CN114170132B - 一种基于机器视觉的流量管静压孔质量检测方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种基于机器视觉的流量管静压孔质量检测方法及系统，属于航空发动机技术领域，方法具体包括获取标准静压孔图像；在与标准静压孔图像相同的测试条件下，利用摄像设备对待测静压孔进行拍摄，获得待测静压孔的锐边质量图像；利用静压孔标准块在待测静压孔内做上下移动，通过摄像设备以光斑采样方式获得待测静压孔的垂直度序列图像；基于标准静压孔图像，分别对锐边质量图像和垂直度序列图像进行机器视觉图像处理，获取标准静压孔图像和锐边质量图像的差值并判断待测静压孔的锐边质量，以及获取垂直度序列图像的光斑图像检测结果并判断待测静压孔的垂直度质量。通过本申请的处理方案，满足了高精度静压孔质量检测要求。

Description

一种基于机器视觉的流量管静压孔质量检测方法及系统
技术领域
本申请涉及航空发动机技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉的流量管静压孔质量检测方法及系统。
背景技术
流量管是航空发动机试验中常用的空气流量测量装置，其测量原理是基于量气体流速的间接流量测量方法，流量测量精度对于静压测量精度敏感性极高。流量管静压测量通常采用的是壁面开孔取压的形式，静压孔的加工质量对其测量性能的影响很敏感。有研究表明，静压孔开口锐角出口倒角在1/6D时，将带来的0.5％的动压误差。设计和加工期间，静压孔的垂直度和锐角形状主要依靠数控精加工工艺来保证，但是一方面在加工成型后不容易进行检测，尤其是对于静压孔经过打磨后锐角的检测，一般是根据数控精加工工艺流程和经验判断。另一方面，随着试验周期的时间变化,由于长期使用,静压孔由于气流颗粒堵塞或使用中频繁安装和拆卸引压管或流量管主体,可能造成静压孔测试精度波动，但是缺乏现场在线检测静压孔状态质量的方法，会影响静压测量以及其他性能参数的精度。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供一种基于机器视觉的流量管静压孔质量检测方法及系统，来获得精细化的静压孔形状数据，并建立流量管尤其是静压孔关键参数的数字档案，与试验测量数据进行关联，形成约束静压开孔形状的量化指标和规范，实现满足高空模拟试验宽范围进气试验高精度静压的测量，至少部分解决现有技术中存在的流量管静压孔质量检测测量精度的问题。
本申请实施例提供一种基于机器视觉的流量管静压孔质量检测方法，所述方法包括：
获取标准静压孔图像；
在与所述标准静压孔图像相同的测试条件下，利用摄像设备对待测静压孔进行拍摄，获得待测静压孔的锐边质量图像；
利用静压孔标准块在所述待测静压孔内做上下移动，通过所述摄像设备以光斑采样方式获得待测静压孔的垂直度序列图像；
基于所述标准静压孔图像，分别对所述锐边质量图像和所述垂直度序列图像进行机器视觉图像处理，获取所述标准静压孔图像和所述锐边质量图像的差值并判断所述待测静压孔的锐边质量，以及获取所述垂直度序列图像的光斑图像检测结果并判断所述待测静压孔的垂直度质量。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，获取标准静压孔图像时，利用所述摄像设备在固定的被测距离和姿态对标准静压孔进行图像采样，得到标准静压孔图像。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，与所述标准静压孔图像相同的测试条件包括：相同的所述被测距离、所述姿态和所述摄像设备的参数。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，获取标准图像和所述锐边质量图像差值时采用的机器视觉图像处理过程包括：
对标准静压孔图像和所述锐边质量图像进行灰度化和二值化处理；
利用图像减法，求得所述标准静压孔图像和所述锐边质量图像的差值；
通过观察和统计差值图像结果，综合判断待测静压孔的锐边质量。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，获取所述垂直度序列图像的光斑图像检测结果时采用的机器视觉图像处理过程包括：
计算所述待测静压孔的垂直度序列图像上的光斑尺寸；
通过观察和统计光斑尺寸的结果，综合判断所述待测静压孔的垂直度质量。
第二方面，本申请实施例还提供一种基于机器视觉的流量管静压孔质量检测系统，应用于上述第一方面任一实施例所述的基于机器视觉的流量管静压孔质量检测方法，所述系统包括摄像设备、静压孔标准块、拉杆、驱动机构、同轴光和机器视觉图像处理模块，所述静压孔标准块设置于所述拉杆的一端，所述拉杆的另一端与所述驱动机构连接，所述静压孔标准块通过所述驱动机构在待测静压孔内上下移动；
所述同轴光位于所述待测静压孔的正上方，所述同轴光用于为所述摄像设备提供拍摄光源；
