CN114485431A - 一种扩散段轮廓/分层界面尺寸快速测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及火箭发动机的领域，公开了一种基于视觉识别为原理的扩散段轮廓/分层界面尺寸快速测量装置，包括扩散段型面图像识别测量单元、扩散段图像处理单元；扩散段型面图像识别测量单元，利用图像识别装置搭配扩散段产品输送机构，获取被输送扩散段产品的型面图像，并进行图像尺寸与实际尺寸的比例标定；扩散段图像处理单元，根据扩散段型面图像识别测量单元输入的扩散段型面图像及图像比例标定系数，对扩散段产品的图像尺寸进行标定，获取实际扩散段产品的内外轮廓型面和分层界面尺寸，计算实际扩散段产品的扩散段碳布层/高硅氧层的厚度范围，再与扩散段理论设计的碳布层/高硅氧层厚度比较，可快速自动识别检测扩散段产品性能是否合格。
Description
技术领域
本发明涉及火箭发动机领域，提供了一种基于视觉识别为原理的扩散段轮廓/分层界面尺寸快速测量装置。
背景技术
喷管扩散段产品一般由碳布/酚醛和高硅氧/酚醛树脂复合材料缠绕成型，整个扩散段结构是平行于轴线方向布带重叠缠绕的二维层合结构形式，碳布与高硅氧层的结合界面上容易产生裂纹、分层、气泡、输送、树脂聚集等缺陷，这些缺陷会导致喷管内型面烧蚀不均匀，并影响火箭发动机内弹道的性能，而扩散段在服役工况中必须承受高压、高温、高速燃气的作用，为了保证发动机的安全可靠性，因此需要对扩散段双层结构的厚度进行测量。传统的测量方式为人工检测或工业CT扫描技术进行测量，但前面阐述的两种方式存在以下弊端：
1)树脂聚集区轮廓曲线和分层界面曲线为不规则形状，人工检测的方式难以测全，无法保证精度，且单发产品的测量周期较久，检测效率不高；
2)工业CT扫描技术虽然可以实现对喷管全结构的扫描，精准检测扩散段的内部缺陷，但由于目前相关软硬件技术均受国外技术限制，无法实现开源进行后续开发，难以实现自动化判别扩散段的合格性，仍需要人工根据检测结果判别扩散段产品理论与设计模型各层的厚度，导致单发扩散段产品的检测周期较久，检测效率不高，基于工业CT技术自动检测扩散段耐烧蚀性能技术的开发难度较高。
发明内容
为了克服现有技术的不足，提供一种基于视觉识别为原理的扩散段轮廓/分层界面尺寸快速测量装置，解决现有扩散段产品分层界面/轮廓尺寸难以快速精确测量导致无法快速判别扩散段产品耐烧蚀性能合格性的问题。
本发明采用如下的技术方案：
一种基于视觉识别为原理的扩散段轮廓/分层界面尺寸快速扫量装置，其特征在于：包括扩散段型面图像识别测量单元、扩散段图像处理单元，其中：
扩散段型面图像识别测量单元，获取被输送的扩散段产品的型面图像，并进行型面图像尺寸与实际尺寸的比例标定，最后将获取的型面图像和图像比例标定系数反馈给图像处理单元；
扩散段图像处理单元，根据扩散段型面图像识别测量单元输入的型面图像以及图像比例标定，对型面图像的扩散段轮廓/分层界面进行图像尺寸标定，孪生轮廓曲线，并计算扩散段产品的扩散段轮廓/分层界面尺寸的实际尺寸，将扩散段产品的实际尺寸与产品的理论设计尺寸进行比较分析，判断扩散段产品是否合格。
基于上述内容，扩散段图像处理单元主要包含图像尺寸参数标定、扩散段型面图像采集、轮廓参数提取、轮廓曲线孪生、实际与设计曲线分析、产品合格判定六个模块。扩散段图像处理单元可基于Phtyson语言编写得到该程序软件。
在上述的的快速测量装置中，所述扩散段图像尺寸与实际尺寸的比例标定包括：选定扩散段型面上的一点为中心点，拍摄输送机构运动前后两个不同时间点的扩散段型面图像，根据两个时间点各自拍摄得到的型面图像上参考点的移动距离和实际扩散段产品移动距离，得到扩散段型面图像尺寸和实际尺寸的图像标定系数。
具体的，扩散段端面上中心点的选择可以为扩散段产品上的任意点。
