CN103134441A - 大型风洞挠性喷管激光跟踪测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了大型风洞挠性喷管激光跟踪测量方法，该方法包括如下步骤：a)确定整个喷管的空间坐标，将要测量外形尺寸的空间点都放在一个坐标系中；b)选择测量“站点”位置：选择入口和出口两个测量“站点”位置；c)用激光跟踪仪采集数据；d)连接各“站点”的外形坐标：要测量到某一个“区域”的喷管型面外形坐标点，将两个“站点”的外形坐标连接起来就构成整喷管的外形尺寸坐标，e)形成喷管型面的数字模型。该方法具有测量范围大、采集速度快、准确度高、设备携带方便等优点，能很好地应用于风洞建设。

Description

大型风洞挠性喷管激光跟踪测量方法

技术领域

本发明涉及大型风洞建设与调试，具体地讲是大型风洞挠性喷管测量方法。

背景技术

在大型超声速风洞的建设中，风洞喷管型面测量精度对风洞性能具有重要影响。对大型风洞的喷管型面的外形测量，传统方法是采用样板采样法、打点采样法测量，测量误差大、测量效率低、工作强度大，且容易出现人为操作误差，无法快速准确满足风洞喷管型面测量要求。现有的其它测量方法如结构光技术、激光飞行时间法、光学三角测量法、光学相位测量法、平台高度尺法、电子经纬法、坐标测量机法、雷达测距方法、莫尔条纹测距方法、基于计算机视觉的非接触测量方法等，运用于大型风洞喷管型面测量时，总是无法同时满足测量精度和测量范围的要求。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种测量精度高、测量速度快、测量范围大、工作强度小的大型风洞挠性喷管测量方法。

实现本发明的技术方案是：大型风洞挠性喷管激光跟踪测量方法，该方法包括如下步骤：

a)确定整个喷管的空间坐标，将喷管外形尺寸的空间点都放在一个坐标系中；

b)选择测量位置，将入口和出口作为测量“站点”位置，保证喷管上、下、左、右、前、后的整个外形轮廓都在激光跟踪仪测量范围内；

c)用激光跟踪仪采集数据；

d)连接各“站点”的外形坐标，通过转站的方式将两个“站点”的外形坐标连接起来就构成整个喷管的外形尺寸坐标；

e)形成喷管型面的数字模型，将整个喷管的外形尺寸坐标点处理后形成喷管型面的数字模型。

所述b）步骤中，以喷管入口平面为一基平面，通过测量确定的入口矩形截面中心，再测量距出口截面的中心，两个中心的连线即为喷管的中轴线；所述“站点”位置在喷管的中轴线上。

所述b）步骤测量“站点”最佳位置为，第一个测量位置，在壁面与喷管之间从出口向中部7000mm处附近；第二个测量位置，距入口最左侧2500mm处附近；

所述d）步骤中两个空间坐标系需要建立联系，至少需要不在同一直线上三点的空间坐标作为两个坐标系下公共点，并且公共点的空间分布要符合每个点与两坐标系的原点连线夹角大于30°。

在测量公共点的过程中，避免空气和测量点的振动以及气流扰动。

所述测量方法还包括f）步骤：将被测型面的三维CAD模型调入测量软件里，分别建立工件和数模坐标系；将两个坐标系拟合对齐，然后在模型上分别取边缘、距边缘0.5米、距边缘1米、距边缘1.5米的四条平行线；测量时将靶球在该曲面上划动扫描，得到这几条平行线上的曲面点；这些曲面点和CAD数模在软件里进行直接比对检测，方便地检测出实际喷管型面与标准数模之间的偏差。

本发明的效果体现在：

1、测量范围大：采样点多，数据量大，足以满足数据统计。

2、采集速度快：采样频率可达到每秒1000次。

3、准确度高：在标准测量条件下，测量准确度小于0.1mm。

4、携带方便：劳动强度低，工作效率高。

附图说明

图1为测量站点位置示意图；

图2为风洞立体结构示意图；

图3为距边缘1米测量截面测量偏差分析图。

图中标号：1—喷管上壁面， 2—喷管下壁面， 3—靶球， 4—激光跟踪仪， 5—测量扫描线，6—边缘，7—入口，8—出口，9—第一个测量位置，10—第二个测量位置，11—喷管中轴线，12—实际喷管型面数据线，13—标准数模型面数据线。

