[發(fā)明專利]基于機器視覺的飛機發(fā)動機尾部輪廓測量裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410588260.5
• 申請日: 2014-10-28
• 公開（公告）號: CN104296691A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 余學(xué)才;張行至;余瑞華;程小龍
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01B11/245
• 分類號: G01B11/245
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51227
• 代理人: 周永宏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航空發(fā)動機性能檢測領(lǐng)域，涉及圖像處理、激光與光學(xué)、計算機等技術(shù)，提出一種飛機發(fā)動機尾部輪廓測量和尾部火焰分析的方法，具體涉及一種基于機器視覺的飛機發(fā)動機尾部輪廓測量裝置及方法。

背景技術(shù)

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，航空運輸在人們的生活中越來越重要。飛機以其快速、舒適、和相對安全等特點，逐漸成為了人們最重要的出行方式。但是近年來飛機的出事率大大提高，所以加強飛機飛行安全性成為了不可忽視的任務(wù)，而飛機發(fā)動機的工作性能是飛機飛行安全性的一個重要環(huán)節(jié)，它的狀態(tài)直接影響著飛機的工作性能。

飛機發(fā)動機是一種高度復(fù)雜和精密的熱力機械，為航空器提供飛行所需動力的發(fā)動機，作為飛機的心臟，被譽為“工業(yè)之花”，它直接影響飛機的性能、可靠性及經(jīng)濟性，是一個國家科技、工業(yè)和國防實力的重要體現(xiàn)。目前航空發(fā)動機應(yīng)用最廣泛的是燃氣渦輪發(fā)動機，主要包括渦輪風(fēng)扇發(fā)動機和渦輪噴氣發(fā)動機，渦輪風(fēng)扇發(fā)動機主要用于速度更高的飛機，渦輪噴氣發(fā)動機主要用于超音速飛機。它們主要由進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪機和噴口組成。

飛機發(fā)動機在工作時，噴管噴口處溫度高，環(huán)境溫度約60～200℃、氣流溫度接近2000K，尾噴管排氣速度快，尾噴流發(fā)光強度大、且熱態(tài)噴管處于運動(收縮、擴張運動和軸向移動)狀態(tài)，所以對其尾部輪廓的檢測變得十分困難。目前的測量物體輪廓手段大體上分為兩種：一是接觸式測量，二是非接觸式測量。接觸式測量的基本原理都是機器逐個取點，測量頭與被測物體接觸，操作過程繁瑣，測量速度慢，尤其當被測物體較大時，非常耗時。因為飛機發(fā)動機工作時尾部溫度高，尺寸大，傳統(tǒng)的接觸式三維測量方法不再適用?；跈C器視覺的物體輪廓檢測，屬于非接觸測量技術(shù)，它采用結(jié)構(gòu)光作為光源，當結(jié)構(gòu)光投射到物體表面時，會在被測物體上形成斷面輪廓光帶，用CCD攝像機捕獲被測物體的散射圖像，然后經(jīng)過一系列圖像處理，還原出尾部輪廓圖。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種將兩個CCD攝像機分別安裝在尾部側(cè)后斜上方和斜下方，部分視場捕獲發(fā)動機尾部線陣輪廓圖和視場捕獲尾部火焰，從尾焰圖像和尾部輪廓變化兩個方面來研究發(fā)動機的工作情況的基于機器視覺的飛機發(fā)動機尾部輪廓測量裝置。

本發(fā)明的另一個目的是提供一種基于機器視覺的飛機發(fā)動機尾部輪廓測量方法，對CCD攝像機獲得的圖像采用激光鎖定成像從強光中獲取輪廓圖像，將上下兩部分輪廓圖像進行融合得到180度的圖像，由于發(fā)動機尾部具有左右對稱性，即可通過翻轉(zhuǎn)獲得360度的輪廓圖像，檢測方便，計算簡單。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：基于機器視覺的飛機發(fā)動機尾部輪廓測量裝置，在發(fā)動機尾部側(cè)面的相對位置設(shè)有激光發(fā)射頭，在發(fā)動機尾部側(cè)后斜上方和斜下方的相對位置分別設(shè)有CCD攝像機；

進一步地，還包括有計算機、脈沖發(fā)生器、線陣半導(dǎo)體激光器和調(diào)制器，計算機的控制輸出通過延時電路連接CCD攝像機，計算機的控制輸出還與脈沖發(fā)生器相連，脈沖發(fā)生器的輸出分別與CCD攝像機和線陣半導(dǎo)體激光器相連，線陣半導(dǎo)體激光器發(fā)射的線激光陣進入調(diào)制器進行光強調(diào)制，經(jīng)過調(diào)制器調(diào)制后的線激光陣通過激光發(fā)射頭垂直照明到發(fā)動機尾部側(cè)面，CCD攝像機捕獲發(fā)動機尾部線陣輪廓圖，并將獲得的圖像通過圖像采集卡上傳至計算機。

進一步地，所述的激光發(fā)射頭共面，CCD攝像機共面，且激光發(fā)射頭平面與CCD攝像機平面平行。

進一步地，為避免CCD攝像機呈飽和，在強直射光源的照射下，在CCD攝像機前須加光學(xué)衰減片和光學(xué)濾波片，以減弱進入CCD攝像機的光強和消除背景光，但是通過濾波片并不能完全消除強烈的背景光，火焰圖像依然過強，可用激光鎖定成像從強光中獲取輪廓圖。線陣半導(dǎo)體激光器受到計算機發(fā)出的數(shù)字脈沖信號，目標散射進入CCD攝像機焦平面陣列的光強是確定頻率的正弦變化的信號，相應(yīng)的灰度信號也是正弦變化的，背景光則不一樣，相應(yīng)的灰度信號變化規(guī)律是不確定的。在調(diào)制頻率的一個周期內(nèi)取若干幅圖像，和存貯于計算機內(nèi)存中的正弦信號進行乘法和低通濾波器運算，將背景光的灰度濾除，只保留激光灰度信號。由于乘法和低通濾波器過程是鎖相環(huán)中的鑒相過程，所以稱為激光鎖定成像。通過激光鎖定成像，只有激光照明的區(qū)域的灰度信號得以保留，背景光(包括探測器暗電流)被完全濾除。