一種固體發(fā)動機試后噴管喉徑測量系統(tǒng)及其方法技術方案

本發(fā)明專利技術公開了一種固體發(fā)動機試后噴管喉徑測量系統(tǒng)及其方法，涉及機械加工制造以及光學測量領域。該方法利用固定在支撐臂頭部圓盤上的激光器將具有特殊結構形狀的激光光源投射到待測物體上，形成光條紋，然后用左右兩側的攝像機拍攝的圖像提取激光條紋的三維信息，激光器和左右攝像機隨轉盤同步旋轉，從而快速獲取被測物體表面的三維坐標數據。最后，該系統(tǒng)中計算機接收數據采集器送來的物體外型輪廓線的原始數據，計算出物體輪廓線的三維坐標，達到測量的目的。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及機械加工制造以及光學測量領域，具體涉及一種固體發(fā)動機試后噴管喉徑測量系統(tǒng)及其方法。
技術介紹
目前，固體發(fā)動機試后噴管喉部面積的測量是采用游標卡尺、卡鉗等量具從幾個不同方向測量噴管喉部直徑，得到喉部平均直徑，經圓面積公式計算得到喉部面積。而此方法存在諸多問題，首先發(fā)動機在試驗后，喉襯截面成為一個不規(guī)則的圓，測量人員難以用量具采集數量足夠多的喉部直徑，使得喉部面積計算不準確；其次由于噴管喉部有一定縱深，增加了測量難度，測量人員難以確定采集的圓直徑就是所需測量的最小的截面直徑，即喉截面直徑；另外由于發(fā)動機工作時溫度超過3000K，試車前后噴管喉襯熱應力大，如果將喉襯取下測量，會破壞喉襯的完整性，難以獲得準確的測量數據。
技術實現思路
為了克服上述缺陷，本專利技術的目的在于描述一種固體發(fā)動機試后噴管喉徑測量系統(tǒng)及其方法。為了實現上述目的，本專利技術采用如下技術方案：一種固體發(fā)動機試后噴管喉徑測量系統(tǒng)，包括激光器、攝像機、支撐臂、轉盤、電機和計算機，所述攝像機數量為兩臺，分布在所述激光器的左右兩側，用來攝取測線光條圖像；所述攝像機與所述計算機相連接；所述激光器與所述攝像機固定在所述支撐臂的頭部位置；所述的支撐臂頭部為圓盤形結構，測量時其頭部一側放置到固體發(fā)動機的噴管的噴喉位置，另外一側固定到所述轉盤
中心；所述轉盤由所述電機帶動旋轉；所述電機由所述計算機控制啟停、轉速。所述激光器是功率為1～10mW的半導體砷化鎵激光器。所述的轉盤豎直放置。一種固體發(fā)動機試后噴管喉徑測量的方法，由以下步驟完成：將激光器與攝像機共同固定在支撐臂的頭部位置，支撐臂頭部一側放置到固體發(fā)動機的噴管的噴喉位置，另外一側固定到轉盤中心；由電機帶動轉盤旋轉，并開啟激光器以高30cm、寬度1mm、長度10～100cm的激光面掃描噴喉的位置，取代點激光測距中的點激光，獲取噴喉表面每個采樣點的空間位置坐標，此時激光面和物體交會可生成一條測線。這條測線的激光點個數可以從50～1024個，相當于將采樣速率提高50～1024倍。通過計算機進行處理，用點、線、曲線、曲面形式將立體模型描述出來，重建試后噴喉的表面模型。噴管可以使推進劑燃燒產物膨脹加速，將熱能充分轉換為燃氣的動能，從而使發(fā)動機獲得推力，并調節(jié)與控制推力的大小與方向。噴喉是固體發(fā)動機的噴管的關鍵部位。調節(jié)噴喉面積的大小可以控制燃氣流量，使燃燒室內的燃氣保持預定的壓強，并確保裝藥正常燃燒。本專利技術的有益效果為：利用該三維激光掃描測量系統(tǒng)，對試驗后的噴管喉部進行旋轉掃描，利用具有特殊結構形狀的激光光源投射到待測物體上，形成光條紋，然后用左右兩側的攝像機通過旋轉的方式拍攝的圖像提取激光條紋的三維信息，從而快速獲取被測物體表面的三維坐標數據。利用該三維激光掃描測量系統(tǒng)測量噴管喉面積相對于現有的測量方法在測量速度、準確性以及方便性上都有了很大的提高。為測量人員減輕了負擔，達到快速測量的目的。附圖說明下面結合附圖和具體實例對本專利技術進行詳細描述。圖1為本專利技術的固體發(fā)動機試后噴管喉徑測量狀態(tài)示意圖。圖2為本專利技術的固體發(fā)動機試后噴管喉徑測量系統(tǒng)結構圖。其中所示標記如下：1、固體發(fā)動機；2、噴喉；3、激光器；4、攝像頭；5、噴管；6、支撐臂；7、轉盤；8、電機；9、電機支撐臺；10、發(fā)動機支撐弧座；11、計算機。