所述摄像设备与所述待测静压孔正对，所述摄像设备用于获取所述待测静压孔的锐边质量图像和垂直度序列图像；
所述机器视觉图像处理模块用于对所述锐边质量图像和垂直度序列图像进行处理。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述标准块为圆柱体结构。
根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述摄像设备采用微距远心镜头或常规微距镜头。
有益效果
本申请实施例中的基于机器视觉的流量管静压孔质量检测方法及系统，可获得精细化的静压孔形状数据，并建立流量管尤其是静压孔关键参数的数字档案，与试验测量数据进行关联，形成约束静压开孔形状的量化指标和规范，实现满足高空模拟试验宽范围进气试验高精度静压的测量，该方法涉及到的装置较少，在流量管安装前、试验过程中以及试验后各个时间段均可以实现快速测量，并且满足高精度静压孔质量检测要求。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为根据本发明一实施例的基于机器视觉的流量管静压孔质量检测方法流程图；
图2为根据本发明一实施例的基于机器视觉的流量管静压孔质量检测系统；
图3为根据本发明一实施例的待测件的结构图；
图4为根据本发明一实施例的垂直度定义示意图；
图5为根据本发明一实施例的图像边缘计算结果图；
图6为根据本发明一实施例的光斑图像检测结果图。
图中：1、流量管；2、拉杆；3、标准块；4、相机；5、同轴光发生器；6、待测件；61、待测静压孔；62、锐边。
具体实施方式
下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
本申请实施例提供了一种基于机器视觉的流量管静压孔质量检测方法，用于对待测件6进行检测，本方法所采用的检测系统结构参照图2，待测件6的结构参照图3，待测件6位于流量管1的管壁上。所述系统包括摄像设备(相机4)、静压孔的标准块3、拉杆2、驱动机构、同轴光发生器5和机器视觉图像处理模块，所述静压孔的标准块3设置于所述拉杆2的一端，所述拉杆2的另一端与所述驱动机构连接，所述静压孔的标准块3通过所述驱动机构在待测静压孔61内上下移动，优选的，所述标准块3为圆柱体结构。所述同轴光发生器5位于所述待测静压孔61的正上方，所述同轴光发生器5用于为所述相机4提供拍摄光源。
具体的，所述相机4与所述待测静压孔61正对，所述相机4用于获取所述待测静压孔61的锐边质量图像和垂直度序列图像。所述机器视觉图像处理模块与相机4电连接，用于对所述锐边质量图像和垂直度序列图像进行处理。利用机器视觉图像处理模块配合相机4可获得精细化的静压孔形状数据，并建立流量管尤其是静压孔关键参数的数字档案，与试验测量数据进行关联，形成约束静压开孔形状的量化指标和规范，实现满足高空模拟试验宽范围进气试验高精度静压的测量。
优选的，所述摄像设备采用微距远心镜头或常规微距镜头。
下面对本申请的方法详细描述，具体包括以下步骤：
S101、获取标准静压孔图像。获取标准静压孔图像时，利用所述摄像设备在固定的被测距离和姿态对标准静压孔进行图像采样，得到标准静压孔图像，本实施例中，摄像设备为相机4。
S102、在与所述标准静压孔图像相同的测试条件下，测试条件包括相同的所述被测距离、所述姿态和所述相机4的参数，利用相机4对待测件6的待测静压孔61进行拍摄，获得待测静压孔61的锐边质量图像。
S103、利用静压孔标准块3在所述待测静压孔61内做上下移动，通过所述相机4以光斑采样方式获得待测静压孔61的垂直度序列图像。
S104、基于所述标准静压孔图像，分别对所述锐边质量图像和所述垂直度序列图像进行机器视觉图像处理，获取所述标准静压孔图像和所述锐边质量图像的差值并判断所述待测静压孔的锐边质量，以及获取所述垂直度序列图像的光斑图像检测结果并判断所述待测静压孔的垂直度质量。
具体的，步骤S104中的获取标准图像和所述锐边质量图像差值时采用的机器视觉图像处理过程包括：
对标准静压孔图像和所述锐边质量图像进行灰度化和二值化处理；
利用图像减法，求得所述标准静压孔图像和所述锐边质量图像的差值；
通过观察和统计差值图像结果，综合判断待测静压孔的锐边质量，计算结果参照图5，如图5所示为对某静压孔边缘进行图像边缘计算结果，可以看到边缘的轨迹线情况。
更为具体的，步骤S104中的获取所述垂直度序列图像的光斑图像检测结果时采用的机器视觉图像处理过程包括：计算所述待测静压孔的垂直度序列图像上的光斑尺寸；通过观察和统计光斑尺寸的结果，综合判断所述待测静压孔的垂直度质量。
本实施列中，以采用标准块3和光斑采样方式评估待测静压孔61的垂直度方法为例进行详细描述。
步骤1：制作标准块3，标准块3为一薄圆柱体，尺寸及公差符合技术要求；标准块3被一拉杆2连接，可在待测静压孔61内做上下移动；
