CN103728008B - 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便携式红外发光装置 - Google Patents

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便携式红外发光装置 Download PDF

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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便携式红外发光装置，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，由于喷管在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，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，在图像采集设备的镜头之前设置红外滤光片，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

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便携式红外发光装置
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，由于喷管在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，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便携式红外发光装置。
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，
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。
红外发光点采用便携式红外发光装置实现，所述便携式红外发光装置包括红外LED、LED驱动电路和壳体，所述LED驱动电路用于驱动红外LED发光，且LED驱动电路集成在电路板上，并安装在壳体内，
LED驱动电路包括电源VCC、定值电阻、可调电阻、恒流芯片、拨动开关和MiniUSB充电接口，可调电阻的一端与红外LED的正极连接，可调电阻的另一端与定值电阻的一端连接，定值电阻的另一端与恒流芯片的恒定红外LED电流设置端连接，红外LED的负极与恒流芯片的红外LED负极连接端连接，电源VCC的正极经过拨动开关与恒流芯片的电源VDD正极端连接，恒流芯片的接地端与电源VCC的负极同时接地，MiniUSB充电接口与电源VCC的充电端口连接，
壳体包括壳身、底座和顶盖，所述壳身的上端面侧壁和下端面侧壁均加工有螺纹，底座的内壁和顶盖的内壁也加工有螺纹，顶盖与壳身通过螺纹固定连接，底座与壳身通过螺纹固定连接，所述壳身通过挡板分为两层，电源VCC、定值电阻、可调电阻、拨动开关、MiniUSB充电接口和恒流芯片集成在电路板上，并放置在壳身的下层，红外LED放置在壳身的上层，挡板上开有穿线通孔，与红外LED连接的导线均穿过穿线通孔与红外LED连接，壳身的侧壁开有两个通孔，MiniUSB充电接口固定在一个通孔中，拨动开关的手柄固定在另一个通孔中，顶盖的中心开有通孔，红外LED固定在所述顶盖中心的通孔中。
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，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，便携式红外发光装置中的LED驱动电路结构简单，将LED驱动电路集成在电路板上，并设置在壳体中可以保护电路不会受到外力而导致线路破坏，通过MiniUSB充电接口对电源的重复充电保证了电路的正常使用，MiniUSB充电接口可以与一般的手机充电器连接，不需要特定的充电装置即可完成充电，使用方便，手动调整拨动开关的开关状态实现电路工作状态的切换，同时，将MiniUSB充电接口和拨动开关固定在壳身侧壁的通孔中，技术人员可以不需要拆卸壳体即可实现充电和开关工作，红外LED的工作电流通过调节可调电阻即可调节，使本发明所述的LED驱动电路在结构简单的前提下能够保证良好的发光效果，将本发明所述的发光装置安装在火箭发动机喷管上，通过2台以上安装有红外滤光片的高速相机和计算机即可实现对火箭发动机喷管运动状态的检测，从而获得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，测量步骤简单，同时使测量精度提高了10%以上。
附图说明
图1为具体实施方式三所述的LED驱动电路的原理示意图；
图2为具体实施方式三所述的底座的俯视图；
图3为图2的A-A向剖视图；
图4为图2的左视图；
图5为具体实施方式三所述的顶盖的仰视图；
图6为图5的B-B向剖视图；
图7为图5的右视图；
图8为具体实施方式三所述的壳身的俯视图；
图9为图8的I-I向剖视图；
图10为图8的左视图。
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，
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。
具体实施方式二、本具体实施方式与具体实施方式一所述的一种用于火箭发动机喷管运动视觉测量方法的区别在于，所述红外发光点采用便携式红外发光装置实现。
具体实施方式三、结合图1-图10说明本具体实施方式，具体实施方式二所述的一种火箭发动机喷管运动视觉测量方法中使用的便携式红外发光装置包括红外LED5、LED驱动电路和壳体，所述LED驱动电路用于驱动红外LED5发光，且LED驱动电路集成在电路板上，并安装在壳体内，
LED驱动电路包括电源VCC、定值电阻3、可调电阻2、恒流芯片4、拨动开关1和MiniUSB充电接口，可调电阻2的一端与红外LED5的正极连接，可调电阻2的另一端与定值电阻3的一端连接，定值电阻3的另一端与恒流芯片4的恒定红外LED5电流设置端连接，红外LED5的负极与恒流芯片4的红外LED5负极连接端连接，电源VCC的正极经过拨动开关1与恒流芯片4的电源VDD正极端连接，恒流芯片4的接地端与电源VCC的负极同时接地，MiniUSB充电接口与电源VCC的充电端口连接，
壳体包括壳身、底座和顶盖，所述壳身的上端面侧壁和下端面侧壁均加工有螺纹，底座的内壁和顶盖的内壁也加工有螺纹，顶盖与壳身通过螺纹固定连接，底座与壳身通过螺纹固定连接，所述壳身通过挡板分为两层，电源VCC、定值电阻3、可调电阻2、拨动开关1、MiniUSB充电接口和恒流芯片4集成在电路板上，并放置在壳身的下层，红外LED5放置在壳身的上层，挡板上开有穿线通孔，与红外LED5连接的导线均穿过穿线通孔与红外LED5连接，壳身的侧壁开有两个通孔，MiniUSB充电接口固定在一个通孔中，拨动开关1的手柄固定在另一个通孔中，顶盖的中心开有通孔，红外LED5固定在所述顶盖中心的通孔中。
本实施方式中的LED驱动电路结构简单，将LED驱动电路集成在电路板上，并设置在壳体中可以保护电路不会受到外力而导致线路破坏，通过MiniUSB充电接口对电源VCC的重复充电保证了电路的正常使用，MiniUSB充电接口可以与一般的手机充电器连接，不需要特定的充电装置即可完成充电，使用方便，手动调整拨动开关1的开关状态实现电路工作状态的切换，同时，将MiniUSB充电接口和拨动开关1固定在壳身侧壁的通孔中，技术人员可以不需要拆卸壳体即可实现充电和开关工作，红外LED的工作电流通过调节可调电阻2即可调节，使本发明所述的LED驱动电路在结构简单的前提下能够保证良好的发光效果。
本实施方式中的电源VCC为锂电池，该锂电池的容量为50mAh，可以至少连续工作4-10分钟，当剩余电量无法点亮红外LED5时，外部电源通过MiniUSB充电接口对锂电池充电即可再次使用，该红外发光装置工作时不需要外部辅助，并且锂电池的尺寸仅为10mm×14mm×4mm，可以确保整个装置尺寸小，从而使得该红外发光装置具有便携性和小型化的特点，进而保证在有限的火箭发动机喷管表面能布置多个红外发光装置。
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便携式红外发光装置的区别在于，所述恒流芯片4采用型号为CN5612的恒流芯片。
具体实施方式五、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便携式红外发光装置的区别在于，所述定值电阻3的阻值为1.3kΩ-1.5kΩ。
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便携式红外发光装置的区别在于，所述可调电阻2为阻值范围为0-1.8kΩ。
具体实施方式七、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便携式红外发光装置的区别在于，顶盖中心通孔的直径为5mm-8mm。
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便携式红外发光装置的区别在于，所述红外LED5发出的红外光的波长为800nm-900nm。
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便携式红外发光装置的区别在于，所述红外LED5的功率为0.5W-1.3W。
具体实施方式十、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便携式红外发光装置的区别在于，所述红外LED5的工作电流为300mA-700mA。
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，在无环境光干扰时，在40米内相机均能识别本发明中红外LED所发射出的红外光；在火箭发动机冷试车或小型发动机热试车时，日光或火焰光线不强，也可较好的进行红外LED的图像识别。

