CN204514271U - 一种涡轮叶片视觉检测的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种涡轮叶片视觉检测系统，包括：上部设置有工作台的机身，一顶盖设置在该机身上方并罩于工作台上；安装在工作台表面上的电动旋转台，用于设置待检测的叶片；以及电动平移台，其在竖直方向设置有导向滑轨，测量传感器设置在该导向滑轨上可相对工作台面的上下移动；该测量传感器具有可发出测量用激光并入射到叶片的激光器以及用于接叶片反射光以成像的相机，通过其在工作台面的上下移动并配合相对布置的所述电动旋转台上的叶片的旋转，可实现对所述叶片的轴向上下以及两表面的多点扫描成像，进而实现对叶片的精确快速扫描测量。本实用新型实现自动化的叶片检测，工作效率高，测量精度高，大大提高叶片类零件检测效率。

Description

一种涡轮叶片视觉检测的系统

技术领域

本实用新型属于视觉检测领域，具体涉及一种叶片视觉检测的系统。

背景技术

随着制造工业的迅速发展，产品形状设计日益复杂，复杂曲面在工程领域中广泛使用。其中变截面复杂曲面更是在航空发动机叶片，汽轮机叶片，船用螺旋桨桨叶中广泛应用。

这里叶片类零件在加工完成前需要进行检测，以保证其加工的精度。例如航空铸造叶片尺寸终检需要对叶片复杂曲面进行测量，将特征参数与产品模型进行比对，对铸造叶片进行评定。但是，这类零件其强扭曲、薄壁件、易变形、低损伤，造成加工检测上的困难。

传统测量方式主要采用三坐标机对叶片表面逐点测量，测量数据量大、测量效率慢、数据处理慢，不能够快速得到叶片特征尺寸，大大降低了生产效率。例如采用离线三坐标测量机检测，即用三坐标机对叶片表面逐点测量，但这种方式测量数据量大、测量效率慢、数据处理慢，不能够快速得到叶片特征尺寸，大大降低了生产效率。另外，采用人工检测方式，通过人工靠模板对叶片铸造余量、局部校正量、尺寸误差等进行检测，但是，这种方式涉及复杂的二次装夹、多品种模板定制设计、人工手动操作等，效率低下，无法满足铸造涡轮叶片的快速测量和型面精度控制需求。

为克服上述检测方式的缺陷，现有技术中出现了基于机器视觉技术的非接触式测量方式，其中，结构光三维形貌测量是使用较广泛的一种测量方式。结构光三维形貌测量有双目视觉测量和线结构光视觉测量两种方式，其中线结构光测量系统由于其快速、精确、稳定性好，而且结构简单，易于实现等优势，在各个领域得到了更广泛的应用。

目前的线结构光测量系统如美国康耐视、日本基恩士和三丰、德国MAHR等等，其虽然具有较高的测量精度，但仍然存在许多问题，例如部分系统在小景深的情况下，能够达到很高的测量精度，但一旦景深增大到一定距离，精度则大大降低；另外，部分测量系统测量时间较长，基本上达到100s左右，而且测量范围较小，仅适应于一定尺寸大小的航空叶片而无法实现对叶片的全面测量。

专利文献CN104236879A公开了一种基于机器视觉的发动机叶片动静态检测系统及方法，其通过转台模拟叶片工作过程，通过高速相机对叶片进行拍摄，同时利用高精度投影编码系统降低了叶片的反光对拍摄产生的影响，产生高分辨率、高对比度的数字图像，同时保持图像的色彩纯度，在获取图像信息的同时通过麦克风阵列获取叶片转动时的声音信号，并与正常工作时的声音信号进行比对，判断不同故障情况下声音信号的差异。

该方案能够实现如叶片型面等参数的测量并能够分析叶片振动过程中出现的常见故障，如叶片失衡，旋转失速，失稳等故障。但是，该系统仅是通过带动叶片的旋转实现对叶片各个表面的测量，而对于截面变化的复杂叶片，其无法获得多个不同截面下的测量数据，而且由于其成像系统为多个，使得其成像耦合处理更为为复杂，整个系统的结构也较为复杂；另外，其成像系统为传统成像，对叶片的信息采集精度会造成损失，无法获取高精度的测量数据。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种叶片视觉检测的系统，其目的在于采用一次装夹操作，通过安装在高精密型电动平移台测量传感器对装夹在精密型电动旋转台上的叶片进行扫描，实现自动化的叶片检测，工作效率高，测量精度高，大大提高叶片类零件检测效率。

为实现上述目的，本实用新型提供一种涡轮叶片视觉检测系统，其包括：

机身，其上部设置有工作台，一顶盖设置在该机身上方并罩于所述工作台上，从而在该顶盖与工作台之间形成用于安放待测叶片和进行测量的操作空间；

电动旋转台，其安装在所述工作台表面上，用于设置待检测的叶片，该电动旋转台可被控制而在所述工作台上自转，从而可带动其上的叶片随电动旋转台的自转而旋转；以及

电动平移台，其安装在所述工作台表面上并与所述电动旋转台间隔一定距离，该电动平移台在竖直方向设置有导向滑轨，一测量传感器设置在该导向滑轨上并可被控制而相对该滑轨移动，以实现相对工作台面的上下移动；

