基于机器视觉的室外环境下飞机外表面雷击状况检查车的制作方法

本发明属于机场地面特种设备技术领域，具体涉及一种基于机器视觉的室外环境下飞机外表面(包含机翼上表面、水平安定面上表面、垂直安定面上端)雷击状况检查车。

背景技术：

飞机在飞行过程中存在遭受雷击的风险，轻度的雷击会造成飞机外表面金属烧灼、熔化或显示出金属变形的迹象，高强度的雷击会使飞机外表面上出现孔洞。飞机表面的雷击点通常是一个进入点和一个穿出点；雷击高概率区为：机翼前缘、机翼后缘、翼尖、发动机、垂尾尖端、水平安定尖端、升降舵、前鼻雷达屏蔽器和辅助动力装置。雷击造成的飞机损伤程度取决于多种因素，当飞机遭受雷击时，可能是无损伤的情况，不影响继续飞行，也可能会造成严重损伤，需要立即修理，这会使飞机长时间停用。雷击会严重影响航空公司的运营并造成昂贵的延误和服务中断费用，所以在飞机遭受雷击后迅速准确地对飞机的损伤程度进行检查判断将会有效地减少航空公司的损失费用。

传统的对飞机检查以发现雷击损坏的方法是当机组报告有雷击或者发现飞机有雷击迹象时由维修人员进行雷击检查。雷击检查包括目视检查和操作检查，目视检查结构有无雷击损伤，需要维修人员在飞机外表面上寻找雷击痕迹，并逐个痕迹进行检查，每个痕迹需要花费5到10分钟，操作检查电子电气系统确保工作正常。因此，当存在大量雷击点的情况下，传统的检查方式要求飞机在地面上停留很长时间，有时需要整天的时间，这会影响到航空公司的日常运营。欧洲航空公司easyjet正在测试开发一种使用无人机检查飞机雷击损失的新方法，无人机可以在大约三英尺远的范围内绕飞机飞行(使用激光确定距离)并定位雷击造成损坏的部位；厦门太古针对无人机绕机检查研究了一套经核准的通用技术指引和操作程序，绕机检查的无人机配备最新的防撞技术，通过内置程序控制无人机只能在预设的电子围栏内飞行，与飞机表面保持一定的预设距离，以确保安全运作。通过运用无人机来进行拍摄可以在数小时内完成以前需要整整一天的检查，大大缩减了雷击损伤的检查耗时，但是无人机在机坪飞行需经过中国民用航空局、空管、机场和其他管理部门的多方允许，一般的无人机巡检在国内是禁止的，所以该方法只适用于室内停放的飞机检查，针对大部分飞机遭雷击后临时停放在机场停机坪的情况并不适用。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于机器视觉的室外环境下飞机外表面雷击状况检查车，能够准确快速地完成飞机外表面雷击状况的检查，提高检查的效率和安全性。

为了达到上述目的，本发明提供的基于机器视觉的室外环境下飞机外表面雷击状况检查车包括提供移动作用的移动车、用于实现拍摄时水平方向移动的水平移动机构、用于实现拍摄时竖直方向的移动和承受各个机构总重量的竖直伸缩机构、用于实现拍摄时水平方向旋转的水平转动机构、用于增大拍摄范围和调整拍摄角度的伸缩摇臂机构、检查飞机外表面雷击损伤状况的拍摄系统和驾驶控制室；其中，移动车的前端连接有驾驶控制室，驾驶控制室内设有显示器及控制器；水平移动机构以能够前后移动的方式设置在移动车的顶面上；竖直伸缩机构的下端连接在水平移动机构上，上端连接在水平转动机构的下端；伸缩摇臂机构的下端连接在水平转动机构的上端，上端连接拍摄系统；控制器分别与显示器及水平移动机构、竖直伸缩机构、水平转动机构、伸缩摇臂机构和拍摄系统中各电控装置电连接。

所述的水平移动机构包括底板、滑动轨道、移动模组和第一伺服电机；其中，底板固定在移动车的顶面；滑动轨道沿前后方向延伸，两条滑动轨道分别设置在底板的表面两侧部位；移动模组以滑动的方式安装在滑动轨道上；第一伺服电机安装在底板的后端中部，输出轴外端连接在移动模组上，并且与控制器电连接。

所述的第一伺服电机为旋转电机。

所述的竖直伸缩机构包括第一基本臂、第一伸缩臂、第二伸缩臂、底座、转接盘和第二伺服电机；其中，底座固定在水平移动机构上移动模组的表面；第一基本臂为空心管状结构，下端固定在底座的表面；第一伸缩臂也为空心管状结构，嵌套在第一基本臂的内部；第二伸缩臂嵌套在第一伸缩臂的内部，上端连接在转接盘的底面上；第二伺服电机设置在第一基本臂的内下部，输出轴外端连接在第二伸缩臂的下端，并且与控制器电连接。