中心点优选为扩散段端面的圆心位置。
图像标定系数为型面图像上参考点的移动距离与实际扩散段产品移动距离之间的比值。
在上述的快速测量装置中，所述扩散段产品的实际尺寸与扩散段产品的理论设计尺寸比较分析包括：
轮廓参数提取，根据扩散段产品的扩散段轮廓/分层界面的实际尺寸提取扩散段轮廓/分层界面的轮廓参数；
轮廓曲线孪生，根据提取到的轮廓参数孪生得到扩散段产品的扩散段轮廓/分层界面的曲线；
实际与理论设计尺寸分析，将扩散段产品的轮廓/分层界面曲线与产品的理论设计尺寸曲线进行比较，并获得获取扩散段产品的各结构厚度尺寸差值和树脂聚集区轮廓尺寸。
产品合格判定，根据得到的各层结构的厚度尺寸差值、树脂聚集区轮廓尺寸，将产品的设计要求的尺寸值范围作为产品合格阈值范围，自动比对获得厚度尺寸差值和轮廓尺寸，自动判定产品耐烧蚀性能的合格性。
在上述的快速测量装置中，所述扩散段型面图像识别测量单元还用于按照设定时间和速度批量输送扩散段产品。
在上述的快速测量装置中，所述扩散段型面图像识别测量单元包括用于输送扩散段产品的运输轨道、可拆卸连接于运输轨道上的图像识别装置。
在上述的快速测量装置中，所述运输轨道包括安装在输送支架上的直线式输送带、安装于输送带表面的扩散段底座、安装在输送支架上与输送带底部齿轨相啮合的驱动输送带的电机/齿轮驱动机构。
在上述的快速测量装置中，所述直线式输送带包括位于输送带上表面放置扩散段底座的底座槽结构、位于输送带底部中间位置的两条驱动齿轨结构、位于输送带底部两侧位置的滑动轴承槽。
在上述的快速测量装置中，所述扩散段底座结构的外部轮廓形状与输送带上扩散段底座槽相适配，上表面上设计有与不同扩散段产品端面相适配的产品放置槽。
在上述的快速测量装置中，所述的输送机构包括可移动/自锁输送支架、固定于输送支架左、右上横梁内侧的支撑输送带的两组滑动轴承结构。
在上述的快速测量装置中，所述图像识别装置包括用来识别扩散段图像的图像设备、固定在运输装置上的由电缸驱动调节图像设备高度的驱动杆和固定在调节高度驱动杆上端用来调整图像设备水平位置的驱动杆。
图像设备高度驱动杆和水平位置驱动杆可针对不同尺寸的扩散段产品自动按设计拍摄距离阈值自动调整用于图像识别的相机的固定高度，实现多规格扩散段产品端面轮廓/分层尺寸的批量自动化图像识别检测，其中驱动杆主要由驱动电缸(电机+丝杆轴+电缸固定套)、相机固定架组成。
图像识别测量单元中的输送装置和图像识别设备均电连接于控制单元，同时图样识别装置也电连接于图像处理单元。控制单元发出指令信号给输送装置和图像识别设备，进行按设定时间和速度批量进行扩散段产品型面图像采集和尺寸标定，将获取的产品型面图像和图像尺寸标定系数输送到图像处理单元，从而实现批量自动化图像识别检测扩散段产品耐烧蚀性能合格性。
综上所述，本发明至少包括以下有益技术效果：
(1)、本发明由于采用了视觉识别为原理来测量扩散段产品的轮廓/分层界面尺寸，视觉识别装置为高清图像设备(相机等)，由图样程序处理得到实际产品尺寸，尺寸测量精度可保证在50um以内；
(2)、本发明没有技术壁垒，可根据设计理论尺寸快速判别扩散段产品耐烧蚀性能的合格性，单个毛坯件产品的检测时间在1分钟以内；
(3)、本发明由于设计了可程序控制运动的扩散段产品输送机构和可程序调节高度的相机固定支架，可以自动标定扩散段型面图像的图像尺寸和设计尺寸的比例、可针对不同尺寸的扩散段产品自动按设计拍摄阈值自动调整图样识别相机的固定高度，实现多规格扩散段产品端面轮廓/分层界面尺寸的批量化自动图像识别，缩短了产品的检验周期，降低了扩散段产品的检测成本。
附图说明
图1为本发明实施例应用的扩散段产品检测流程示意图；
图2为由本发明实施例系统组成的结构示意图；
图3为本发明实施例扩散段产品运输机构结构示意图；
图4为本发明实施例相机固定支架结构示意图；
图5为本发明实施例图像处理单元程序模块结构示意图。