该测量传感器具有可发出测量用激光并入射到所述叶片的激光器以及用于接收所述叶片反射光以成像的相机，通过其在工作台面的上下移动并配合相对布置的所述电动旋转台上的叶片的旋转，可实现对所述叶片的轴向上下以及两表面的多点扫描成像，进而实现对叶片的精确快速扫描测量。

作为本实用新型的改进，所述测量传感器包括相机，底盖，环形外壳，固定直角架和线激光器，其中，所述环形外壳中部为空心，环形外壳两侧面通过底盖封盖，从而使得形成中部为空腔的传感器壳体，固定直角架沿竖直方向设置在壳体空腔中，相机设置在上述直角架的一端，其镜头可通过环形外壳上的窗口与待检测的叶片光路相通，线激光器设置在直角架相对的另一端，其发出的激光可通过环形外壳上的另一窗口出射到待检测的叶片上。

作为本实用新型的改进，所述叶片沿轴向竖直置于电动旋转台上，以使两者轴线同轴或平行。

作为本实用新型的改进，所述相机优选是CCD或CMOS相机。

作为本实用新型的改进，还包括控制器，其用于控制所述电动平移台上的测量传感器的移动、所述电动旋转台的旋转以及两者之间的协调。

作为本实用新型的改进，所述叶片为具有不同截面形状的叶片，例如航空发动机叶片、汽轮机叶片或船用螺旋桨桨叶。

本实用新型中，能够完成至少两个自由度的测量运动，包括上下平动(测量叶片的不同截面)以及转动(测量叶片不同角度各个方向上的轮廓数据)，从而获得多个点的数据，以此准确获得叶片的测量数据。

按照本实用新型，还提供一种利用上述视觉检测系统对叶片进行检测的方法。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1)本实用新型克服传统测量系统无法实现速度和精度同时满足需要的缺陷，利用相隔一定距离并双自由度布置的叶片与传感器的方式，实现快速多点的测量，可实现快速和高精度的测量。

2)本实用新型的测量传感器采用线激光扫描方式，数据量较小，易于实现快速检测。

3)本实用新型结构简单，能够很好地解决在增大测量景深时的精度损失问题，且操作简单，测量效率高，而且通用性强，可进行二次开发。

附图说明

图1为按照本实用新型实施例所构建的视觉检测系统的整体结构示意图；

图2为图1中的视觉检测系统的主视结构图；

图3为图1中的视觉检测系统中安装在工作台上的电动平移台和精密型电动旋转台的结构示意图；

图4为按照本实用新型实施例所构建的视觉检测系统中的测量传感器的结构示意图；

图5为图4中的测量传感器的主视示意图；

图6为利用按照本实用新型实施例所构建的视觉测量系统进行叶片检测的流程示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1-3所示，按照本实用新型实施例所构建的一种涡轮叶片视觉检测系统，其包括机身105，顶盖101，计算机104，工作台106，安装在工作台106上的精密型电动旋转台107、高精密型电动平移台103，以及安装在高精密型电动平移台103上的测量传感器102和安装在精密型电动旋转台107上的待测涡轮叶片100。

工作台106设置在机身上部，顶盖101设置在机身105上方并罩于工作台106上，顶盖与工作台之间形成操作空间。电动旋转台107和电动平移台103均设置在工作台106上并容置于操作空间中。

具体地，待检测的叶片置于电动旋转台107上，其可随电动旋转台107的自转而旋转，优选是沿轴向竖直置于电动旋转台107上，以使两者轴线同轴或平行。

测量传感器102设置在电动平移台103上，其中该电动平移台103与电动旋转台107相隔一定距离布置，该电动平移台在竖直方向设置有导向滑轨，测量传感器102设置在该导向滑轨上并可相对该滑轨移动，从而实现相对工作台面的上下移动，以用于对相对布置的叶片上下扫描进行测量。

如图4和5所示，本实用新型实施例的测量传感器包括相机201，底盖202，环形外壳203，固定直角架204，线激光器205。其中，所述环形外壳203中部为空心，环形外壳203两侧面通过底盖202封盖，从而使得形成中部为空腔的传感器壳体，固定直角架204沿竖直方向设置在壳体空腔中，相机201优选是CCD或CMOS相机，其设置在上述直角架204的一端，其镜头可通过环形外壳203上的窗口与待检测的叶片光路相通。线激光器205设置在直角架204相对的另一端，其发出的激光可通过环形外壳203上的另一窗口出射到待检测的叶片上。

