[发明专利]基于内窥镜与线结构光的叶尖间隙测量装置、系统及方法

权利要求书

1.基于内窥镜与结构光的航空发动机叶尖间隙测量装置，其特征是：叶尖间隙测量装置包括安装管(1)、侧视内窥镜(2)、反射镜(3)、反射镜固定装置(4)、点光源发射器(5)和波浪透镜(6)；

所述安装管(1)通过发动机内窥镜孔将叶尖间隙测量装置安装并定位；

所述侧视内窥镜(2)固定在安装管(1)的一端，且侧面设有两个开孔分别安装摄像头与照明装置；

所述点光源发射器(5)与波浪透镜(6)组成线结构光发射装置，所述点光源发射器(5)出射的光束通过波浪透镜(6)后形成线结构光；

所述反射镜固定装置(4)将反射镜(3)安装在所述线结构光发射装置的前端，通过调整反射镜(3)的角度，实现线结构光的最佳位置照射。

2.根据权利要求1所述的基于内窥镜与结构光的航空发动机叶尖间隙测量装置，其特征在于：所述点光源发射器(5)位于波浪透镜(6)后方，点光源发射器(5)发出的激光束经(6)折射后转变成线结构光，所述线结构光经反射镜(3)反射后照射到发动机转子叶尖间隙位置。

3.基于内窥镜与结构光的航空发动机叶尖间隙测量系统，其特征是：包括如权利要求1所述的叶尖间隙测量装置，用于对所述叶尖间隙测量装置进行标定的标定模块以及对标定后的叶尖间隙测量装置进行叶间尖隙识别与解算模块；

所述叶尖间隙测量装置通过发动机内窥镜孔伸入发动机内部，并对准转子叶尖间隙位置；

所述标定模块基于棋盘格标定板的标定方式，标定出摄像头内外参数以及线结构光参数，采用摄像头与线结构光同时标定的方式进行标定，具体标定过程为：

所述摄像头采集线结构光照射的棋盘格的图像并筛选符合标定要求的图像；

对摄像头进行标定，在标定过程中保留棋盘格角点3D坐标，计算线结构光与棋盘格的交点，获得三维坐标下交点的图像坐标；

根据所述三维坐标下交点的图像坐标以及棋盘格角点3D坐标，计算得出线结构光与棋盘格交点的3D坐标，即为线结构光上点的3D坐标；对所述线结构光上点的3D坐标进行云拟合，获得线结构光平面方程；

判断摄像头标定精度与拟合的获得的线结构光平面方程残差是否满足精度要求，当满足精度要求时输出标定结果；

所述叶间尖隙识别与解算模块对标定后的叶尖间隙测量装置获得的叶尖间隙数据进行测量：

定义叶尖上某一点的叶尖间隙为回转中心与叶尖上一点的连线相交于机匣上一点，叶尖间隙数值为叶尖上一点与对应的机匣内壁上一点的距离；

首先对线结构光进行识别，检测照射目标物所形成的线段；如果未检测到相交的线段，则此时照射位置为两个叶片之间的间隔位置，不进行进一步的计算；在正常照射到叶尖上正确位之后，首先通过边缘提取算法提取叶片叶尖部分轮廓，并计算叶尖上线段与夜间轮廓交点，此点即为叶尖上的一点并还原计算出相应的3D坐标；

将检测到的线结构光上的点还原为对应的3D坐标，并拟合成对应的3D直线，计算两条空间直线的交点，此点即为对应的机匣上一点，随后计算两个点之间的距离，即得到对应位置的叶尖间隙数值。

4.根据权利要求3所述的基于内窥镜与结构光的航空发动机叶尖间隙测量系统，其特征在于：所述摄像头采集线结构光照射的棋盘格的图像，筛选依据为：拍摄完整的棋盘格，能够正确的识别出棋盘格角点以及线结构光与棋盘格有交点。

5.根据权利要求3所述的基于内窥镜与结构光的航空发动机叶尖间隙测量系统，其特征在于：所述摄像头标定精度小于等于0.1像素，线结构光平面方程残差小于等于0.05。