一种透波复合材料构件表面褶皱缺陷的修磨控制方法

本发明属于机器人打磨加工，具体涉及一种透波复合材料构件表面褶皱缺陷的修磨控制方法。

背景技术：

1、透波复合材料构件（如飞机雷达罩）多为纤维增强树脂基薄壁回转体，经模具涂敷固化成型，其壁体为半透明介质。在固化过程中，受铺层与涂敷不均、固化收缩等因素影响，构件表面常产生局部褶皱缺陷。为确保构件的电气性能与结构安全，需通过修磨去除褶皱区域的多余材料，恢复设计型面，且修磨过程中不得伤及壁体内的承力纤维层。

2、目前，行业内普遍采用基于几何测量的自动化修磨路线，即：通过三维扫描获取构件表面点云，将其与设计模型比对得到几何余量分布，据此规划修磨轨迹后一次性离线下发执行，执行过程中不再依据在线测量调整轨迹。该路线对于几何上轮廓清晰、边界分明的隆起类缺陷是适用的。然而，透波复合材料构件固化成型所产生的褶皱缺陷具有特殊性：其一，褶皱处铺层局部堆叠，表观颜色相对周边正常表面加深，而在几何上仅为缓慢隆起，其高度自缺陷中部向四周连续渐变趋零，并无明确的边界轮廓；其二，褶皱在几何上的隆起形态，与固化收缩、铺层不匀所致的普通多料（即单纯材料堆积）形态相近，单纯依据几何余量难以将二者区分。

3、上述特殊性使得现有基于几何的离线修磨路线存在以下问题：第一，褶皱缺陷在几何上无明确边界，单纯依据几何余量无法确定修磨的起始与终止位置，修磨范围只能凭经验估计，易出现修磨不足或将缺陷周边的正常表面一并磨削；第二，褶皱与普通多料在几何上均表现为高于设计面的隆起，二者难以区分，而修磨要求不同——普通多料只需磨至设计面，褶皱则须将颜色加深的异常区域一并去除，若不加区分地按几何余量修磨，易将褶皱残留；第三，部分褶皱在固化过程中已渗入壁体内部（即透壁褶皱），此时构件表面磨至设计面、几何余量已消除，但褶皱仍存于壁体之中，现有离线修磨路线因缺乏在线回测与实时判定，无从察觉该情形，易将仍含褶皱的区域误判为合格而放行，亦无法对此种不可修磨的透壁褶皱加以识别和标记。

4、针对上述问题，亟需提供一种能够依据颜色与几何的联合信息在线判定褶皱缺陷、在修磨过程中逐次调整轨迹并实时识别透壁褶皱的修磨控制方法。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种透波复合材料构件表面褶皱缺陷的修磨控制方法，所述透波复合材料构件表面褶皱缺陷的修磨控制方法实现了在修磨过程中依据颜色与几何的联合信息在线判定褶皱缺陷、逐次调整修磨轨迹并实时识别透壁褶皱。

2、为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

3、一种透波复合材料构件表面褶皱缺陷的修磨控制方法，所述透波复合材料构件的壁体为半透明介质，包括如下步骤：

4、s1，采集与配准：获取构件表面的彩色图像与三维点云，将二者配准至构件的设计模型坐标系，使所述图像与所述三维点云在该坐标系下逐点对应；

5、s2，双场计算：由所述图像计算表征局部材料堆积程度的颜色浓度偏差场，由所述三维点云与设计模型计算表征相对设计面几何偏差的带符号余量场；

6、s3，共现判定：根据所述颜色浓度偏差场与所述带符号余量场在空间上的同位共现关系，判定褶皱缺陷区，并区分仅颜色异常的非褶皱区域与仅正余量的普通多料区域；

7、s4，边界与深度确定：以所述颜色浓度偏差场回落至设定阈值处的等值线为修磨区边界，以所述修磨区内带符号余量的正部为所述修磨区内各点的修磨深度，且以设计面为修磨深度的不可逾越下限；

8、s5，在线磨测循环与终止判定：每完成一次修磨后，清除粉尘并施加可挥发润湿介质，重新采集图像与三维点云、更新所述颜色浓度偏差场与带符号余量场，根据更新后修磨区内颜色浓度偏差最大值与带符号余量最大值的组合状态，在线决定修磨完成、转为按带符号余量继续修磨、标记为不可修磨褶皱或调整轨迹后继续修磨。

