基于機器視覺的發(fā)動機葉片動靜態(tài)檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于機器視覺的發(fā)動機葉片動靜態(tài)檢測系統(tǒng)及方法，通過轉(zhuǎn)臺模擬葉片工作過程，通過高速相機對葉片進行拍攝，同時利用高精度投影編碼系統(tǒng)降低了葉片的反光對拍攝產(chǎn)生的影響，產(chǎn)生高分辨率、高對比度的數(shù)字圖像，同時保持圖像的色彩純度，在獲取圖像信息的同時通過麥克風(fēng)陣列獲取葉片轉(zhuǎn)動時的聲音信號，并與正常工作時的聲音信號進行比對，判斷不同故障情況下聲音信號的差異；本發(fā)明測量效率高，且能夠?qū)崿F(xiàn)全場測量，避免傳統(tǒng)測量效率低，并能同時進行動靜態(tài)檢測，在靜態(tài)檢測中能實現(xiàn)傳統(tǒng)參數(shù)如葉片型面的測量，在動態(tài)測試中能分析葉片振動過程中出現(xiàn)的常見故障，如葉片失衡，旋轉(zhuǎn)失速，失穩(wěn)等故障。
【專利說明】基于機器視覺的發(fā)動機葉片動靜態(tài)檢測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)動機葉片的檢測方法，尤其涉及一種基于機器視覺的發(fā)動機葉片動靜態(tài)檢測。

【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)動機是在高溫，高壓，高轉(zhuǎn)速和嚴(yán)酷載荷工況下工作的復(fù)雜機械裝備，特別是其核心部件葉輪機葉片的可靠性問題。在航空發(fā)動機中葉片的疲勞故障約占總故障及事故的25%，而導(dǎo)致葉片出現(xiàn)如此高的故障率，除了本身其復(fù)雜的工作環(huán)境和極高的材料要求外，缺少有效的檢測手段，也是導(dǎo)致葉片設(shè)計及加工缺少有力的數(shù)據(jù)支撐，而出現(xiàn)高故障率的重要原因之一。在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機中葉片無論是壓氣機葉片還是渦輪葉片，它們的數(shù)量最多，而發(fā)動機就是依靠這眾多的葉片完成對氣體的壓縮和膨脹以及以最高的效率產(chǎn)生強大的動力來推動機器的運動，葉片是一種特殊的零件，它數(shù)量多，形狀復(fù)雜，要求高，加工難度大，而且是故障多發(fā)的零件，一直以來都是各發(fā)動機廠生產(chǎn)的關(guān)鍵，而且國內(nèi)外發(fā)動機廠家正以最大的努力來提高葉片的性能。
[0003]傳統(tǒng)的葉片型面測量方法大致可分:標(biāo)準(zhǔn)樣板法、自動繪圖測量法、光學(xué)投影測量法、電感測量法和坐標(biāo)測量法等。標(biāo)準(zhǔn)樣本法最早是用于葉片成品檢測的方法，它具有檢測速度快、操作簡單、便于現(xiàn)場使用等優(yōu)點，但它只能定性的檢測零件是否合格，測量精度低，同時，一個樣板只對應(yīng)于某葉片相應(yīng)截面的一條型線，因此標(biāo)準(zhǔn)樣板數(shù)量多，成本高；用自動繪圖測量法時由于儀器體積龐大且操作不方便，只適合于零件的抽檢；光學(xué)投影測量法受客觀因素影響較多，測量精度低，適合葉片半成品型面的檢測；實用新型專利N0.201220147947.1設(shè)計的自動檢測系統(tǒng)為接觸式檢測，接觸式測試法需要將傳感器附著或粘貼到被測對象的表面，很難實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)葉片的檢測。此外，接觸式振動測試法還存在“單點測量”的問題，即每個傳感器同時只能測量單點狀態(tài)。若要實現(xiàn)目標(biāo)全場同步測量，須在被測目標(biāo)表面粘貼傳感器陣列，若被測目標(biāo)的尺寸較大時，陣列中傳感器的數(shù)量較多，造成整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、測量過程十分繁瑣，且傳感器陣列的空間分辨率不高；實用新型專利N0.201120023000.5講述了一種三坐標(biāo)測量法，該測量方法需逐點測量，效率非常低，且測量成本高，一般要求實驗室環(huán)境下測量，因此該方法受到一定的限制。