所述的第二伺服电机为直线电机。

所述的水平转动机构包括两个齿轮盘、第三伺服电机和安装架；其中，两个齿轮盘水平设置且相互啮合，分别通过轴承设置在竖直伸缩机构上转接盘的表面；第三伺服电机的输出轴固定在一个齿轮盘的中心孔内；安装架的底面固定在另一个齿轮盘的顶面外侧部位。

所述的第三伺服电机为旋转电机。

所述的伸缩摇臂机构包括第二基本臂、第三伸缩臂、第四伸缩臂、底座、伸缩油缸、滑块、铰接装置和第四伺服电机；其中，底座固定在水平转动机构上安装架的表面一侧；伸缩油缸的下端固定在底座上，活塞杆位于上端且与滑块铰接；铰接装置的下端铰接在安装架的表面另一侧；第二基本臂为空心管状结构，后端固定在铰接装置的上端，外圆周面上沿其轴向向外突出形成有一滑槽，滑块设置在滑槽内；第三伸缩臂也为空心管状结构，嵌套在第二基本臂的内部；第四伸缩臂嵌套在第三伸缩臂的内部，前端连接拍摄系统；第四伺服电机设置在第二基本臂的内后部，输出轴外端连接在第四伸缩臂的后端，并且第四伺服电机和伸缩油缸分别与控制器电连接。

所述的第四伺服电机为直线电机。

所述的拍摄系统包括相机、电控云台和相机安装架；其中，相机安装架的后端连接在伸缩摇臂机构上第四伸缩臂的前端，前端安装有电控云台；相机以能够前后摆动的方式设置在电控云台上，并且相机和电控云台分别与控制器电连接。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提供的检查车可以在机场或停机坪等室外环境下作业，在保证安全距离的情况下通过移动车的运动绕飞机一周进行拍摄，即使车体发生倾倒也不会对飞机造成损伤。在水平移动机构、竖直伸缩机构、伸缩摇臂机构和相机安装架的组合作用下，可以实现空间内六个自由度的运动，即实现相机在空间任意位置、任意姿势的变化，拍摄面积可以完整覆盖待检查区域，避免出现某个雷击区域没有检查的情况发生。本检查车上各个机构的操作控制均是由驾驶控制室内操作人员的指令来实现，既避免了人工手动操作造成的人工误差，也克服了现有检查方式时间长、人员多和劳动强度大等不足。本检查车便于移动且合乎规定，安全性更高。

附图说明

图1为本发明提供的基于机器视觉的室外环境下飞机外表面雷击状况检查车整体结构立体图。

图2为本发明提供的基于机器视觉的室外环境下飞机外表面雷击状况检查车正视图。

图3为本发明提供的基于机器视觉的室外环境下飞机外表面雷击状况检查车右视图。

图4为图2中a处局部放大图。

图5为图2中b处局部放大图。

图6为图2中c处局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

如图1至图6所示，本发明提供的基于机器视觉的室外环境下飞机外表面雷击状况检查车包括提供移动作用的移动车1、用于实现拍摄时水平方向移动的水平移动机构2、用于实现拍摄时竖直方向的移动和承受各个机构总重量的竖直伸缩机构3、用于实现拍摄时水平方向旋转的水平转动机构4、用于增大拍摄范围和调整拍摄角度的伸缩摇臂机构5、检查飞机外表面雷击损伤状况的拍摄系统6和驾驶控制室7；其中，移动车1的前端连接有驾驶控制室7，驾驶控制室7内设有显示器及控制器；水平移动机构2以能够前后移动的方式设置在移动车1的顶面上；竖直伸缩机构3的下端连接在水平移动机构2上，上端连接在水平转动机构4的下端；伸缩摇臂机构5的下端连接在水平转动机构4的上端，上端连接拍摄系统6；控制器分别与显示器及水平移动机构2、竖直伸缩机构3、水平转动机构4、伸缩摇臂机构5和拍摄系统6中各电控装置电连接。

所述的水平移动机构2包括底板201、滑动轨道202、移动模组203和第一伺服电机204；其中，底板201固定在移动车1的顶面；滑动轨道202沿前后方向延伸，两条滑动轨道202分别设置在底板201的表面两侧部位；移动模组203以滑动的方式安装在滑动轨道202上；第一伺服电机204安装在底板201的后端中部，输出轴外端连接在移动模组203上，并且与控制器电连接。