具体实施方式

如图1、图2所示，2米超风洞挠性喷管段激光跟踪测量方法，该方法包括如下步骤：

a)确定整个喷管的空间坐标，将喷管外形尺寸的空间点都放在一个坐标系中；

b)选择测量位置，以喷管入口平面为一基平面，通过测量确定入口7矩形截面中心，再测量出口8截面的中心，两个中心的连线即为喷管的中轴线11；确定测量“站点”位置在喷管的中轴线11上；第一个测量位置9，在壁面1、2与喷管之间从出口8向中部7000mm处附近，这样用靶球3就可以将最高点至最右侧的部分测完而没有障碍；第二个测量位置10，距入口7最左侧2500mm处附近, 这样在左端测量中没有障碍；保证喷管上、下、左、右、前、后的整个外形轮廓都在激光跟踪仪4测量范围内；

c)用激光跟踪仪4采集数据；

d)连接各“站点”的外形坐标，先建立两个空间坐标系联系，选择不在同一直线上三点的空间坐标作为两个坐标系下公共点，并且公共点的空间分布要符合每个点与两坐标系的原点连线夹角大于30°，再通过转站的方式将两个“站点”的外形坐标连接起来就构成整个喷管的外形尺寸坐标；在测量公共点的过程中，避免空气和测量点的振动以及气流扰动。

e)形成喷管型面的数字模型，将整个喷管的外形尺寸坐标点处理后形成喷管型面的数字模型。

该测量方法还可进行f）步骤：将被测型面的三维CAD模型调入测量软件里，分别建立工件和数模坐标系；将两个坐标系拟合对齐，然后在模型上分别取边缘6、距边缘0.5米、距边缘1米、距边缘1.5米的四条平行线作为测量扫描线；测量时将靶球3在该曲面上的测量扫描线5上划动扫描，得到这几条平行线上的曲面点；这些曲面点和CAD数模在软件里进行直接比对检测，方便地检测出实际喷管型面与标准数模之间的偏差（如图3所示，12是实际喷管型面数据线，13是标准数模型面数据线）。

Claims (6)

1.大型风洞挠性喷管激光跟踪测量方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

a)确定整个喷管的空间坐标，将喷管外形尺寸的空间点都放在一个坐标系中；

b)选择测量位置，将入口和出口作为测量“站点”位置，保证喷管上、下、左、右、前、后的整个外形轮廓都在激光跟踪仪测量范围内；

c)用激光跟踪仪采集数据；

d)连接各“站点”的外形坐标，通过转站的方式将两个“站点”的外形坐标连接起来就构成整个喷管的外形尺寸坐标；

e)形成喷管型面的数字模型，将整个喷管的外形尺寸坐标点处理后形成喷管型面的数字模型。

2.根据权利要求1所述大型风洞挠性喷管激光跟踪测量方法，其特征在于：所述b）步骤中，以喷管入口平面为一基平面，通过测量确定的入口矩形截面中心，再测量距出口截面的中心，两个中心的连线即为喷管的中轴线；所述“站点”位置在喷管的中轴线上。

3.根据权利要求1或2所述大型风洞挠性喷管激光跟踪测量方法，其特征在于：所述b）步骤测量“站点”位置为，第一个测量位置，在壁面与喷管之间从出口向中部7000mm处附近；第二个测量位置，距入口最左侧2500mm处附近。

4.根据权利要求1所述大型风洞挠性喷管激光跟踪测量方法，其特征在于：所述d）步骤中两个空间坐标系需要建立联系，至少需要不在同一直线上三点的空间坐标作为两个坐标系下公共点，并且公共点的空间分布要符合每个点与两坐标系的原点连线夹角大于30°。

5.根据权利要求4所述大型风洞挠性喷管激光跟踪测量方法，其特征在于：在测量公共点的过程中，避免空气和测量点的振动以及气流扰动。

6.根据权利要求1所述大型风洞挠性喷管激光跟踪测量方法，其特征在于：所述测量方法还包括f）步骤：将被测型面的三维CAD模型调入测量软件里，分别建立工件和数模坐标系；将两个坐标系拟合对齐，然后在模型上分别取边缘、距边缘0.5米、距边缘1米、距边缘1.5米的四条平行线；测量时将靶球在该曲面上划动扫描，得到这几条平行线上的曲面点；这些曲面点和CAD数模在软件里进行直接比对检测，方便地检测出实际喷管型面与标准数模之间的偏差。

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