[0004]本發(fā)明是基于機器視覺的檢測，具有非接觸、全場式、高效率、易于實現(xiàn)高分辨率和高精度等優(yōu)點，該方法不僅在靜態(tài)檢測上有其獨特優(yōu)點，而且可以進行動態(tài)狀態(tài)識別。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了彌補傳統(tǒng)葉片檢測方法的不足，提出一種基于機器視覺的發(fā)動機葉片動靜態(tài)檢測方法。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種基于機器視覺的發(fā)動機葉片動靜態(tài)檢測系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)臺，其特征在于:所述的轉(zhuǎn)臺四周罩有一封閉箱體，所述轉(zhuǎn)臺頂端位于所述密閉箱體的中心偏下，所述轉(zhuǎn)臺頂端設(shè)有轉(zhuǎn)臺軸，所述的轉(zhuǎn)臺軸上通過夾具固定有發(fā)動機葉片，在發(fā)動機葉片的四周對應(yīng)的密閉箱體的壁上，均勻安裝有八只麥克風(fēng)，所述的麥克風(fēng)輸出端與箱體外部的Α/D轉(zhuǎn)化模塊相連，A/D轉(zhuǎn)化模塊通過DSP數(shù)據(jù)處理模塊連接到信號處理工作站，在所述箱體壁上安裝麥克風(fēng)位置的上側(cè)設(shè)置有兩個呈一定角度成像系統(tǒng)，在發(fā)動機葉片的正上方的箱體上設(shè)置有高精度編碼投影系統(tǒng)，所述的成像系統(tǒng)和高精度編碼投影系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)線連接采集卡，所述的采集卡直接連接到信號處理工作站；所述的箱體內(nèi)壁隔層內(nèi)填充有梯度吸音棉。
[0007]所述的位于密閉箱體內(nèi)轉(zhuǎn)臺頂端的轉(zhuǎn)臺軸上的發(fā)動機葉片，在靜止或者運動時，均勻分布在發(fā)動機葉片四周的麥克風(fēng)陣列采集聲音信息，并傳遞給Α/D轉(zhuǎn)換模塊，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊將模擬聲信號進行轉(zhuǎn)換并輸送到DSP數(shù)據(jù)處理模塊，所述的DSP數(shù)據(jù)處理模塊接收來自Α/D模塊的數(shù)字信號并進行處理后傳輸給信號處理工作站；同時，所屬的成像系統(tǒng)捕獲發(fā)動機葉片正上方的高精度編碼投影系統(tǒng)照射發(fā)動機葉片時所產(chǎn)生的圖像信息，并被與之相連的采集卡采集圖像信息并傳輸至信號處理工作站；所述的信號處理工作站處理聲音信息和圖像信息，實現(xiàn)發(fā)動機葉片的的監(jiān)測分析。
[0008]所述的箱體密封，箱體材料采用灰鑄鐵HT200;所述的吸音棉置于箱體隔層中，材料采用聚酯纖維；所述麥克風(fēng)陣列均勻分布于發(fā)動機葉片四周以獲得聲信號；所述成像系統(tǒng)在發(fā)動機葉片上方均勻分布，所述高精度編碼投影系統(tǒng)位于發(fā)動機葉片正上方也即箱體的正上方，以獲得全景圖像，在光學(xué)投影式測量系統(tǒng)中，高信噪比的投影圖樣是系統(tǒng)實現(xiàn)高精度測量的關(guān)鍵，本發(fā)明采用彩色投影圖樣的信息編碼與檢測方法，結(jié)合葉片葉盤在光學(xué)檢測中的鏡面效應(yīng)導(dǎo)致光學(xué)圖像質(zhì)量下降的實際狀況，實現(xiàn)基于光譜相位編碼方法以及高精度投影系統(tǒng)，降低反射等造成的干擾光對圖像質(zhì)量的影響；所述Α/D轉(zhuǎn)換模塊將模擬聲信號進行轉(zhuǎn)換，所述DSP數(shù)據(jù)處理模塊接收來自Α/D模塊的數(shù)字信號并進行處理后傳輸給信號處理工作站，所述的信號處理工作站通過獲取圖像采集卡和DSP數(shù)據(jù)處理模塊來進行分析檢測，通過檢測左右圖像對應(yīng)點得到對應(yīng)點視場，然后利用三角測量原理實現(xiàn)貼點三維坐標(biāo)重建，分析不同時刻點的狀態(tài)，描述其隨時間變化的狀態(tài)，然后進行模態(tài)分析。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:
1、測量效率高，且能夠?qū)崿F(xiàn)全場測量，避免傳統(tǒng)測量效率低，只能進行單點測量等缺點。
[0010]2、利用數(shù)字(DLP)投影儀作自適應(yīng)投影機構(gòu)，產(chǎn)生高分辨率、高對比度的數(shù)字圖像，同時保持圖像的色彩純度，在照明系統(tǒng)系統(tǒng)對數(shù)字光學(xué)處理系統(tǒng)進行改進，采用偏振光照明系統(tǒng)解決葉片光潔度對圖像成像質(zhì)量的影響。
