CN106152953A

CN106152953A - 一种固体发动机试后喷管喉径测量系统及其方法

Info

Publication number: CN106152953A
Application number: CN201510137317.4A
Authority: CN
Inventors: 郭东升; 江晓瑞; 郭畅; 蒋韫韬
Original assignee: INNER MONGOLIA INSTITUTE OF AEROSPACE POWER MACHINERY TEST
Current assignee: INNER MONGOLIA INSTITUTE OF AEROSPACE POWER MACHINERY TEST
Priority date: 2015-03-21
Filing date: 2015-03-21
Publication date: 2016-11-23

Abstract

本发明公开了一种固体发动机试后喷管喉径测量系统及其方法，涉及机械加工制造以及光学测量领域。该方法利用固定在支撑臂头部圆盘上的激光器将具有特殊结构形状的激光光源投射到待测物体上，形成光条纹，然后用左右两侧的摄像机拍摄的图像提取激光条纹的三维信息，激光器和左右摄像机随转盘同步旋转，从而快速获取被测物体表面的三维坐标数据。最后，该系统中计算机接收数据采集器送来的物体外型轮廓线的原始数据，计算出物体轮廓线的三维坐标，达到测量的目的。

Description

一种固体发动机试后喷管喉径测量系统及其方法

技术领域

本发明涉及机械加工制造以及光学测量领域，具体涉及一种固体发动机试后喷管喉径测量系统及其方法。

背景技术

目前，固体发动机试后喷管喉部面积的测量是采用游标卡尺、卡钳等量具从几个不同方向测量喷管喉部直径，得到喉部平均直径，经圆面积公式计算得到喉部面积。而此方法存在诸多问题，首先发动机在试验后，喉衬截面成为一个不规则的圆，测量人员难以用量具采集数量足够多的喉部直径，使得喉部面积计算不准确；其次由于喷管喉部有一定纵深，增加了测量难度，测量人员难以确定采集的圆直径就是所需测量的最小的截面直径，即喉截面直径；另外由于发动机工作时温度超过3000K，试车前后喷管喉衬热应力大，如果将喉衬取下测量，会破坏喉衬的完整性，难以获得准确的测量数据。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明的目的在于描述一种固体发动机试后喷管喉径测量系统及其方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种固体发动机试后喷管喉径测量系统，包括激光器、摄像机、支撑臂、转盘、电机和计算机，所述摄像机数量为两台，分布在所述激光器的左右两侧，用来摄取测线光条图像；所述摄像机与所述计算机相连接；所述激光器与所述摄像机固定在所述支撑臂的头部位置；所述的支撑臂头部为圆盘形结构，测量时其头部一侧放置到固体发动机的喷管的喷喉位置，另外一侧固定到所述转盘中心；所述转盘由所述电机带动旋转；所述电机由所述计算机控制启停、转速。

所述激光器是功率为1～10mW的半导体砷化镓激光器。

所述的转盘竖直放置。

一种固体发动机试后喷管喉径测量的方法，由以下步骤完成：

将激光器与摄像机共同固定在支撑臂的头部位置，支撑臂头部一侧放置到固体发动机的喷管的喷喉位置，另外一侧固定到转盘中心；

由电机带动转盘旋转，并开启激光器以高30cm、宽度1mm、长度10～100cm的激光面扫描喷喉的位置，取代点激光测距中的点激光，获取喷喉表面每个采样点的空间位置坐标，此时激光面和物体交会可生成一条测线。这条测线的激光点个数可以从50～1024个，相当于将采样速率提高50～1024倍。

通过计算机进行处理，用点、线、曲线、曲面形式将立体模型描述出来，重建试后喷喉的表面模型。

喷管可以使推进剂燃烧产物膨胀加速，将热能充分转换为燃气的动能，从而使发动机获得推力，并调节与控制推力的大小与方向。

喷喉是固体发动机的喷管的关键部位。调节喷喉面积的大小可以控制燃气流量，使燃烧室内的燃气保持预定的压强，并确保装药正常燃烧。

本发明的有益效果为：

利用该三维激光扫描测量系统，对试验后的喷管喉部进行旋转扫描，利用具有特殊结构形状的激光光源投射到待测物体上，形成光条纹，然后用左右两侧的摄像机通过旋转的方式拍摄的图像提取激光条纹的三维信息，从而快速获取被测物体表面的三维坐标数据。利用该三维激光扫描测量系统测量喷管喉面积相对于现有的测量方法在测量速度、准确性以及方便性上都有了很大的提高。为测量人员减轻了负担，达到快速测量的目的。

附图说明

下面结合附图和具体实例对本发明进行详细描述。

图1为本发明的固体发动机试后喷管喉径测量状态示意图。

图2为本发明的固体发动机试后喷管喉径测量系统结构图。

其中所示标记如下：1、固体发动机；2、喷喉；3、激光器；4、摄像头；5、喷管；6、支撑臂；7、转盘；8、电机；9、电机支撑台；10、发动机支撑弧座；11、计算机。

