主动式红外无损检测无人机系统的制作方法
主动式红外无损检测无人机系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种探测航空航天结构的无人机，属于航空航天结构件等大型复杂构件的无损检测领域。
【背景技术】
[0002]随着航空、航天制造技术的不断发展，复合材料以其高的比强度、比刚度及良好的抗疲劳性和耐腐蚀性获得广泛的应用。但复合材料由于制造误差及由载荷、振动等因素产生的缺陷对航空航天结构件的性能会产生严重影响，因此实现对航空航天结构件的高效在线检测尤为重要。航空航天结构件体积偏大，结构复杂，人员登高亲自查验效率低且给安全留下了隐患。
【发明内容】
[0003]本发明目的是为了解决航空航天结构件体积偏大，结构复杂，人员登高亲自查验效率低且给安全留下了隐患的问题，提供了一种主动式红外无损检测无人机系统。
[0004]本发明所述主动式红外无损检测无人机系统，包括无人机本体，在无人机本体上设置无人机挂载监测模块，无人机挂载监测模块根据地面计算机无线发送的指令采集被测体外表面红外图像，采集的红外图像反馈给地面计算机，进而判断出被测体外表面的缺陷类型及位置；
所述无人机挂载监测模块包括供电电源、红外相机、激光器、数据采集卡、机载发射/接收模块、光纤和准直镜;供电电源为红外相机、激光器、数据采集卡和机载发射/接收模块提供工作电源；
地面计算机通过地面发射/接收模块发送位置指令控制无人机本体移动至被测体外表面的某一具体位置；同时，地面计算机通过地面发射/接收模块发送采集指令，数据采集卡通过机载发射/接收模块接收该采集指令，数据采集卡根据采集指令控制激光器的调制信号和功率，激光器发射的光束通过光纤，并经准直镜准直处理后照在被测体的外表面;数据采集卡根据采集指令触发红外相机进行图像序列采集；
红外相机采集的图像序列反馈至地面计算机，地面计算机将采集到的图像序列与参考信号做锁相运算，来获取被测体的光热辐射信号幅值图与相位图；
重复改变无人机本体的位置，全面采集被测体外表面的图像序列，通过获取的每个区域的光热辐射信号幅值图与相位图来获取其缺陷类型及位置。
[0005]本发明的优点:本发明采用主动式红外无损检测无人机系统，只要在地面操控无人机即可近距离观察，并且该无人机载有激光器及红外成像相机，可对构件进行主动式激励，并把红外图像传至电脑中，能高效准确地实现设备的缺陷检测，保障了航空航天设备的稳定运行和人员的安全。本发明可以实现高空在线红外无损检测，样件完全无损伤、非接触，大大提高了航空航天大型结构件的检测效率及准确度;本发明采用主动式红外无损检测无人机系统，通过对样件进行主动式光源激励可实现缺陷类型及位置的高分辨率识别。
【附图说明】
[0006]图1是本发明所述主动式红外无损检测无人机系统的原理框图。
【具体实施方式】
[0007]【具体实施方式】一:下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述主动式红外无损检测无人机系统，包括无人机本体，在无人机本体上设置无人机挂载监测模块2，无人机挂载监测模块2根据地面计算机10无线发送的指令采集被测体1外表面红外图像，采集的红外图像反馈给地面计算机10，进而判断出被测体1外表面的缺陷类型及位置；
所述无人机挂载监测模块2包括供电电源3、红外相机4、激光器5、数据采集卡6、机载发射/接收模块7、光纤8和准直镜9;供电电源3为红外相机4、激光器5、数据采集卡6和机载发射/接收模块7提供工作电源；
地面计算机10通过地面发射/接收模块11发送位置指令控制无人机本体移动至被测体1外表面的某一具体位置;同时，地面计算机10通过地面发射/接收模块11发送采集指令，数据采集卡6通过机载发射/接收模块7接收该采集指令，数据采集卡6根据采集指令控制激光器5的调制信号和功率，激光器5发射的光束通过光纤8，并经准直镜9准直处理后照在被测体1的外表面;数据采集卡6根据采集指令触发红外相机4进行图像序列采集；
红外相机4采集的图像序列反馈至地面计算机10，地面计算机10将采集到的图像序列与参考信号做锁相运算，来获取被测体1的光热辐射信号幅值图与相位图；
重复改变无人机本体的位置，全面采集被测体1外表面的图像序列，通过获取的每个区域的光热辐射信号幅值图与相位图来获取其缺陷类型及位置。
[0008]红外相机4设置在激光器5的上表面，且红外相机4的镜头和激光器5的激光发射端面向同一位置。