[0011]3、能同時進行動靜態(tài)檢測，在靜態(tài)檢測中能實現(xiàn)傳統(tǒng)參數(shù)如葉片型面的測量，在動態(tài)測試中能分析葉片振動過程中出現(xiàn)的常見故障，如葉片失衡，旋轉(zhuǎn)失速，失穩(wěn)等故障。
[0012]4、通過麥克風(fēng)獲取葉片振動的聲信號，傳統(tǒng)單個孤立麥克風(fēng)在噪聲處理、聲源定位和跟蹤，語音提取和分離等方面存在不足，嚴(yán)重影響了語音通信質(zhì)量，本方法采用麥克風(fēng)組成陣列，對來自空間不同方向的信號進行實時處理，在很大程度上彌補了傳統(tǒng)方法的不足。
[0013]5、借助于梯度吸音棉結(jié)構(gòu)上的獨特性，徹底解決了普通聚酯纖維吸音棉僅能消除說話聲等中高頻聲音的局限，實現(xiàn)了對低頻音的良好吸收，故其對各種頻率的噪音均有良好的吸收效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]附圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]具體實施方案:
如附圖1所示，一種基于機器視覺的發(fā)動機葉片動靜態(tài)檢測系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)臺3，其特征在于:所述的轉(zhuǎn)臺3四周罩有一封閉箱體1，所述轉(zhuǎn)臺頂端位于所述密閉箱體I的中心偏下，所述轉(zhuǎn)臺頂端設(shè)有轉(zhuǎn)臺軸，所述的轉(zhuǎn)臺軸上通過夾具4固定有發(fā)動機葉片，在發(fā)動機葉片的四周對應(yīng)的密閉箱體的壁上，均勻安裝有八只麥克風(fēng)5，所述的麥克風(fēng)輸出端與箱體外部的Α/D轉(zhuǎn)化模塊8相連，Α/D轉(zhuǎn)化模塊通過DSP數(shù)據(jù)處理模塊9連接到信號處理工作站11，在所述箱體壁上安裝麥克風(fēng)位置的上側(cè)設(shè)置有兩個呈一定角度成像系統(tǒng)6，在發(fā)動機葉片的正上方的箱體上設(shè)置有的高精度編碼投影系統(tǒng)7，所述的成像系統(tǒng)6通過數(shù)據(jù)線連接圖像采集卡10，所述的圖像10采集卡直接連接到信號處理工作站11 ;所述的箱體I內(nèi)壁隔層內(nèi)填充有梯度吸音棉2。
[0016]所述箱體I材料采用灰鑄鐵HT200，所述梯度吸音棉2置于箱體隔層內(nèi)，吸音棉材料采用聚酯纖維，所述的的轉(zhuǎn)臺3安放在地面上，不與所述的箱體I相連，所述夾具4將發(fā)動機葉片固定在轉(zhuǎn)臺軸上，所述麥克風(fēng)陣列5共有八只麥克風(fēng)，采用動圈式麥克風(fēng)森海塞爾E614，以四十五度角間隔均勻分布于發(fā)動機葉片四周以獲得聲信號，所述高精度編碼投影系統(tǒng)7位于發(fā)動機葉片正上方，也即箱體的正上方，成像系統(tǒng)6兩個，置于葉片上方且分布在兩邊成一定的角度，保證能獲取葉片的全場信息，高速相機型號為2M360 - CL，幀速率為340fps，能較好的獲取被測對象的信息，所述圖像采集卡10型號采用X64 Xcelera-CLPX4，該型號采集卡圖像采集速率lG/s，其一端與成像系統(tǒng)6相連以獲取圖像信息，一端與信號處理工作站11相連，將圖像信息傳給信號處理工作站11 ;所述Α/D轉(zhuǎn)換模塊8采用ADS6122，將麥克風(fēng)陣列5獲得的模擬聲信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；所述DSP數(shù)據(jù)處理模塊9采用型號為C5505，其將數(shù)字聲信號進行處理并傳送給信號處理工作站11，所述信號處理工作站11不僅獲取圖像采集卡10上的信息，同時得到所述DSP數(shù)據(jù)處理模塊9得到的聲音信號。
[0017]在靜態(tài)檢測時，成像系統(tǒng)6獲取葉片全場信息后傳遞給圖像采集卡10，圖像采集卡10將信息傳遞給信號處理工作站11，信號處理工作站11首先進行圖像預(yù)處理使采集得到的圖像數(shù)據(jù)更方便的進行邊緣提取，接著，通過圖像處理的方法對被測圖像進行邊緣提取、數(shù)據(jù)分析，得到被測量特征。