具体实施方式

本发明的基本思想是用具有特殊结构形状的激光光源投射到待测物体上，形成光条纹，然后用左右两侧的摄像机4拍摄的图像提取激光条纹的三维信息，激光器3和左右摄像机4随转盘同步旋转，从而快速获取被测物体表面的三维坐标数据。

如图1和2所示一种固体发动机试后喷管喉径测量系统包括激光器3、摄像机4、支撑臂6、转盘7、电机8和计算机11。该测量系统采用一套快速采集物体表面数据的硬件系统电路，与计算机11相连即可实时处理来自左右摄像机4输出的视频信号，获取被测物体的三维坐标数据。工作时先确定扫描速度，根据喷管5大小确定扫描的轮廓等参数，然后在计算机11控制下按环形路径进行扫描，由摄像机4获取的图片在计算机11中经过细化、离散等处理得到空间的三维坐标点，最后对这些数据点云过滤、拟合生成三维图形。在电机8上固定一个旋转台，旋转台与支撑臂6连接。在支撑臂6头部圆盘上固定摄像机4和激光器3，激光器3固定于中央，半导体激光器直接投射出线结构光到物体表面，与物体表面相交成一光条，激光器3左右固定两台摄像机4用来摄取光条图像。扫描时，将支撑臂6头部位置放在喷管5喷喉2位置，计算机11通过串口发送信号至控制箱，从而控制旋转台按照一定的速度转动，形成光平面相对于物体的扫描运动，从而达到测量物体表面3D轮廓的目的。最后，该测量系统中计算机接收数据采集器送来的物体外型轮廓线的原始数据和方位角数据，计算出物体轮廓线的三维坐标，达到测量的目的。转盘竖直放置，由电机带动旋转；电机由计算机控制其启停、转速。

该固体发动机试后喷管喉径测量系统的测量方法，由以下步骤完成：

首先，将所述激光器3和摄像机4固定在所述支撑臂6，并将所述支撑臂6的头部一侧放置于固体发动机1的喷管5的喷喉2的位置，同时将所述支撑臂的另一侧固定于所述转盘7的中心处；

其次，由电机8带动所述转盘7旋转，并开启所述激光器3以高30cm，宽度1mm长度10～100cm的激光面扫描所述喷喉2的位置，所述激光器3和左右两个摄像机4随所述转盘同步旋转，获取喷喉表面每个采样点的空间位置坐标；

最后，通过计算机11进行处理，用点、线、曲线、曲面形式将立体模型描述出来，重建试后喷喉的表面模型。

综上所述，通过本发明可快速获取被测物体表面的三维坐标数据，重建试后喷喉的表面模型。

Claims

1.一种固体发动机试后喷管喉径测量系统，其特征在于，包括激光器(3)、摄像机(4)、支撑臂(6)、转盘(7)、电机(8)和计算机(11)，所述摄像机(4)数量为两台，分布在所述激光器(3)的左右两侧，用来摄取测线光条图像；所述摄像机(4)与所述计算机(11)相连接；所述激光器(3)与所述摄像机(4)固定在所述支撑臂(6)的头部位置；所述的支撑臂(6)头部为圆盘形结构，测量时其头部一侧放置到固体发动机(1)的喷管(5)的喷喉(2)位置，另外一侧固定到所述转盘(7)中心；所述转盘由所述电机(8)带动旋转；所述电机(8)由所述计算机(11)控制启停、转速。

2.根据权利要求1所述的固体发动机试后喷管喉径测量系统，其特征在于：所述激光器(3)是功率为1～10mW的半导体砷化镓激光器。

3.根据权利要求1所述的固体发动机试后喷管喉径测量系统，其特征在于：所述的转盘(7)竖直放置。

4.一种采用权利要求1所述的固体发动机试后喷管喉径测量系统进行测量的方法，其特征在于：所述测量方法由以下步骤完成：

首先，将所述激光器(3)和摄像机(4)固定在所述支撑臂(6)，并将所述支撑臂(6)的头部一侧放置于固体发动机(1)的喷管(5)的喷喉(2)的位置，同时将所述支撑臂的另一侧固定于所述转盘(7)的中心处；

其次，由电机(8)带动所述转盘(7)旋转，并开启所述激光器(3)以高30cm、宽度1mm、长度10～100cm的激光面扫描所述喷喉(2)的位置，所述激光器(3)和左右两个摄像机(4)随所述转盘同步旋转，获取喷喉表面每个采样点的空间位置坐标；

最后，通过计算机(11)进行处理，用点、线、曲线、曲面形式将立体模型描述出来，重建试后喷喉的表面模型。