本发明技术方案转化后，将彻底解决目前无人机人工检测速度较慢且无法满足大规模生产需求；需要专业人员才能胜任，人工成本高昂；易受到个体经验、知识水平和主观判断的影响，存在较高的主观性等显著问题。本发明利用先进的自动化检测技术，消除了人工检验中的主观性和个体经验的影响。发展出了一种能够高效准确全面对无人机喷涂层缺陷进行检测的工业型喷涂检测产品，配备了高分辨率的偏析相机和图像处理算法，能够快速准确地识别并记录喷涂层的缺陷，确保了一致性和精准度，提高了检测速度和效率。本装置可广泛应用于无人机制造行业和相关领域，可以显著提高涂装质量检测的生产效率和质量控制水平。此外，减少了对专业人员的依赖以及人工成本的投入，进一步降低了生产成本，并为企业创造了更大的经济效益。本发明将会在无人机喷涂层缺陷检测领域形成新兴市场，将会带来巨大的预期市场与商业价值。

第三，本发明的技术方案解决了人们一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题：

长期以来，无人机喷涂检测一直采用传统的人工检测方式，通常人眼在正常视距(25cm)能分辨的最小尺寸约0.1mm左右。针对漆面缺陷检测，据统计约能达到70％～80％的检出率，但在灯带下长时间工作容易产生疲劳且对视力造成损害，并且无法精确提供缺陷种类及统计数据，很难满足无人机现代化生产的需求，实现无人机喷涂层大规模高效检测的技术难题始终未能成功解决；同时，无人机形状的不规则性，也使得对无人机表面的完全全面性检测变得困难；此外，喷涂层出现不同程度缺损的现象时常出现，对喷涂层进行定期检测的需求一直旺盛，却由于技术原因却长期无法得到满足。

本发明的技术方案为无人机喷涂层缺陷全自动检测提供了一条有效途径，并可为无人机喷涂层在无人机使用过程中出现损坏的防控提供有效手段，具有重要的实际应用价值。

附图说明

图1是本发明实施例提供的无人机喷涂层缺陷检测装置系统结构图。

图2是本发明实施例提供的无人机喷涂层缺陷检测装置中偏析相机与光源组合结构图。

图3是本发明实施例提供的无人机喷涂层缺陷检测装置中调节光源的结构图。

图4是本发明实施例提供的无人机喷涂层缺陷检测装置的控制器框架图。

图5是本发明实施例提供的无人机喷涂层缺陷检测装置的工作流程图。

图中：1、光源；101、壳体；102、灯珠；103、调节球；104、固定套；105、螺栓；106、支撑架；2、偏析相机；3、椭圆形轨道；4、支撑架；5、圆盘底座；6、主机显示器；7、相机移动装置。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种无人机喷涂层缺陷检测装置，包括：

光源，安装于偏析相机上方，主要用于对偏析相机进行调节补光，光源结构中设有固定套、调节球、支撑杆和螺栓，调节球可在固定套的内部滚动，使得灯珠的照射角度得到调整，从而能够精准的调节补光效果，提高图像采集的清晰度，再通过拧紧螺栓可将调节球与固定套的位置固定。光源的种类选择LED光源，照明方式选择正向的条形光源。

偏析相机，采用偏析相机，利用偏析相机获取到的偏振信息，可大幅增强被测物的细节特征体现。普通面阵相机难以辨别的缺陷，利用偏振相机可加以区分。偏振相机具备更强的缺陷识别能力。通过移动装置安装于椭圆轨道之上，用于对无人机喷涂层表面进行全方位的图像采集。通过偏析相机与光源的协同作用进行图像采集并传输至图像处理模块，对图像进行数字分析。

主机显示器，利用机器视觉技术对偏析相机采集到的图像进行处理，此外，还用于显示无人机3D图像与检测结果，供用户直观观测。通过检测装置与无人机的相对映射关系，在显示区域对检测结果进行标注，在无人机3D图上形成总体检测结果。

椭圆形轨道，可以以支撑架为中心轴进行多角度的转动，为偏析相机提供了全方位的图像采集能力，使其能够围绕无人机进行多角度、全景式的观测与记录。此外，椭圆轨道的长短轴尺寸，依据被检测无人机外形进行设置，使得安装于轨道上的相机距离被检测无人机表面的最大距离不超过25cm，以保证放大比例较大的成像图像，降低图像检测的难度。例如，大疆Mavic 3Classic型号无人机长度为34.75cm，宽度为28.3cm，高度10.07cm，则椭圆形轨道长轴可设置为78.3cm，短轴长度可设置为60.07cm。

支撑架，选用不锈钢制成，也可采用环保的其它金属或非金属材料制成。主要在无人机进行检测时起到支撑作用，确保装置的稳定性和准确性。

圆盘底座，选用不锈钢制成，也可采用环保的其它金属或非金属材料制成。作为整个系统的地面支撑，为装置提供坚固的基础。

系统硬件主要包括光源、偏析相机、视觉处理器、移动终端、处理器、ROM/RAM存储介质等，系统软件主要包括视觉分析系统和运动控制系统。控制器由主控模块、以太网、RS485串口通信、功率放大器和电源模块构成；主控模块由单片机、数字信号处理器(DSP)、可编程逻辑门阵列(FPGA)、嵌入式系统(ARM)中的一种或多种组合作为信号处理器(装置主芯片)，并配有内存、串口、并口、I2C、GPIO等接口电路，用于接收外部设备的信号，并根据情况向外部设备输出控制信号；主机向移动装置输出位置信息，实现移动装置在轨道上的精准移动，进而实现偏析相机的移动；且通过GPIO口向椭圆形轨道输出控制信号控制轨道进行多角度旋转；偏析相机将采集到的无人机图像通过以太网传输到主控模块中进行喷涂层缺陷检测，并对缺陷进行分类和定位处理。