具體實施方式本專利技術的基本思想是用具有特殊結構形狀的激光光源投射到待測物體上，形成光條紋，然后用左右兩側的攝像機4拍攝的圖像提取激光條紋的三維信息，激光器3和左右攝像機4隨轉盤同步旋轉，從而快速獲取被測物體表面的三維坐標數據。如圖1和2所示一種固體發(fā)動機試后噴管喉徑測量系統(tǒng)包括激光器3、攝像機4、支撐臂6、轉盤7、電機8和計算機11。該測量系統(tǒng)采用一套快速采集物體表面數據的硬件系統(tǒng)電路，與計算機11相連即可實時處理來自左右攝像機4輸出的視頻信號，獲取被測物體的三維坐標數據。工作時先確定掃描速度，根據噴管5大小確定掃描的輪廓等參數，然后在計算機11控制下按環(huán)形路徑進行掃描，由攝像機4獲取的圖片在計算機11中經過細化、離散等處理得到空間的三維坐標點，最后對這些數據點云過濾、擬合生成三維圖形。在電機8上固定一個旋轉臺，旋轉臺與支撐臂6連接。在支撐臂6頭部圓盤上固定攝像機4和激光器3，激光器3固定于中央，半導體激光器直接投射出線結構光到物體表面，與物體表面相交成一光條，激光器3左右固定兩臺攝像機4用來攝取光條圖像。
掃描時，將支撐臂6頭部位置放在噴管5噴喉2位置，計算機11通過串口發(fā)送信號至控制箱，從而控制旋轉臺按照一定的速度轉動，形成光平面相對于物體的掃描運動，從而達到測量物體表面3D輪廓的目的。最后，該測量系統(tǒng)中計算機接收數據采集器送來的物體外型輪廓線的原始數據和方位角數據，計算出物體輪廓線的三維坐標，達到測量的目的。轉盤豎直放置，由電機帶動旋轉；電機由計算機控制其啟停、轉速。該固體發(fā)動機試后噴管喉徑測量系統(tǒng)的測量方法，由以下步驟完成：首先，將所述激光器3和攝像機4固定在所述支撐臂6，并將所述支撐臂6的頭部一側放置于固體發(fā)動機1的噴管5的噴喉2的位置，同時將所述支撐臂的另一側固定于所述轉盤7的中心處；其次，由電機8帶動所述轉盤7旋轉，并開啟所述激光器3以高30cm，寬度1mm長度10～100cm的激光面掃描所述噴喉2的位置，所述激光器3和左右兩個攝像機4隨所述轉盤同步旋轉，獲取噴喉表面每個采樣點的空間位置坐標；最后，通過計算機11進行處理，用點、線、曲線、曲面形式將立體模型描述出來，重建試后噴喉的表面模型。綜上所述，通過本專利技術可快速獲取被測物體表面的三維坐標數據，重建試后噴喉的表面模型。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種固體發(fā)動機試后噴管喉徑測量系統(tǒng)，其特征在于，包括激光器(3)、攝像機(4)、支撐臂(6)、轉盤(7)、電機(8)和計算機(11)，所述攝像機(4)數量為兩臺，分布在所述激光器(3)的左右兩側，用來攝取測線光條圖像；所述攝像機(4)與所述計算機(11)相連接；所述激光器(3)與所述攝像機(4)固定在所述支撐臂(6)的頭部位置；所述的支撐臂(6)頭部為圓盤形結構，測量時其頭部一側放置到固體發(fā)動機(1)的噴管(5)的噴喉(2)位置，另外一側固定到所述轉盤(7)中心；所述轉盤由所述電機(8)帶動旋轉；所述電機(8)由所述計算機(11)控制啟停、轉速。

【技術特征摘要】
1.一種固體發(fā)動機試后噴管喉徑測量系統(tǒng)，其特征在于，包括激光器(3)、攝像機(4)、支撐臂(6)、轉盤(7)、電機(8)和計算機(11)，所述攝像機(4)數量為兩臺，分布在所述激光器(3)的左右兩側，用來攝取測線光條圖像；所述攝像機(4)與所述計算機(11)相連接；所述激光器(3)與所述攝像機(4)固定在所述支撐臂(6)的頭部位置；所述的支撐臂(6)頭部為圓盤形結構，測量時其頭部一側放置到固體發(fā)動機(1)的噴管(5)的噴喉(2)位置，另外一側固定到所述轉盤(7)中心；所述轉盤由所述電機(8)帶動旋轉；所述電機(8)由所述計算機(11)控制啟停、轉速。2.根據權利要求1所述的固體發(fā)動機試后噴管喉徑測量系統(tǒng)，其特征在于：所述激光器(3)是功率為1～10mW的半導體砷化鎵激光器。3.根據權利要求1所述的固體發(fā)動機...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：郭東升，江曉瑞，郭暢，蔣韞韜，
申請(專利權)人：內蒙航天動力機械測試所，
類型：發(fā)明
國別省市：內蒙古;15