[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

说明书

基于内窥镜与结构光的叶尖间隙测量装置、系统及方法，涉及航空发动机装配质量检查与故障检查领域，针对航空发动机整机装配状态下的复杂结构环境测量可达性差、可操作性低及测量精度要求高等难点，利用航空发动机机匣上已有的内窥镜观察孔，在保持发动机完整性的情况下，在线动态测量发动机叶尖间隙。本测量系统所实现的内容包括：设计内窥镜与线结构光发射装置；开发面向单目摄像头与线结构光的联合标定模块，标定检测系统参数；开发基于图像的叶间尖隙识别与解算模块，识别并解算叶尖间隙值。本发明能够极大提高叶尖间隙的测量效率与测量精度，真实地反映发动机整机状态叶尖间隙；为发动机装配质量评估与故障诊断提供了一种新的测量手段。

技术领域

本发明涉及航空发动机装配质量检查与故障检查领域，具体涉及一种基于内窥镜与线结构光的叶尖间隙测量装置、系统及方法。

背景技术

转静子叶尖间隙是影响发动机工作的重要指标。叶尖间隙大小直接影响着发动机的叶片工作状态与最终性能；同时叶尖间隙也是发动机装配过程中的重要工艺参数，反映了发动机的整体装配质量。因此装配过程中以及装配完成后对转静子叶尖间隙进行测量是控制与评估发动机整机装配水平的重要手段。

发动机叶尖间隙测量领域，通用方法是在发动机半开状态下或者是在核心机装配完成后对最末一级涡轮或第一级压气机的叶片间隙进行测量。这些测量手段不能完全反映发动机实际装配完成后的叶尖间隙情况。而基于电涡流、电容、光纤等方式的传感器需要在机匣正对位置上开孔进行测量，这类方案一般应用于试验中的测量，并不符合实际生产装配情况。

发明内容

本发明为解决现有发动机叶尖间隙测量方法对航空发动机整机装配状态下的复杂结构环境测量可达性差、可操作性低及测量精度要求高，并且不能完全反映发动机实际装配完成后的叶尖间隙情况的问题，

基于内窥镜与结构光的航空发动机叶尖间隙测量装置，所述叶尖间隙测量装置包括安装管、侧视内窥镜、反射镜、反射镜固定装置、点光源发射器和波浪透镜；

所述安装管通过发动机上内窥镜孔将叶尖间隙测量装置安装并定位；

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

所述点光源发射器与波浪透镜组成线结构光发射装置，所述点光源发射器出射的光束通过波浪透镜后形成线结构光；

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

基于内窥镜与结构光的航空发动机叶尖间隙测量系统，包括所述叶尖间隙测量装置，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：