Claims (9)

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，所述红外发光点采用便携式红外发光装置实现，
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.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便携式红外发光装置，其特征在于，它包括红外LED(5)、LED驱动电路和壳体，所述LED驱动电路用于驱动红外LED(5)发光，且LED驱动电路集成在电路板上，并安装在壳体内，
LED驱动电路包括电源VCC、定值电阻(3)、可调电阻(2)、恒流芯片(4)、拨动开关(1)和MiniUSB充电接口，可调电阻(2)的一端与红外LED(5)的正极连接，可调电阻(2)的另一端与定值电阻(3)的一端连接，定值电阻(3)的另一端与恒流芯片(4)的恒定红外LED(5)电流设置端连接，红外LED(5)的负极与恒流芯片(4)的红外LED(5)负极连接端连接，电源VCC的正极经过拨动开关(1)与恒流芯片(4)的电源VDD正极端连接，恒流芯片(4)的接地端与电源VCC的负极同时接地，MiniUSB充电接口与电源VCC的充电端口连接，
壳体包括壳身、底座和顶盖，所述壳身的上端面侧壁和下端面侧壁均加工有螺纹，底座的内壁和顶盖的内壁也加工有螺纹，顶盖与壳身通过螺纹固定连接，底座与壳身通过螺纹固定连接，所述壳身通过挡板分为两层，电源VCC、定值电阻(3)、可调电阻(2)、拨动开关(1)、MiniUSB充电接口和恒流芯片(4)集成在电路板上，并放置在壳身的下层，红外LED(5)放置在壳身的上层，挡板上开有穿线通孔，与红外LED(5)连接的导线均穿过穿线通孔与红外LED(5)连接，壳身的侧壁开有两个通孔，MiniUSB充电接口固定在一个通孔中，拨动开关(1)的手柄固定在另一个通孔中，顶盖的中心开有通孔，红外LED(5)固定在所述顶盖中心的通孔中。
3.根据权利要求2所述的一种火箭发动机喷管运动视觉测量方法中使用的便携式红外发光装置，其特征在于，所述恒流芯片(4)采用型号为CN5612的恒流芯片。
4.根据权利要求2所述的一种火箭发动机喷管运动视觉测量方法中使用的便携式红外发光装置，其特征在于，所述定值电阻(3)的阻值为1.3kΩ-1.5kΩ。
5.根据权利要求2所述的一种火箭发动机喷管运动视觉测量方法中使用的便携式红外发光装置，其特征在于，所述可调电阻(2)为阻值范围为0-1.8kΩ。
6.根据权利要求2所述的一种火箭发动机喷管运动视觉测量方法中使用的便携式红外发光装置，其特征在于，顶盖中心通孔的直径为5mm-8mm。
7.根据权利要求2所述的一种火箭发动机喷管运动视觉测量方法中使用的便携式红外发光装置，其特征在于，所述红外LED(5)发出的红外光的波长为800nm-900nm。
8.根据权利要求2或7所述的一种火箭发动机喷管运动视觉测量方法中使用的便携式红外发光装置，其特征在于，所述红外LED(5)的功率为0.5W-1.3W。
9.根据权利要求8所述的一种火箭发动机喷管运动视觉测量方法中使用的便携式红外发光装置，其特征在于，所述红外LED(5)的工作电流为300mA-700mA。
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