[0009]机载发射/接收模块7和地面发射/接收模块11的结构相同，且都设置有天线。
[00?0] 本实施方式方案是基于光热福射测量(Photo thermal rad1metry，PTR)原理，地面计算机10通过信号端(机载接收/发射模块7、地面接收/发射模块11)将触发信号传输到数据采集卡6中，产生调制频率为f的调制信号，调制信号通过BNC数据线控制激光器5，激光器5通过光纤8、经准直镜9汇聚到被测体1表面，调制变化的激光照射到被测体1后由于存在光热效应，被测体1出现温度涨落与红外辐射，光热辐射信号与样件光热特性参数相关，信号被红外相机4采集，生成图像序列，获取的图像序列与频率同为f的参考信号做锁相运算，此方法可以实现对被测体1缺陷的高分辨率检测。
[0011]具体实施步骤如下:
步骤1、确定要测量的航空航天设备样件；
步骤2、开启地面计算机10及地面接收/发射模块11;
步骤3、开启主动式红外无损检测无人机系统，此步骤包括红外相机4、激光器5、机载接收/发射模块7、数据采集卡6等设备的开启；
步骤4、通过地面信号端操控无人机系统至相应的检测位置；
步骤5、使用红外相机4进行成像，此步骤需要调整红外相机4焦距，以使红外热像仪可以清晰的对样本进行成像； 步骤6、地面计算机10内置的控制软件设置激光器5的调制信号f、功率，同时触发红外相机4进行图像序列米集；
步骤7、地面计算机10内置的控制软件将采集到的图像序列与参考信号做锁相运算，从而得到样件光热辐射信号幅值图与相位图；
步骤8、操控无人机系统至另一检测位置；
步骤9、重复步骤5—步骤7。
[0012]完成采用主动式红外无损检测无人机系统对样件的检测过程。
【主权项】
1.主动式红外无损检测无人机系统，包括无人机本体，其特征在于，在无人机本体上设置无人机挂载监测模块2，无人机挂载监测模块2根据地面计算机10无线发送的指令采集被测体1外表面红外图像，采集的红外图像反馈给地面计算机10，进而判断出被测体1外表面的缺陷类型及位置； 所述无人机挂载监测模块2包括供电电源3、红外相机4、激光器5、数据采集卡6、机载发射/接收模块7、光纤8和准直镜9;供电电源3为红外相机4、激光器5、数据采集卡6和机载发射/接收模块7提供工作电源； 地面计算机10通过地面发射/接收模块11发送位置指令控制无人机本体移动至被测体1外表面的某一具体位置;同时，地面计算机10通过地面发射/接收模块11发送采集指令，数据采集卡6通过机载发射/接收模块7接收该采集指令，数据采集卡6根据采集指令控制激光器5的调制信号和功率，激光器5发射的光束通过光纤8，并经准直镜9准直处理后照在被测体1的外表面;数据采集卡6根据采集指令触发红外相机4进行图像序列采集； 红外相机4采集的图像序列反馈至地面计算机10，地面计算机10将采集到的图像序列与参考信号做锁相运算，来获取被测体1的光热辐射信号幅值图与相位图； 重复改变无人机本体的位置，全面采集被测体1外表面的图像序列，通过获取的每个区域的光热辐射信号幅值图与相位图来获取其缺陷类型及位置。2.根据权利要求1所述主动式红外无损检测无人机系统，其特征在于，红外相机4设置在激光器5的上表面，且红外相机4的镜头和激光器5的激光发射端面向同一位置。3.根据权利要求1所述主动式红外无损检测无人机系统，其特征在于，机载发射/接收模块7和地面发射/接收模块11的结构相同，且都设置有天线。
【专利摘要】主动式红外无损检测无人机系统，属于航空航天结构件等大型复杂构件的无损检测领域，本发明为解决航空航天结构件体积偏大，结构复杂，人员登高亲自查验效率低且给安全留下了隐患的问题。本发明包括无人机本体，在无人机本体上设置无人机挂载监测模块，地面计算机无线发送位置指令控制无人机本体移动至被测体外表面的某一具体位置；数据采集卡根据采集指令控制激光器的调制信号和功率，激光器发射的光束通过光纤，并经准直镜准直处理后照在被测体的外表面；红外相机进行图像序列采集；地面计算机将采集到的图像序列与参考信号做锁相运算，来获取被测体的光热辐射信号幅值图与相位图，进而获取其缺陷类型及位置。
【IPC分类】G01N25/72
【公开号】CN105486716
【申请号】CN201510840463
【发明人】刘俊岩, 杨珺涵, 王扬
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月27日
