[发明专利]一种复合材料铺层质量在线检测系统及检测方法

权利要求书

1.一种复合材料铺层质量在线检测系统的检测方法，所述复合材料铺层质量在线检测系统包括铺丝设备、线激光传感器、机械连接机构与电气控制系统，线激光传感器通过机械连接机构安装于铺丝设备上；电气控制系统包括W轴电机、W轴电机编码器、激光测量控制器与铺丝设备数控系统，W轴电机安装于铺丝设备上，铺丝设备数控系统的信号输出端与激光测量控制器的信号输入端连接，线激光传感器的信号输出端与激光测量控制器的信号输入端连接，W轴电机编码器的信号输出端与激光测量控制器的信号输入端以及铺丝设备数控系统的信号输入端均连接；线激光传感器随铺丝设备沿铺丝曲面的法向发射激光，返回铺层的轮廓信息；通过线激光传感器随铺丝设备运动过程中，实时返回当前铺层轮廓的高度数值矩阵，利用高度数值矩阵进行数据处理，其特征在于，数据处理方法包括以下步骤：

(1)将高度数值矩阵转换成铺层表面的点云信息，线激光传感器在扫描所铺曲面过程中始终沿着铺丝点的法线方向发射激光并返回高度信息，且短时间内所扫描的曲面范围较小，可将所扫过的每一段曲面看成相对于激光发射点的平面；

(2)从步骤(1)中得到的点云信息中，去除铺层正常铺放形成的点云，即距离线激光传感器一定距离的平面内的点云，则剩余的点云为铺放异常点云；

(3)对于步骤(2)中的铺放异常点云，利用DBSCAN算法，对异常点云聚类，得到一系列点云簇；

(4)分离步骤(3)中的每簇异常点云，计算每簇点云凸包使模型简化；

(5)将步骤(4)中的凸包边缘沿曲面法线方向投影，计算所得投影散点围成区域的面积，通过投影散点围成的总面积，判断该异常点云簇是否为缺陷，当投影面积大于某一阈值则视为缺陷，反之，则视为正常。

2.根据权利要求1所述的一种复合材料铺层质量在线检测系统的检测方法，其特征在于步骤(3)中：利用DBSCAN算法，对异常点云聚类具体是：设定输入的点云数据，选定半径ε和最少数目MinPts两个参数，根据所选定的两个参数，计算出点云集合的核心对象，再根据核心对象划分簇，最后输出聚类结果，计算过程如下：

a.初始化点云集合的核心对象集合初始化点云聚类的簇数k＝0，初始化未扫描的点云样本集合Γ＝D，点云簇划分集合

b.对于j＝1，2，3，...m，按以下步骤找出点云中的所有核心对象：

1)通过距离计算，找到样本点xj的ε-邻域子样本集合N∈(xj)；

2)如果子样本集合的点云样本数量满足|N∈(xj)|≥MinPts，将点xj加入点云集合的核心对象集合Ω＝Ω∪{xj}；

c.如果点云集合的核心对象集合则运算结束，否则转入步骤d；

d.在核心对象集合Ω中，随机选择核心对象o，初始化当前点云簇的核心对象集合Ωcore＝{o}，初始化类别序号k＝k+1，初始化当前点云簇集合Ck＝{o}，更新未扫描的点云集合Γ＝Γ-{o}；

e.如果当前点云簇的核心对象集合则当前聚类簇Ck生成完毕，更新点云簇划分集合C＝{C1,C2,...,Ck}，更新点云集合的核心对象集合Ω＝Ω-Ck，转入步骤c，否则更新点云集合的核心对象集合Ω＝Ω-Ck；

f.在当前点云簇的核心对象集合Ωcore中取出核心对象o’，通过邻域距离阈值ε找出所有的ε-邻域子样本集合N∈(o’)，令Δ＝N∈(o’)∩Γ，更新当前点云簇集合Ck＝Ck∪Δ，更新未扫描的点云集合Γ＝Γ-Δ，更新Ωcore＝Ωcore∪(Δ∩Ω)-o’，转入步骤f；

经过上述步骤，最终输出结果为：簇划分集合C＝{C1,C2,C3,C4,C5}五个点云簇。

3.根据权利要求2所述的一种复合材料铺层质量在线检测系统的检测方法，其特征在于步骤(5)中：计算所得投影散点围成区域面积的计算方法具体为：设共有n个点，按顺时针方向，坐标分别为(x₁,y₁)(x₂,y₂)......(x_n,y_n)，取坐标为的点，其中，设m为正整数，通过计算，当mn时，第m个点、第m+1个点以及坐标为的点围成的三角形面积为第n个点、第1个点以及坐标为的点围成的三角形面积为则所有点围成的区域总面积为