[0018]在動態(tài)檢測時，其工作流程與靜態(tài)測試相似，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)臺3使葉片在不同速度下運行，與靜態(tài)測試不同的是，動態(tài)目標(biāo)的標(biāo)定遠(yuǎn)比靜態(tài)測試時復(fù)雜的多，在葉片上貼均勻分布的點，在動態(tài)情況下利用同步相機拍攝不同時刻點的狀態(tài)，隨后將不同狀態(tài)下的點進行三維重建，求取其世界坐標(biāo)，隨后可以分析不同時刻對應(yīng)點的狀態(tài)變化，進一步分析出葉片的狀態(tài)。本發(fā)明在采用靜態(tài)靶標(biāo)進行系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)定的基礎(chǔ)上，通過理論分析和實驗研究，設(shè)計振動模態(tài)已知的柔性結(jié)構(gòu)祀標(biāo)，揭示目標(biāo)振動參數(shù)對標(biāo)定參數(shù)影響的規(guī)律；以豐富的特征信息為約束，建立能真實反應(yīng)動態(tài)目標(biāo)連續(xù)灰度分布的最優(yōu)插值擬合方法，從而實現(xiàn)動態(tài)目標(biāo)圖像全場的高分辨率精確匹配；通過建立世界坐標(biāo)系，相機坐標(biāo)系和圖像坐標(biāo)系三者之間的聯(lián)系，完成從二維圖像信息到三維幾何信息的精確映射，標(biāo)定參數(shù)的準(zhǔn)確與否也將直接關(guān)系到目標(biāo)三維重建的精度。
【權(quán)利要求】
1.一種基于機器視覺的發(fā)動機葉片動靜態(tài)檢測系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)臺，其特征在于:所述的轉(zhuǎn)臺四周罩有一封閉箱體，所述轉(zhuǎn)臺頂端位于所述密閉箱體的中心偏下，所述轉(zhuǎn)臺頂端設(shè)有轉(zhuǎn)臺軸，所述的轉(zhuǎn)臺軸上通過夾具固定有發(fā)動機葉片，在發(fā)動機葉片的四周對應(yīng)的密閉箱體的壁上，均勻安裝有八只麥克風(fēng)陣列，所述的麥克風(fēng)陣列輸出端與箱體外部的Α/D轉(zhuǎn)化模塊相連，Α/D轉(zhuǎn)化模塊通過DSP數(shù)據(jù)處理模塊連接到信號處理工作站；在發(fā)動機葉片的正上方的箱體壁上設(shè)置有的高精度編碼投影系統(tǒng)，在所述箱體壁上安裝麥克風(fēng)位置的上側(cè)設(shè)置有兩個呈一定角度的成像系統(tǒng)，所述的成像系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)線連接圖像采集卡，所述的圖像采集卡直接連接到信號處理工作站；所述的箱體內(nèi)壁隔層內(nèi)填充有梯度吸音棉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述所述的基于機器視覺的發(fā)動機葉片動靜態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述的箱體材料為灰鑄鐵HT200 ;所述的成像系統(tǒng)為高速相機。
3.基于權(quán)利要求1所述所述的基于機器視覺的發(fā)動機葉片動靜態(tài)檢測方法，其特征在于:所述的位于密閉箱體內(nèi)轉(zhuǎn)臺頂端的轉(zhuǎn)臺軸上的發(fā)動機葉片，在靜止或者運動時，均勻分布在發(fā)動機葉片四周的麥克風(fēng)陣列采集聲音信息，并傳遞給Α/D轉(zhuǎn)換模塊，所述Α/D轉(zhuǎn)換模塊將模擬聲信號進行轉(zhuǎn)換并輸送到DSP數(shù)據(jù)處理模塊，所述的DSP數(shù)據(jù)處理模塊接收來自Α/D模塊的數(shù)字信號并進行處理后傳輸給信號處理工作站；同時，所屬的成像系統(tǒng)捕獲發(fā)動機葉片正上方的高精度編碼投影系統(tǒng)照射發(fā)動機葉片時所產(chǎn)生的圖像信息，并被與之相連的采集卡采集圖像信息并傳輸至信號處理工作站；所述的信號處理工作站處理聲音信息和圖像信息，實現(xiàn)發(fā)動機葉片的的監(jiān)測分析。
【文檔編號】G01B11/24GK104236879SQ201410421890
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月25日
【發(fā)明者】張進, 鄧華夏, 張鵬, 于連棟 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)