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种探测航空航天结构的无人机，属于航空航天结构件等大型复杂构件的无损检测领域。
【背景技术】
[0002]随着航空、航天制造技术的不断发展，复合材料以其高的比强度、比刚度及良好的抗疲劳性和耐腐蚀性获得广泛的应用。但复合材料由于制造误差及由载荷、振动等因素产生的缺陷对航空航天结构件的性能会产生严重影响，因此实现对航空航天结构件的高效在线检测尤为重要。航空航天结构件体积偏大，结构复杂，人员登高亲自查验效率低且给安全留下了隐患。
【发明内容】
[0003]本发明目的是为了解决航空航天结构件体积偏大，结构复杂，人员登高亲自查验效率低且给安全留下了隐患的问题，提供了一种主动式红外无损检测无人机系统。
[0004]本发明所述主动式红外无损检测无人机系统，包括无人机本体，在无人机本体上设置无人机挂载监测模块，无人机挂载监测模块根据地面计算机无线发送的指令采集被测体外表面红外图像，采集的红外图像反馈给地面计算机，进而判断出被测体外表面的缺陷类型及位置；
所述无人机挂载监测模块包括供电电源、红外相机、激光器、数据采集卡、机载发射/接收模块、光纤和准直镜;供电电源为红外相机、激光器、数据采集卡和机载发射/接收模块提供工作电源；
地面计算机通过地面发射/接收模块发送位置指令控制无人机本体移动至被测体外表面的某一具体位置；同时，地面计算机通过地面发射/接收模块发送采集指令，数据采集卡通过机载发射/接收模块接收该采集指令，数据采集卡根据采集指令控制激光器的调制信号和功率，激光器发射的光束通过光纤，并经准直镜准直处理后照在被测体的外表面;数据采集卡根据采集指令触发红外相机进行图像序列采集；
红外相机采集的图像序列反馈至地面计算机，地面计算机将采集到的图像序列与参考信号做锁相运算，来获取被测体的光热辐射信号幅值图与相位图；
重复改变无人机本体的位置，全面采集被测体外表面的图像序列，通过获取的每个区域的光热辐射信号幅值图与相位图来获取其缺陷类型及位置。
[0005]本发明的优点:本发明采用主动式红外无损检测无人机系统，只要在地面操控无人机即可近距离观察，并且该无人机载有激光器及红外成像相机，可对构件进行主动式激励，并把红外图像传至电脑中，能高效准确地实现设备的缺陷检测，保障了航空航天设备的稳定运行和人员的安全。本发明可以实现高空在线红外无损检测，样件完全无损伤、非接触，大大提高了航空航天大型结构件的检测效率及准确度;本发明采用主动式红外无损检测无人机系统，通过对样件进行主动式光源激励可实现缺陷类型及位置的高分辨率识别。
【附图说明】
[0006]图1是本发明所述主动式红外无损检测无人机系统的原理框图。
【具体实施方式】
[0007]【具体实施方式】一:下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述主动式红外无损检测无人机系统，包括无人机本体，在无人机本体上设置无人机挂载监测模块2，无人机挂载监测模块2根据地面计算机10无线发送的指令采集被测体1外表面红外图像，采集的红外图像反馈给地面计算机10，进而判断出被测体1外表面的缺陷类型及位置；
所述无人机挂载监测模块2包括供电电源3、红外相机4、激光器5、数据采集卡6、机载发射/接收模块7、光纤8和准直镜9;供电电源3为红外相机4、激光器5、数据采集卡6和机载发射/接收模块7提供工作电源；
地面计算机10通过地面发射/接收模块11发送位置指令控制无人机本体移动至被测体1外表面的某一具体位置;同时，地面计算机10通过地面发射/接收模块11发送采集指令，数据采集卡6通过机载发射/接收模块7接收该采集指令，数据采集卡6根据采集指令控制激光器5的调制信号和功率，激光器5发射的光束通过光纤8，并经准直镜9准直处理后照在被测体1的外表面;数据采集卡6根据采集指令触发红外相机4进行图像序列采集；
红外相机4采集的图像序列反馈至地面计算机10，地面计算机10将采集到的图像序列与参考信号做锁相运算，来获取被测体1的光热辐射信号幅值图与相位图；
重复改变无人机本体的位置，全面采集被测体1外表面的图像序列，通过获取的每个区域的光热辐射信号幅值图与相位图来获取其缺陷类型及位置。
[0008]红外相机4设置在激光器5的上表面，且红外相机4的镜头和激光器5的激光发射端面向同一位置。
[0009]机载发射/接收模块7和地面发射/接收模块11的结构相同，且都设置有天线。