如图6所示，利用本实施例的检测系统进行测量的一个优选的过程为：

取下顶盖101，将涡轮叶片100叶盆面向传感器102安装在精密型电动旋转台107上，接通相机201和线激光器205的电源，通过计算机104对传感器102进行标定校准。

之后通过计算机104进行控制测量，例如可以选择手动或者自动测量方式，控制传感器移动距离参数。在伺服电机的带动下，传感器102在高精密型电动平移台103上进行上下平动，对被测叶片100的多个截面(例如优选5到8个截面)进行连续测量采集，采集速率优选是最高13帧/秒，将采集到的光条图像送入计算机104中进行实时处理得到三维点云输出显示。随后控制精密型电动旋转台107旋转180°，使测量叶片100的叶背面对传感器102，按上述方式重复测量。对各参数实时处理，即可得到物体表面轮廓数据，还可以生成检测报告。事实上，本实施例中的上述测量系统的测量的速度可达1分钟/单片。

本实施例中，例如可以测量铸造叶片5～8个截面，得到的叶片轮廓度误差，包括叶盆、叶背、前缘、后缘、最大厚度、扭转角度等特征参数与设计模型匹配所得误差值，还可以设置在测量的同时实时生成检测报告，显示各个检测指标误差值，根据预设要求判定被测叶片是否合格。

本实用新型实施例中所述传感器设计测量距离优选为350mm～450mm，测量范围优选可以为120mm～160mm。

本实施例中，传感器设计主要用于确定传感器内部相机与激光器的相对位置关系，所制作的实物用于传感器初步测试，在确定传感器内部尺寸后，进行合适的外壳设计。

本实施例中，传感器外壳设计优选使用材料为有机玻璃。有机玻璃易于加工，且具有较高的强度，能很好地完成设计要求，传感器的相机和激光器发射部分采用无色有机玻璃进行防灰防尘保护。

本实用新型中，工作台上包括一个高精密型电动平移台和一个精密型电动旋转台，系统运动控制包括两大步分：传感器的平动和叶片的转动。由于线结构光视觉传感器本身只能够测量单截面，并不能得到被测物体的三维形貌，要完成测量就必须借助工作台，在精确控制下移动测量物体，完成多截面的测量，进而完成整体三维形貌测量。工作台还包括与之配套的运动控制系统，完成对平台的精确控制，同时确定实时运动参数，供测量系统进行三维建模。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种涡轮叶片视觉检测系统，其包括：

机身(105)，其上部设置有工作台(106)，一顶盖(101)设置在该机身(105)上方并罩于所述工作台(106)上，从而在该顶盖(101)与工作台(106)之间形成用于安放待测叶片(100)和进行测量的操作空间；

电动旋转台(107)，其安装在所述工作台(106)表面上，用于设置待检测的叶片(100)，该电动旋转台(107)可被控制而在所述工作台(106)上自转，从而可带动其上的叶片(100)旋转；以及

电动平移台(103)，其安装在所述工作台(106)表面上并与所述电动旋转台(107)间隔一定距离，该电动平移台(103)在竖直方向设置有导向滑轨，一测量传感器(102)设置在该导向滑轨上并可被控制而相对该滑轨移动，以实现相对工作台面的上下移动；

该测量传感器(102)具有可发出测量用激光并入射到所述叶片(100)的激光器以及用于接收所述叶片(100)反射光以成像的相机，通过其在工作台面的上下移动并配合相对布置的所述电动旋转台(107)上的叶片(100)的旋转，可实现对所述叶片(100)的轴向上下以及两表面的多点扫描成像，进而实现对叶片(100)的精确快速扫描测量。

2.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片视觉检测系统，其中，所述测量传感器包括相机(201)，底盖(202)，环形外壳(203)，固定直角架(204)和线激光器(205)，其中，所述环形外壳(203)中部为空心，两侧面通过底盖(202)封盖，从而使得形成中部为空腔的传感器壳体，固定直角架(204)沿竖直方向设置在壳体空腔中，相机(201)设置在上述直角架(204)的一端，其镜头可通过环形外壳(203)上的窗口与待检测的叶片(100)光路相通，所述线激光器(205)设置在直角架(204)相对的另一端，其发出的激光可通过环形外壳(203)上的另一窗口出射到待检测 的叶片(100)上。

3.根据权利要求2所述的一种涡轮叶片视觉检测系统，其中，所述叶片(100)沿轴向竖置于电动旋转台(107)上，以使两者轴线同轴或平行。

4.根据权利要求2所述的一种涡轮叶片视觉检测系统，其中，所述相机(201)是CCD或CMOS相机。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种涡轮叶片视觉检测系统，其中，还包括控制器，其用于实现所述电动平移台(103)上的测量传感器的移动控制、所述电动旋转台(107)的旋转控制以及两者之间的协调控制。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的一种涡轮叶片视觉检测系统，其中，所述叶片(100)为具有不同截面形状的叶片，包括航空发动机叶片、汽轮机叶片或船用螺旋桨桨叶。