CN103727928B - 一种火箭发动机喷管运动视觉测量方法及该方法中使用的高亮度红外发光装置 - Google Patents
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Abstract
一种火箭发动机喷管运动视觉测量方法及该方法中使用的高亮度红外发光装置，涉及火箭发动机喷管运动视觉测量领域。解决了在对火箭发动机喷管的运动参数进行测量时，由于喷管的冷热试车过程与模拟喷管工作条件存在巨大差异，导致相机图像平面上无法正确的识别合作目标的问题。在火箭发动机喷管外表面布置多个红外发光点，采用多通道并联的方式对红外发光点进行连接组成发光电路，图像采集设备对运动中的火箭发动机喷管外表面的多个红外发光点进行图像采集，并将采集到的图像发送至视觉测量系统控制计算机中，实现对火箭发动机喷管运动视觉测量的目的，所述红外发光点采用高亮度红外发光装置实现。本发明适用于对火箭发动机喷管运动视觉测量。
Description
技术领域
本发明涉及火箭发动机喷管运动视觉测量领域，具体涉及火箭发动机喷管运动视觉测量中的红外发光装置领域。
背景技术
火箭发动机喷管的运动参数（如摆心、摆角）测量是火箭、导弹的姿态与弹道控制、射程和落点准确性的重要质量保证。现有的火箭发动机冷热试车过程中，采用的办法是用旋转电位计测量运动伺服控制杆的角位移，然后经几何换算得到喷管的运动参数，这是一种间接测量，仍存在较大的测量误差。目前采用合作目标的视觉方法已能实现模拟喷管的运动参数测量，这里的合作目标可采用由漫反射材料制成的被动式合作目标，也可以是本身为发光光源的主动式合作目标。由于火箭发动机的冷热试车过程与模拟喷管工作条件存在巨大差异（如冷热试车现场喷管在日光或火焰照射条件下表面存在大量反光点，而且相机通常布置在距离喷管较远处），导致相机图像平面上无法正确的识别上述合作目标。
发明内容
本发明为了解决在对火箭发动机喷管的运动参数进行测量时，由于喷管的冷热试车过程与模拟喷管工作条件存在巨大差异，导致相机图像平面上无法正确的识别合作目标的问题，提出了一种火箭发动机喷管运动视觉测量方法及该方法中使用的高亮度红外发光装置。
本发明提出的一种火箭发动机喷管运动视觉测量方法，包括以下步骤：
步骤一、在火箭发动机喷管外表面布置多个红外发光点，采用多通道并联的方式对红外发光点进行连接组成发光电路，每个通道为两个红外发光点与一个可调分压电阻的串联结构，所述通道的个数为2个或3个，所述红外发光点采用高亮度红外发光装置实现，
步骤二、在图像采集设备的镜头之前设置红外滤光片，
步骤三、将图像采集设备的图像采集信号输出端与视觉测量系统控制计算机的图像采集信号输入端连接，
步骤四、将图像采集设备的镜头对准红外发光点，
步骤五、图像采集设备对运动中的火箭发动机喷管外表面的多个红外发光点进行图像采集，并将采集到的图像发送至视觉测量系统控制计算机中，
步骤六、视觉测量系统控制计算机对图像进行分析和计算，从而得到火箭发动机喷管的摆心、摆角和角速度的数值，实现对火箭发动机喷管运动视觉测量的目的。
步骤一中所述的发光电路还包括电源VCC、开关和电路通断指示灯，电源VCC用于向发光电路供电，开关用于控制发光电路的导通或关断，电路通断指示灯与开关串联，用于显示发光电路的导通或关断的状态。
所述红外发光点采用高亮度红外发光装置实现，所述高亮度红外发光装置包括红外发光电路板、红外发光二极管和外壳，所述红外发光二极管固定在红外发光电路板上，红外发光二极管内部包括9个并行工作的红外发光芯点，红外发光电路板的两侧加工有对称的光孔，外壳包括壳体和底座，所述壳体为圆筒形结构，红外发光电路板固定在壳体中，壳体的上表面中心开有通孔，红外发光二极管位于所述通孔中，且红外发光二极管的发光点向上，壳体的侧壁开有通孔，红外发光二极管正负极导线通过所述侧壁的通孔与外部电源连接，底座为圆柱形，底座上开有对称的两个螺纹孔，红外发光电路板和底座通过螺钉连接，底座的底部加工有一字槽，底座的外径尺寸与壳体的内径尺寸相同，底座的侧壁的外表面与壳体的侧壁的内表面通过胶接连接。