装置的工作流程为：系统上电，系统进行初始化；椭圆轨道保持初始角度，选定若干个拍摄点，偏析相机基于预定椭圆轨道移动至各拍摄点，通过主控芯片控制椭圆轨道多角度转动，实现对无人机喷涂层表面全方位的图像采集，并将采集到的图像实时传输至主控模块；主控模块针对拍摄的图像进行视觉处理，获得工作区域的位置数据，生成无人机外轮廓3D视觉图像；主控模块基于机器视觉算法对采集到的图像进行喷涂层缺陷判定，并对缺陷进行分类处理，并结合标记算法计算出缺陷处在平面坐标系中的具体位置，在无人机3D视觉图像上进行标注。此外，系统对漆面缺陷检测的过程和结果全程保存在本地电脑数据库上，同时可以与无人机车间管理系统对接，实现检测结果的分类查询、汇总分析功能。

为了使本领域技术人员充分了解本发明是如何具体实现的，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。

图1示出了无人机喷涂层缺陷检测装置的系统结构图。装置主要由光源1、偏析相机2、椭圆形轨道3、支撑架4、圆盘底座5、主机及显示器6、相机移动装置7组成。

无人机喷涂层缺陷检测装置的工作原理是：首先，将无人机放置于支撑架4上，并启动偏析相机装置2，椭圆轨道3处于初始角度，选定若干个拍摄点，通过相机移动装置7实现偏析相机基于预定椭圆轨道3移动至各拍摄点，通过多角度转动椭圆轨道3，实现对无人机喷涂层表面全方位的图像采集；偏析相机将采集到的无人机图像通过以太网实时传输至主控模块；主控模块针对采集到的图像进行视觉处理，进行喷涂是否存在缺陷的判定，并对缺陷进行分类处理；同时获得工作区域的位置数据，生成无人机外轮廓3D视觉图像，在主机显示器6中进行显示，并结合标记算法计算出其在平面坐标系中的具体位置，对检测结果进行标注，通过主机显示屏6在无人机3D图上形成总体检测结果，供用户直观观测。

图2示出了无人机喷涂层缺陷检测装置中偏析相机与光源组合结构图。本装置将工业视觉相机与光源相组合，以偏析相机为主体，通过壳体101将光源安置于偏析相机的上方。

图3示出了无人机喷涂层缺陷检测装置中调节光源的结构图。光源结构包括壳体101以及设置在壳体内部的灯珠102，壳体的内部固定设有固定套104，固定套104的内部活动卡接有调节球103，将灯珠102固定安装于调节球103的内部，固定套104的侧壁螺纹设有螺栓105，螺栓105的端部与调节球103的侧壁相抵设置。通过拧紧螺栓105可将调节球103与固定套104的位置固定。从而能够精准的调节灯珠102的补光效果，提高图像采集的清晰度。

图4示出了无人机喷涂层缺陷检测装置的控制器框架图。图5示出了无人机喷涂层缺陷检测装置的工作流程图。现在结合控制器框架图和流程图阐述无人机喷涂层检测装置的控制方法，包括：

第一步，装置上电后，首先进行系统初始化工作，包括设置主芯片工作模式与工作参数、设置接口电路中可编程芯片工作模式及工作参数、设置默认的工作参数及工作模式。

第二步，选定若干个拍摄点，主机向移动装置输出位置信息，实现移动装置在轨道上的精准移动，进而实现偏析相机的移动；偏析相机基于预定椭圆轨迹移动至各拍摄点，通过主控芯片控制椭圆轨道多角度转动，实现对无人机喷涂层表面全方位的图像采集。

第三步，偏析相机通过以太网将采集到的无人机图像实时传输至主控模块。

第四步，主控模块基于手眼标定算法、OpenCV标定算法、IMU标定算法等多种算法进行图像的标定处理，结合图像扫描获取工作区域的坐标数值，沿工作区域起点至终点进行图像轮廓的扫描处理，即可生成三维轮廓的点云数据，在显示屏中显示无人机3D视觉图像，用于查看无人机喷涂层表面是否存在缺陷。

第五步，主控模块基于机器视觉算法对采集到的图像进行喷涂层缺陷判定，并对缺陷进行分类处理，然后结合标记算法计算出缺陷处在平面坐标系中的具体位置，在无人机3D视觉图像上进行标注，通过主机显示屏进行显示。

该系统对无人机喷涂层缺陷检测的过程和结果将会全程保存在本地电脑数据库上，同时可以与无人机车间管理系统对接，实现检测结果的分类查询、汇总分析功能。

应当注意，本发明的实施方式软件方法部分可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体，或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所做的做的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。