航天密封圈的曲面成像理论及其缺陷检测

针对利用视觉图像技术检测O形(密封)圈这类全向曲面特征零件的表面缺陷时存在曲面成像一致性差的难题,研究了曲面成像基础理论和航天系统用O形圈表面成像及其表面缺陷的全自动检测方法。首先,把O形圈表面划分为细小网格状的曲面小块,基于曲面小块的双向反射分布函数得到点光源辐照时曲面小块的辐射强度计算公式。然后,通过半球积分求得空间连续光源辐照条件下曲面小块的辐射强度计算方法。最后,结合O形圈曲面方程,建立了O形圈表面成像理论,并据此提出基于三镜头相机组的O形圈表面缺陷成像检测方法。对O形圈弧段曲面的成像实验表明:理论计算的亮度分布与实际亮度分布一致,垂直安装的镜头相机组对应的平均亮度误差为6.8,标准差为12.6;倾斜安装的镜头相机组相应的平均亮度误差最大为19.4,标准差为10.3;缺陷检测实验表明,所提方法能可靠检测出O形圈表面任意位置的缺陷,能够实现航天密封圈的全自动可靠检测。

基于Ward反射模型的航天密封圈表面缺陷检测

为有效检测航天系统密封圈表面的缺陷,提出一种基于Ward反射模型的检测方法。根据Ward反射模型计算密封圈曲面在不同光源方向和不同观测方向下的辐射强度。通过计算得到密封圈表面的灰度阈值,提取出相机采集的密封圈表面高亮区域。对于不带缺陷的密封圈,当某区域产生缺陷后,该区域各像素点的表面法向发生改变,造成在相同的光源方向与观测方向下,表面灰度图像中高亮度区域与基于Ward模型的表面高辐射区域在数量和位置上不对等。由基于Ward模型的辐射图像确定比值ks,提取出该密封圈不带缺陷时其灰度图像中的高亮度区域。在提取出的相机采集的密封圈表面高亮区域中,结合图像噪声、密封圈表面细微粉尘和若该密封圈不带缺陷时的灰度图像中的高亮度区域这三者面积,筛选出密封圈缺陷区域。实验结果表明,该方法能够有效地提取密封圈表面的凹痕、飞边等缺陷,并能给出占据的像素面积。