有益效果：本发明克服了现有技术偏见，采用了人们由于技术偏见而舍弃的技术手段，发光电路结构简单，电路具有开关功能、电路通断指示功能，红外发光二极管的工作电流通过可调电阻可以调节，使本发明能够保证良好的发光效果，红外发光装置中的红外发光二极管的工作电流大、能持续工作，发出的红外光的光强更高，使图像采集设备能够更容易、更清晰地对发出的红外光进行采集，从而使火箭发动机喷管运动视觉测量的准确性提高了15%以上，本发明所提出的火箭发动机喷管运动视觉测量方法步骤简单，图像采集设备通过对红外发光二极管的发光点进行采集，并将采集到的图像发送至视觉测量系统控制计算机中进行分析和计算，实现对火箭发动机喷管运动视觉测量的目的。
附图说明
图1为具体实施方式三所述的底座的仰视图；
图2为图1的A-A向剖视图；
图3为图1的B-B向剖视图；
图4为具体实施方式三所述的壳体的俯视图；
图5为图4的C-C向剖视图；
图6为图4的D-D向剖视图；
图7为发光电路的原理示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、本具体实施方式所述的一种火箭发动机喷管运动视觉测量方法，它包括以下步骤：
步骤一、在火箭发动机喷管外表面布置多个红外发光点，采用多通道并联的方式对红外发光点进行连接组成发光电路，每个通道为两个红外发光点与一个可调分压电阻的串联结构，所述通道的个数为2个或3个，所述红外发光点采用高亮度红外发光装置实现，
步骤二、在图像采集设备的镜头之前设置红外滤光片，
步骤三、将图像采集设备的图像采集信号输出端与视觉测量系统控制计算机的图像采集信号输入端连接，
步骤四、将图像采集设备的镜头对准红外发光点，
步骤五、图像采集设备对运动中的火箭发动机喷管外表面的多个红外发光点进行图像采集，并将采集到的图像发送至视觉测量系统控制计算机中，
步骤六、视觉测量系统控制计算机对图像进行分析和计算，从而得到火箭发动机喷管的摆心、摆角和角速度的数值，实现对火箭发动机喷管运动视觉测量的目的。
本实施方式中所述的可调分压电阻的阻值为0.3Ω-1Ω。
具体实施方式二、结合图7说明本具体实施方式，本具体实施方式与具体实施方式一所述的一种火箭发动机喷管运动视觉测量方法的区别在于，步骤一中所述的发光电路还包括电源VCC、开关S1和电路通断指示灯LED1，电源VCC用于向发光电路供电，开关S1用于控制发光电路的导通或关断，电路通断指示灯LED1与开关S1串联，用于显示发光电路的导通或关断的状态。
具体实施方式三、结合图1至图6说明本具体实施方式，具体实施方式一所述的一种火箭发动机喷管运动视觉测量方法中使用的高亮度红外发光装置包括红外发光电路板、红外发光二极管和外壳，所述红外发光二极管固定在红外发光电路板上，红外发光二极管内部包括9个并行工作的红外发光芯点，红外发光电路板的两侧加工有对称的光孔，外壳包括壳体和底座，所述壳体为圆筒形结构，红外发光电路板固定在壳体中，壳体的上表面中心开有通孔，红外发光二极管位于所述通孔中，且红外发光二极管的发光点向上，壳体的侧壁开有通孔，红外发光二极管正负极导线通过所述侧壁的通孔与外部电源连接，底座为圆柱形，底座上开有对称的两个螺纹孔，红外发光电路板和底座通过螺钉连接，底座的底部加工有一字槽，便于拆卸，底座的外径尺寸与壳体的内径尺寸相同，底座的侧壁的外表面与壳体的侧壁的内表面通过胶接连接。
本实施方式中，红外发光二极管的参数特性如下两个表所示，
由于红外发光二极管的实际工作电压不是常用电压，若使用1.6V恒压源供电则需要使用输出可调的电压芯片自行设计电路，而输出可调的电压芯片很少能够满足工作电流为3150mA的大电流要求，因此在使用本发明所述的红外发光装置时，采用两个红外发光二极管与一个可调分压电阻串联的方式连接，此时采用5V开关电源模块驱动整个电路。
具体实施方式四、本具体实施方式与具体实施方式三所述的一种火箭发动机喷管运动视觉测量方法中使用的高亮度红外发光装置的区别在于，所述壳体的外径为24mm-25mm。
具体实施方式五、本具体实施方式与具体实施方式四所述的一种火箭发动机喷管运动视觉测量方法中使用的高亮度红外发光装置的区别在于，所述壳体的内径为22mm-23mm。
具体实施方式六、本具体实施方式与具体实施方式三所述的一种火箭发动机喷管运动视觉测量方法中使用的高亮度红外发光装置的区别在于，所述壳体上表面中心通孔的外径为12-14mm。
具体实施方式七、本具体实施方式与具体实施方式六所述的一种火箭发动机喷管运动视觉测量方法中使用的高亮度红外发光装置的区别在于，所述壳体上表面中心通孔的内径为9mm-11mm。