附图标记说明：21、运输轨道；22、图像识别装置；
31、直线式输送带；32、扩散段底座；33、驱动输送带的电机/齿轮驱动机构；34、输送带上的扩散段底座安装槽；35、驱动输送带的两条驱动齿轨结构；36、输送带上的滑动轴承槽；37、扩散段底座上的产品放置槽；38、输送支架；39、支撑输送带的两组滑动轴承结构；
41、高清图像设备(相机)；42、调节图像设备高度的驱动杆；43、调节图像设备水平位置的驱动杆。
具体实施方式
下面结合附图1-5和具体实施例对本申请作出进一步详细的的描述：
本申请实施例公开一种基于视觉识别为原理的扩散段轮廓/分层界面尺寸快速测量装置。
参照图1和图2，一种扩散段轮廓/分层界面尺寸快速测量装置，可快速进行扩散段型面轮廓/分层界面轮廓图样识别，然后根据采集的图像利用图像分析处理单元孪生分析轮廓曲线，配合扩散段图像识别设备41(相机)和输送扩散段产品的机构，实现对不同规格扩散段产品耐烧蚀性能合格性的自动快速识别判定。
参照图2和图5，具体的，扩散段轮廓/分层界面尺寸快速测量装置包括扩散段型面图像识别测量单元、扩散段图像处理单元；
其中，扩散段型面图像识别测量单元，按照设定时间和速度批量输送扩散段产品，获取被输送的扩散段产品的型面图像，选定扩散段产品断面上的一点为中心点，拍摄输送机构运动前后两个不同时间点的扩散段型面图像，根据两个时间点各自拍摄得到的端面参考点的图像移动距离和实际扩散段产品移动距离，得到扩散段型面图像尺寸和实际尺寸的比例标定系数，最后将获取的型面图像和图样比例标定系数反馈给扩散段图像处理单元；
参照图3和图4，扩散段型面图像识别测量单元包括用于输送扩散段产品的运输轨道21、可拆卸连接于运输轨道上的图像识别装置22。所述运输轨道21包括输送支架38、安装在输送支架38上的直线式输送带31、安装于输送带表面的扩散段底座32、安装在输送支架上与输送带底部齿轨相啮合的驱动输送带的电机/齿轮驱动机构33，电机/齿轮驱动机构33包括转动连接于输送支架38的齿轮和驱动齿轮转动的电机，直线式输送带31底部中间位置设置有两条驱动齿轨结构35，齿轮与驱动齿轨35啮合，通过齿轮与驱动齿轨35的配合，实现对直线式输送带31移动的驱动。所述直线式输送带31上表面设置有放置扩散段底座的底座槽结构34，直线式输送带31底部两侧位置开设有滑动轴承槽36，输送支架38的左、右上横梁内侧设置有用于支撑输送带的两组滑动轴承结构39，滑动轴承结构39与滑动轴承槽36相配合，从而对直线式输送带31的支撑和移动限位。所述扩散段底座32结构的外部轮廓形状与输送带上扩散段底座槽相适配，扩散段底座32上表面上设计有与不同扩散段产品端面相适配的产品放置槽37。所述图像识别装置22包括用来识别扩散段图像的图像设备41、固定输送支架38上的由电缸驱动调节图像设备高度的驱动杆42和固定在调节高度驱动杆上端用来调整图像设备水平位置的驱动杆43。
扩散段图像处理单元，根据扩散段型面图像识别测量单元输入的型面图像以及图像比例标定系数，依据型面图像孪生得到扩散段轮廓/分层界面曲线并进行图像尺寸参数标定，扩散段轮廓/分层界面尺寸包括扩散段内轮廓尺寸、外轮廓尺寸、结构分层界面尺寸以及树脂聚集区轮廓尺寸，并计算扩散段产品的扩散段轮廓/分层界面的实际尺寸，将扩散段产品的是及轮廓尺寸与理论设计尺寸比较分析，具体的比较分析过程包括：图像尺寸标定，获取扩散段产品型面图像尺寸与实际尺寸的比例标定系数；轮廓参数提取，根据扩散段产品的轮廓/分层界面的图像和比例标定系数，提取扩散段轮廓/分层界面的轮廓参数；轮廓曲线孪生，依据提取到的轮廓参数进行曲线孪生得到实际的扩散段轮廓/分层界面曲线；实际与理论设计曲线分析，将扩散段产品的轮廓/分层界面的各轮廓实际曲线与产品的理论设计尺寸曲线进行比较分析，获得获取扩散段产品的各结构厚度尺寸差值和树脂聚集区轮廓尺寸；产品合格判定，根据得到的各层结构的厚度尺寸差值、树脂聚集区轮廓尺寸，将产品的设计要求的尺寸值范围作为产品合格阈值范围，自动比对获得厚度尺寸差值和轮廓尺寸，自动判定扩散段产品耐烧蚀性能的合格性。