步骤2：利用机器视觉系统，开展待测静压孔61质量采样。按如图2所示方式布置检测系统。通过夹具保证相机4与待测静压孔61轴心重合；同轴光发生器1电源启动，检查成像系统是否正常工作；检查成像系统可正常工作后，插入标准块3，如图2中所示。标准块3从上端孔插入，作为起点位置，之后在孔内不同位置停留，可以取3个不同的位置，相机依次记录序列待测图像。
步骤3：孔质量采样。对序列待测图像进行分析，如果待测静压孔61被测截面符合尺寸要求，则待测静压孔61与标准块3配合恰当，则无同轴光光斑投射到相机4上成像，待测图像无光斑；若待测静压孔61内存在尺寸缺陷，则相机4上会存在同轴光光斑或者标准块3出现卡滞，进而可以判断该被测截面存在加工误差；根据上述原理，通过分析序列待测图像上光斑的大小，可以对待测静压孔61质量进行评估，如图6所示为光斑图像检测结果。
由于本实施例中待测件6的尺寸在10mm以内，垂直度误差0.02mm左右，属于微小尺寸；所以，机器视觉系统必须有足够的分辨力。相机4可选用百万至千万级像素相机；镜头可采用微距远心镜头；若微距远心镜头尺寸太大，则采用常规微距镜头。
本发明提供的实施例，发明了一种基于机器视觉的流量管静压孔质量检测方法和系统，系统包括同轴光发生器1，拉杆2，标准块3和相机4。同轴光发生器1用于提供同轴光，拉杆2与标准块3相连并可在被测孔内做上下移动，相机4用于拍摄。采用机器视觉开展静压孔锐边质量检测以及垂直度检测。锐边质量检测：利用摄像设备拍摄得到标准孔图像和待测孔图像，经图像处理后判断待测孔的锐边质量。垂直度检测：拉杆2连同标准块3在静压孔内做上下移动，利用机器视觉系统，开展被测孔质量采样，对孔质量进行评估。该方法涉及到的装置较少，在流量管安装前、试验过程中以及试验后各个时间段均可以实现快速测量，并且满足高精度静压孔质量检测要求。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于机器视觉的流量管静压孔质量检测方法，其特征在于，所述方法包括：
获取标准静压孔图像；
在与所述标准静压孔图像相同的测试条件下，利用摄像设备对待测静压孔进行拍摄，获得待测静压孔的锐边质量图像；
利用静压孔标准块在所述待测静压孔内做上下移动，通过所述摄像设备以光斑采样方式获得待测静压孔的垂直度序列图像；
基于所述标准静压孔图像，分别对所述锐边质量图像和所述垂直度序列图像进行机器视觉图像处理，获取所述标准静压孔图像和所述锐边质量图像的差值并判断所述待测静压孔的锐边质量，以及获取所述垂直度序列图像的光斑图像检测结果并判断所述待测静压孔的垂直度质量。
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的流量管静压孔质量检测方法，其特征在于，获取标准静压孔图像时，利用所述摄像设备在固定的被测距离和姿态下对标准静压孔进行图像采样，得到标准静压孔图像。
3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的流量管静压孔质量检测方法，其特征在于，与所述标准静压孔图像相同的测试条件包括：相同的所述被测距离、所述姿态和所述摄像设备的参数。
4.根据权利要求1所述的基于机器视觉的流量管静压孔质量检测方法，其特征在于，获取标准图像和所述锐边质量图像差值时采用的机器视觉图像处理过程包括：
对所述标准静压孔图像和所述锐边质量图像进行灰度化处理和二值化处理；
利用图像减法，求得所述标准静压孔图像和所述锐边质量图像的差值，得到差值图像；
通过观察和统计所述差值图像结果，综合判断所述待测静压孔的锐边质量。
5.根据权利要求1所述的基于机器视觉的流量管静压孔质量检测方法，其特征在于，获取所述垂直度序列图像的光斑图像检测结果时采用的机器视觉图像处理过程包括：
计算所述待测静压孔的垂直度序列图像上的光斑尺寸；
通过观察和统计光斑尺寸的结果，综合判断所述待测静压孔的垂直度质量。
6.一种基于机器视觉的流量管静压孔质量检测系统，其特征在于，应用于权利要求1-5任意所述的基于机器视觉的流量管静压孔质量检测方法中，所述系统包括摄像设备、静压孔标准块、拉杆、驱动机构、同轴光和机器视觉图像处理模块，所述静压孔标准块设置于所述拉杆的一端，所述拉杆的另一端与所述驱动机构连接，所述静压孔标准块通过所述驱动机构在待测静压孔内上下移动；
所述同轴光位于所述待测静压孔的正上方，所述同轴光用于为所述摄像设备提供拍摄光源；
所述摄像设备与所述待测静压孔正对，所述摄像设备用于获取所述待测静压孔的锐边质量图像和垂直度序列图像；
所述机器视觉图像处理模块用于对所述锐边质量图像和垂直度序列图像进行处理。
7.根据权利要求6所述的基于机器视觉的流量管静压孔质量检测系统，其特征在于，所述标准块为圆柱体结构。
8.根据权利要求6所述的基于机器视觉的流量管静压孔质量检测系统，其特征在于，所述摄像设备采用微距远心镜头或常规微距镜头。
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