具体实施方式八、本具体实施方式与具体实施方式三所述的一种火箭发动机喷管运动视觉测量方法中使用的高亮度红外发光装置的区别在于，所述壳体的侧壁通孔的直径为3mm-5mm。
具体实施方式九、本具体实施方式与具体实施方式三所述的一种火箭发动机喷管运动视觉测量方法中使用的高亮度红外发光装置的区别在于，所述底座的底部凹槽的长度为8mm-9mm。
具体实施方式十、本具体实施方式与具体实施方式九所述的一种火箭发动机喷管运动视觉测量方法中使用的高亮度红外发光装置的区别在于，所述底座的底部凹槽的宽度为1mm-2mm。
本发明所述的发光装置在采用型号为Oqus5-series的相机，相机镜头外加2-3组红外滤光片、曝光时间为5微秒、光圈最小的条件下：在无环境光干扰、火箭发动机冷试车或大型发动机热试车时，即使在日光或火焰光线干扰很强条件下，也能够较好的进行红外LED的图像识别，从而保证测量过程更准确。
Claims (10)
1.一种火箭发动机喷管运动视觉测量方法，其特征在于，它包括以下步骤：
步骤一、在火箭发动机喷管外表面布置多个红外发光点，采用多通道并联的方式对红外发光点进行连接组成发光电路，每个通道为两个红外发光点与一个可调分压电阻的串联结构，所述通道的个数为2个或3个，所述红外发光点采用高亮度红外发光装置实现，
步骤二、在图像采集设备的镜头之前设置红外滤光片，
步骤三、将图像采集设备的图像采集信号输出端与视觉测量系统控制计算机的图像采集信号输入端连接，
步骤四、将图像采集设备的镜头对准红外发光点，
步骤五、图像采集设备对运动中的火箭发动机喷管外表面的多个红外发光点进行图像采集，并将采集到的图像发送至视觉测量系统控制计算机中，
步骤六、视觉测量系统控制计算机对图像进行分析和计算，从而得到火箭发动机喷管的摆心、摆角和角速度的数值，实现对火箭发动机喷管运动视觉测量的目的。
2.根据权利要求1所述的一种火箭发动机喷管运动视觉测量方法，其特征在于，步骤一中所述的发光电路还包括电源VCC、开关(S1)和电路通断指示灯LED1，电源VCC用于向发光电路供电，开关(S1)用于控制发光电路的导通或关断，电路通断指示灯LED1与开关(S1)串联，用于显示发光电路的导通或关断的状态。
3.权利要求1所述的一种火箭发动机喷管运动视觉测量方法中使用的高亮度红外发光装置，其特征在于，所述高亮度红外发光装置包括红外发光电路板、红外发光二极管和外壳，所述红外发光二极管固定在红外发光电路板上，红外发光二极管内部包括9个并行工作的红外发光芯点，红外发光电路板的两侧加工有对称的光孔，外壳包括壳体和底座，所述壳体为圆筒形结构，红外发光电路板固定在壳体中，壳体的上表面中心开有通孔，红外发光二极管位于所述通孔中，且红外发光二极管的发光点向上，壳体的侧壁开有通孔，红外发光二极管正负极导线通过所述侧壁的通孔与外部电源连接，底座为圆柱形，底座上开有对称的两个螺纹孔，红外发光电路板和底座通过螺钉连接，底座的底部加工有一字槽，底座的外径尺寸与壳体的内径尺寸相同，底座的侧壁的外表面与壳体的侧壁的内表面通过胶接连接。
4.根据权利要求3所述的一种火箭发动机喷管运动视觉测量方法中使用的一种高亮度红外发光装置，其特征在于，所述壳体的外径为24mm-25mm。
5.根据权利要求4所述的一种火箭发动机喷管运动视觉测量方法中使用的一种高亮度红外发光装置，其特征在于，所述壳体的内径为22mm-23mm。
6.根据权利要求3所述的一种火箭发动机喷管运动视觉测量方法中使用的一种高亮度红外发光装置，其特征在于，所述壳体上表面中心通孔的外径为12-14mm。
7.根据权利要求6所述的一种火箭发动机喷管运动视觉测量方法中使用的一种高亮度红外发光装置，其特征在于，所述壳体上表面中心通孔的内径为9mm-11mm。
8.根据权利要求3所述的一种火箭发动机喷管运动视觉测量方法中使用的一种高亮度红外发光装置，其特征在于，所述壳体的侧壁通孔的直径为3mm-5mm。
9.根据权利要求3所述的一种火箭发动机喷管运动视觉测量方法中使用的一种高亮度红外发光装置，其特征在于，所述底座的底部凹槽的长度为8mm-9mm。
10.根据权利要求9所述的一种火箭发动机喷管运动视觉测量方法中使用的一种高亮度红外发光装置，其特征在于，所述底座的底部凹槽的宽度为1mm-2mm。
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