实施例1
本发明某一具体实施例，采用基于视觉识别为原理的扩散段轮廓/分层界面尺寸快速扫描测量装置，快速测量了4发两端外径分别为Ф450mm(扩张端面)和Ф200mm(喉部端面)，高度为382mm的扩散段产品。每发产品实际检测判定周期不超过1分钟，扩散段分层曲线与工业CT扫描结果最大尺寸偏差在±0.05mm以内。该实施例解决了人工难以高精度测量扩散段分层界面及扩散段轮廓尺寸的问题，以及现有测量技术难以快速批量检测扩散段分层界面曲线及轮廓尺寸的问题，大大缩短了单发扩散段产品的检测周期，降低了产品的生产成本，同时提升了产品质量的精细化控制。
以上均为本发明的较佳实施例，并非仅以此限制本发明的保护范围，显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内，均应涵盖于本申请的保护范围。
Claims (11)
1.一种扩散段轮廓/分层界面尺寸快速测量装置，其特征在于：基于视觉识别为原理，包括扩散段型面图像识别测量单元、扩散段图像处理单元，其中：
扩散段型面图像识别测量单元，用于在扩散段产品检测过程中，按照设定时间和速度批量输送扩散段产品，同时识别获取扩散段产品的型面图像，并进行扩散段型面图像尺寸与实际尺寸的标定而得到图像标定系数，最后将获取的扩散段型面图像和图像标定系数反馈给扩散段图像处理单元；
扩散段图像处理单元，根据扩散段型面图像识别测量单元输入的扩散段型面图像及图像标定系数，对图像尺寸进行标定，扩散段产品的实际尺寸与设计理论尺寸的提取与分析，检测判断该发扩散段产品是否合格。
2.根据权利要求1所述的一种扩散段轮廓/分层界面尺寸快速测量装置，其特征在于：所述扩散段型面图像尺寸与实际尺寸的比例标定，包括：选定扩散段端面上的一点为图像参考点，拍摄扩散段运动前后两个不同时间点的扩散段型面图像，根据两个时间点各自拍摄得到的扩散段型面图像上参考点的移动距离和实际扩散段产品移动距离，得到扩散段型面图像尺寸和实际尺寸的图像标定系数。
3.根据权利要求1所述的一种扩散段轮廓/分层界面尺寸快速测量装置，其特征在于：所述扩散段产品的实际尺寸与设计理论尺寸的提取与分析包括：
轮廓参数提取，根据扩散段产品的扩散段轮廓/分层界面的图像提取得到扩散段产品内/外轮廓、分层界面轮廓的图像尺寸参数；
轮廓曲线孪生，依据图像标定参数和提取到的各界面轮廓尺寸参数孪生得到扩散段各界面的曲线；
实际与理论设计曲线分析，将孪生得到扩散段产品的各界面实际曲线与扩散段产品的设计尺寸曲线进行比较，获取扩散段产品的内外轮廓型面和分层褶皱界面尺寸，计算实际扩散段产品的碳布层/高硅氧层的厚度范围，再与扩散段产品的理论设计碳布层/高硅氧层厚度比较分析，获取扩散段产品的各结构厚度尺寸差值和树脂聚集区轮廓尺寸；
产品合格判定，根据得到的各层结构的厚度尺寸差值、树脂聚集区轮廓尺寸，将产品的设计要求的尺寸值范围作为产品合格阈值范围，自动比对获得厚度尺寸差值和轮廓尺寸，自动判定产品耐烧蚀性能的合格性。
4.根据权利要求1所述的一种扩散段轮廓/分层界面尺寸快速测量装置，其特征在于：所述扩散段轮廓/分层界面尺寸包括扩散段端面内轮廓尺寸、外轮廓尺寸、分层界面尺寸、以及树脂聚集区轮廓尺寸。
5.根据权利要求1所述的一种扩散段轮廓/分层界面尺寸快速测量装置，其特征在于：所述扩散段型面图像识别测量单元还用于按照设定时间和速度批量输送和检测扩散段产品。
6.根据权利要求1所述的一种扩散段轮廓/分层界面尺寸快速测量装置，其特征在于：所述扩散段型面图像识别测量单元包括用于输送扩散段产品的运输轨道(21)、可拆卸连接于运输轨道(21)上且用于拍摄扩散段型面图像的图像识别装置(22)。