[00?0] 本实施方式方案是基于光热福射测量(Photo thermal rad1metry，PTR)原理，地面计算机10通过信号端(机载接收/发射模块7、地面接收/发射模块11)将触发信号传输到数据采集卡6中，产生调制频率为f的调制信号，调制信号通过BNC数据线控制激光器5，激光器5通过光纤8、经准直镜9汇聚到被测体1表面，调制变化的激光照射到被测体1后由于存在光热效应，被测体1出现温度涨落与红外辐射，光热辐射信号与样件光热特性参数相关，信号被红外相机4采集，生成图像序列，获取的图像序列与频率同为f的参考信号做锁相运算，此方法可以实现对被测体1缺陷的高分辨率检测。
[0011]具体实施步骤如下:
步骤1、确定要测量的航空航天设备样件；
步骤2、开启地面计算机10及地面接收/发射模块11;
步骤3、开启主动式红外无损检测无人机系统，此步骤包括红外相机4、激光器5、机载接收/发射模块7、数据采集卡6等设备的开启；
步骤4、通过地面信号端操控无人机系统至相应的检测位置；
步骤5、使用红外相机4进行成像，此步骤需要调整红外相机4焦距，以使红外热像仪可以清晰的对样本进行成像； 步骤6、地面计算机10内置的控制软件设置激光器5的调制信号f、功率，同时触发红外相机4进行图像序列米集；
步骤7、地面计算机10内置的控制软件将采集到的图像序列与参考信号做锁相运算，从而得到样件光热辐射信号幅值图与相位图；
步骤8、操控无人机系统至另一检测位置；
步骤9、重复步骤5—步骤7。
[0012]完成采用主动式红外无损检测无人机系统对样件的检测过程。
【主权项】
1.主动式红外无损检测无人机系统，包括无人机本体，其特征在于，在无人机本体上设置无人机挂载监测模块2，无人机挂载监测模块2根据地面计算机10无线发送的指令采集被测体1外表面红外图像，采集的红外图像反馈给地面计算机10，进而判断出被测体1外表面的缺陷类型及位置； 所述无人机挂载监测模块2包括供电电源3、红外相机4、激光器5、数据采集卡6、机载发射/接收模块7、光纤8和准直镜9;供电电源3为红外相机4、激光器5、数据采集卡6和机载发射/接收模块7提供工作电源； 地面计算机10通过地面发射/接收模块11发送位置指令控制无人机本体移动至被测体1外表面的某一具体位置;同时，地面计算机10通过地面发射/接收模块11发送采集指令，数据采集卡6通过机载发射/接收模块7接收该采集指令，数据采集卡6根据采集指令控制激光器5的调制信号和功率，激光器5发射的光束通过光纤8，并经准直镜9准直处理后照在被测体1的外表面;数据采集卡6根据采集指令触发红外相机4进行图像序列采集； 红外相机4采集的图像序列反馈至地面计算机10，地面计算机10将采集到的图像序列与参考信号做锁相运算，来获取被测体1的光热辐射信号幅值图与相位图； 重复改变无人机本体的位置，全面采集被测体1外表面的图像序列，通过获取的每个区域的光热辐射信号幅值图与相位图来获取其缺陷类型及位置。2.根据权利要求1所述主动式红外无损检测无人机系统，其特征在于，红外相机4设置在激光器5的上表面，且红外相机4的镜头和激光器5的激光发射端面向同一位置。3.根据权利要求1所述主动式红外无损检测无人机系统，其特征在于，机载发射/接收模块7和地面发射/接收模块11的结构相同，且都设置有天线。
【专利摘要】主动式红外无损检测无人机系统，属于航空航天结构件等大型复杂构件的无损检测领域，本发明为解决航空航天结构件体积偏大，结构复杂，人员登高亲自查验效率低且给安全留下了隐患的问题。本发明包括无人机本体，在无人机本体上设置无人机挂载监测模块，地面计算机无线发送位置指令控制无人机本体移动至被测体外表面的某一具体位置；数据采集卡根据采集指令控制激光器的调制信号和功率，激光器发射的光束通过光纤，并经准直镜准直处理后照在被测体的外表面；红外相机进行图像序列采集；地面计算机将采集到的图像序列与参考信号做锁相运算，来获取被测体的光热辐射信号幅值图与相位图，进而获取其缺陷类型及位置。
【IPC分类】G01N25/72
【公开号】CN105486716
【申请号】CN201510840463
【发明人】刘俊岩, 杨珺涵, 王扬
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月27日
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