所述的竖直伸缩机构3包括第一基本臂301、第一伸缩臂302、第二伸缩臂303、底座304、转接盘305和第二伺服电机；其中，底座304固定在水平移动机构2上移动模组203的表面；第一基本臂301为空心管状结构，下端固定在底座304的表面；第一伸缩臂302也为空心管状结构，嵌套在第一基本臂301的内部；第二伸缩臂303嵌套在第一伸缩臂302的内部，上端连接在转接盘305的底面上；第二伺服电机设置在第一基本臂301的内下部，输出轴外端连接在第二伸缩臂303的下端，并且与控制器电连接。

所述的水平转动机构4包括两个齿轮盘401、第三伺服电机402和安装架403；其中，两个齿轮盘401水平设置且相互啮合，分别通过轴承设置在竖直伸缩机构3上转接盘305的表面；第三伺服电机402的输出轴固定在一个齿轮盘401的中心孔内；安装架403的底面固定在另一个齿轮盘401的顶面外侧部位。

所述的伸缩摇臂机构5包括第二基本臂501、第三伸缩臂502、第四伸缩臂503、底座504、伸缩油缸505、滑块506、铰接装置507和第四伺服电机；其中，底座504固定在水平转动机构4上安装架403的表面一侧；伸缩油缸505的下端固定在底座504上，活塞杆位于上端且与滑块506铰接；铰接装置507的下端铰接在安装架403的表面另一侧；第二基本臂501为空心管状结构，后端固定在铰接装置507的上端，外圆周面上沿其轴向向外突出形成有一滑槽，滑块506设置在滑槽内；第三伸缩臂502也为空心管状结构，嵌套在第二基本臂501的内部；第四伸缩臂503嵌套在第三伸缩臂502的内部，前端连接拍摄系统6；第四伺服电机设置在第二基本臂501的内后部，输出轴外端连接在第四伸缩臂503的后端，并且第四伺服电机和伸缩油缸505分别与控制器电连接。

所述的拍摄系统6包括相机601、电控云台602和相机安装架603；其中，相机安装架603的后端连接在伸缩摇臂机构5上第四伸缩臂503的前端，前端安装有电控云台602；相机601以能够前后摆动的方式设置在电控云台602上，电控云台602可以保证相机601拍摄检查时的稳定性，并且相机601和电控云台602分别与控制器电连接。

所述的第一伺服电机204和第三伺服电机402为旋转电机，第二伺服电机和第四伺服电机为直线电机

现将本发明提供的基于机器视觉的室外环境下飞机外表面雷击状况检查车的工作原理阐述如下：

非工作状态时，本发明提供的基于机器视觉的室外环境下飞机外表面雷击状况检查车上的第一伸缩臂302和第二伸缩臂303回缩在第一基本臂301的内部；第三伸缩臂502和第四伸缩臂503回缩在第二基本臂501的内部。当需要对飞机表面的雷击点进行检查时，首先由坐在驾驶控制室7内的驾驶员将本检查车开到机场或停机坪处待检查飞机旁，然后由操作人员启动控制器并下达控制指令。在控制器的控制下，在保证安全距离的情况下使检查车按规划的路径绕飞机行驶一周，在此过程中，利用相机601对飞机外表面进行全方位无死角的拍摄检查；可利用第一伺服电机204带动移动模组203及其上的部件沿滑动轨道202前后移动，由此来调节拍摄时相机601的拍摄范围和提高拍摄精度；利用第二伺服电机控制第一伸缩臂302和第二伸缩臂303的外伸长度来调节相机601的拍摄高度；利用第三伺服电机402通过齿轮盘401和安装架403来实现相机601水平方向的旋转，以增大检查范围；利用伸缩油缸505来调节相机601的俯仰角度，利用第四伺服电机控制第三伸缩臂502和第四伸缩臂503的外伸长度，由此实现飞机外表面全方位无死角的拍摄；相机601连续拍摄的飞机外表面的图像将传送给控制器，并通过显示器进行显示；位于驾驶控制室7内的操作人员可通过观察显示器上的拍摄图像来确定飞机外表面的雷击状况。当拍摄到疑似雷击点时，操作人员可通过控制相机601的移动、俯仰、旋转、聚焦、变焦和光圈参数等方式对雷击点进行近距离拍照，获得的图像可供维修人员做比对分析和损伤状况检查，最终对飞机外表面的雷击状况做出相关判断，从而完成检查过程。

另外，本发明提供的检查车不仅可以应用于飞机外表面雷击状况的检查，也可以扩展至其它原因引起的飞机外表面损伤状况的检查，如鸟类撞击、装配缺失、结构腐蚀、飞机老化、冰雹和跑道碎屑物等。

以上图1-6所示的基于机器视觉的室外环境下飞机外表面雷击状况检查车是本发明的具体实施方式，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构、使用方法等方面的等同修改，均在本发明的保护范围之列。