7.根据权利要求1所述的一种基于视觉识别为原理的扩散段轮廓/分层界面尺寸快速测量装置，所述扩散段图像处理单元包含图像尺寸参数标定、扩散段型面图像采集、轮廓参数提取、轮廓曲线孪生、实际与设计曲线分析、产品合格判定六个模块。
8.根据权利要求6所述的扩散段轮廓/分层界面尺寸快速测量装置，其特征在于：所述运输轨道(21)包括输送支架(38)、安装在输送支架(38)上的直线式输送带(31)、安装于直线式输送带(31)表面的扩散段底座(32)、安装在输送支架(38)上的电机/齿轮驱动机构(33)，直线式输送带(31)底部设置有两条驱动齿轨(35)，电机/齿轮驱动机构(33)与驱动齿轨(35)相适配。
9.根据权利要求6所述的扩散段轮廓/分层界面尺寸快速测量装置，其特征在于：所述图像识别装置(22)包括用来识别扩散段图像的图像设备(41)、固定在运输轨道(21)上的由电缸驱动调节图像设备高度的驱动杆(42)和固定在调节高度驱动杆上端用来调整图像设备水平位置的驱动杆(43)。
10.根据权利要求8所述的扩散段轮廓/分层界面尺寸快速测量装置，其特征在于：所述直线式输送带(31)上表面设置有用于放置扩散段底座的底座槽(34)，扩散段底座的外部轮廓形状与输送带上扩散段底座槽相适配，直线式输送带(31)下表面两侧位置开设有滑动轴承槽(36)，输送支架左、右上横梁内侧设置有滑动轴承结构(39)，滑动轴承结构(39)与滑动轴承结构(39)相配合。
11.根据权利要求8所述的扩散段轮廓/分层界面尺寸快速测量装置，其特征在于：所述扩散段底座上表面上设置有与不同扩散段产品端面相适配的产品放置槽(37)。
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111655884.0A Active CN114485431B (zh) | 2021-12-30 | 2021-12-30 | 一种扩散段轮廓/分层界面尺寸快速测量装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114485431B (zh) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2004200799A (ja) * | 2002-12-16 | 2004-07-15 | Fuji Xerox Co Ltd | 画像処理装置、画像処理方法及び画像処理プログラム |
| CN103530884A (zh) * | 2013-10-21 | 2014-01-22 | 山东师范大学 | 基于边缘保护多尺度形变配准的图像引导自适应算法 |
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| CN113405950A (zh) * | 2021-07-22 | 2021-09-17 | 福建恒安集团有限公司 | 一种一次性卫生用品扩散度的测量方法 |
-
2021
- 2021-12-30 CN CN202111655884.0A patent/CN114485431B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 李金鹿;王从科;柴娟;赵付宝;于波;张霞;: "工业CT技术检测喷管扩散段绝热层坯料的缺陷", 工程塑料应用, no. 01 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114485431B (zh) | 2024-03-15 |
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