9、进一步地，所述步骤s2中的所述颜色浓度偏差以各点图像亮度相对其周边正常表面基准亮度的相对加深量表征，所述基准亮度由以该点为中心的环形邻域内亮度的中位数取得，以补偿构件表面曲率与光照的缓变。

10、进一步地，所述步骤s2中的所述带符号余量由实测点与设计模型上对应点的位置矢量沿设计面外法向的投影距离确定，大于零表示高于设计面、小于零表示低于设计面。

11、进一步地，所述步骤s3中的所述同位共现关系按下述方式判定：记颜色浓度偏差超过设定阈值的区域为颜色异常区、带符号余量大于零的区域为正余量区，当所述颜色异常区与所述正余量区交集的等效直径不小于设定的共现同位容差时，判定该交集所覆盖的区域为褶皱缺陷区；仅落入颜色异常区而不落入正余量区的区域，判定为非褶皱而不予修磨；仅落入正余量区而不落入颜色异常区的区域，判定为普通多料，按带符号余量修磨。

12、进一步地，所述颜色异常区与所述正余量区的交集区域，其等效直径不小于所述共现同位容差，且其面积不小于设定的最小面积阈值，方判定为褶皱缺陷区。

13、进一步地，所述步骤s4中的所述修磨区取颜色异常区中包含颜色浓度偏差峰值的连通区域，其边界由颜色浓度偏差等于设定阈值的等值线确定。

14、进一步地，所述步骤s4中的所述修磨区内各点的修磨深度按带符号余量的正部确定，且修磨深度在修磨区边缘随带符号余量渐变趋零；单次修磨的实际切深按设定的单次最大切削深度予以限制。

15、进一步地，所述步骤s5中的所述在线决定后续修磨的具体判据为：

16、当颜色浓度偏差最大值和带符号余量最大值均回落至各自阈值内时，判定修磨完成；

17、当颜色浓度偏差最大值已回落至阈值内而带符号余量最大值仍大于零时，判定剩余为普通多料，转为按带符号余量继续修磨至设计面；

18、当带符号余量最大值已不大于零而颜色浓度偏差最大值仍超过阈值时，判定为已渗入构件壁体内部的褶皱，停止修磨并标记为不可修磨褶皱；

19、当两者均超过各自阈值时，调整轨迹后继续修磨。

20、进一步地，对判定为不可修磨褶皱的区域，依据其颜色浓度偏差的残余峰值与所述褶皱缺陷区的面积划分处置等级，分别对应让步接收、返修或报废。

21、进一步地，所述可挥发润湿介质为可挥发溶剂，于喷涂后液膜均化、表观稳定时采集图像，并以同一润湿状态下的周边正常表面为所述颜色浓度偏差的基准；所述采集图像亦可由偏振照明与正交偏振成像替代所述向修磨区施加润湿介质的步骤，以抑制构件表面散射、提取次表面透射分量后采集所述图像。

22、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

23、本发明利用颜色浓度偏差场表征局部材料堆积程度、带符号余量场表征几何偏差，并以二者在空间上的同位共现作为褶皱缺陷的判定依据，使几何上无明确边界、且与普通多料形态相近的渐变隆起类褶皱缺陷得以准确识别，并能有效区分仅颜色异常的非褶皱区域与仅正余量的普通多料区域，避免误修磨与漏修磨。

24、本发明以颜色浓度偏差场回落至设定阈值处的等值线确定修磨区边界，以修磨区内带符号余量的正部作为修磨深度，且以设计面为不可逾越下限，使得渐变褶皱在几何边界不清的情况下获得明确的修磨范围，同时修磨深度在修磨区边缘随带符号余量自然收敛趋零，不致过磨修磨区边界以外的正常型面。

25、本发明在每一次修磨完成后在线采集图像与点云、更新双场、并根据颜色浓度偏差最大值与带符号余量最大值的组合状态实时决定后续修磨策略，使修磨边界与深度无需在离线阶段预先确定，而由加工过程中颜色与几何的反馈逐次收敛；区别于一次性扫描、离线规划全局轨迹后执行且执行中不作调整的加工方式，尤其适用于固化成型褶皱缺陷边界与深度均不确定的修磨场景。

26、本发明当带符号余量已不大于零而颜色浓度偏差仍超过阈值时判定为已渗入构件壁体内部的褶皱（透壁褶皱），及时停止修磨并标记为不可修磨褶皱，避免对仍含褶皱的区域过磨或误判为合格；同时，通过可挥发润湿介质润湿采像或偏振照明与正交偏振成像两种光学方案，确保干态亚光面下的浓度信息可读，进一步提升了修磨过程的安全性和可靠性。