基于机器视觉的航空发动机喷口喉道截面直径自动标定技术研究
计算机视觉技术在喷嘴雾化性能检测中的应用
第３卷 ３
第３ 期
２１－ （ ） ［７ ０ １ ３上 ４１
Ｉ 匐 化 造
进行边缘检测， 效果较好。 二维Ｌ Ｇ ｏ 算子的函 ３ 不均 匀度检 测 数
形式 ：
。 Ｇ ＋ ＝ ｅ
分 布 不 均 匀度 检 测 可 转 换 为 对 喷 嘴 雾 滴 分 割
的量 杯 组 内 燃 油 体 积 的 检 测 ，即 液 位 高 度 检 测 。
采 用 视 频 帧 差 法 初 步 提 取 液 位 区 域 ， 互 相 关 测
（） １
度 法精 确 提 取 液 位 高 度 ，通 过 拟 合 转 换 成 燃 油体
积 ，计 算 不均 匀 度 。检 测 流程 如 图２ 示 。 所
然 后 采 用 最 大 熵 法 二 值 化 ， 寻 找 最 优 分 割
（喷 锥 检 ） 雾角测
Ｙ
多 图 平均 消 除噪 声
◆
对 比度 扩展
◆
燃 料 燃 烧 质 量 有 重 要 影 响 。喷 雾 锥 角 主 要 有 人 工 三 角 形 法 、激 光 全 息摄 影 法 、衍 射散 射 式 激 光 检
测 法 、ＣＣ Ｄ摄 像 机 检 测 法 等 检 测 方 法 。雾 化 不 均 匀 度 检 测 主 要 有 人 工 目测法 、天 平 称 重 法 、 电 容 法 等 。上 述 方 法 或 精 度低 重 复性 差 ，或 只适 于 实
ＬＧ Ｏ 边缘检测 、最 大熵法二值化 、去除孤点 、Ｄ ｕｓ ｈ ｅ ｔｏ 细化后 ，用霍夫变换获取 喷雾边界线 ， 计算喷 雾锥角 。运 用视 频帧差 提取粗 略液位 ，互相关测 度法得 到准确液位 ，通过 基于最小 二 乘法标定拟合的函数计算燃 油体 积和分布不均匀度 。 关键词 ：计算机视 觉 ；最大熵法二值化 ；霍夫 变换 ；视频帧差 ；互相 关测度法 中圈分类 号 ：Ｔ ９ Ｐ３ ９ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０－０ （ ０ １ ３ 上） ０ ４ －０ ０９ １４ ２１）（ － ０７ ２ ３
基于压缩感知的航空发动机管道声模态检测新方法
航空动力 I Aerospace Power 2019年 第3期青年创新大赛┃AECC Youth Innovation Competition图1 管道声模态检测流程示意图Compressive Sensing Based Acoustic Mode Detection Method for Aero Engine Duct基于压缩感知的航空发动机管道声模态检测新方法■ 于文君 梁东 杨天啸/中国航发研究院 杨明绥 王萌 闫力奇/中国航发动力所结合航空发动机风扇/压气机的噪声模态特点，基于压缩感知技术，发展了一种创新的声模态测试方法，与现有方法相比，使用传感器更少，模态观测范围更大，试验成功率更高，解决了实际噪声试验中成功率和观测范围受限、效率较低等瓶颈问题。
随着我国航空技术水平的不断发展成熟，在追求更高的发动机性能的同时，降低噪声、振动、油耗和污染排放等已成为未来发动机发展的技术重点。
在民用领域，随着国际民航组织不断提高噪声适航标准，国产大型客机适航取证将面临巨大挑战。
在军用领域，直升机、无人机等低空飞行器的声隐身性能将影响突防性能和存活能力。
同时，高强度噪声将导致飞行器结构的声疲劳，对飞行安全产生威胁。
因此，针对气动噪声预测、控制和评价的研究迫在眉睫。
随着大涵道比涡扇发动机的广泛使用，风扇和压气机噪声成为目前学术界和工业界的研究热点。
国外研究人员提出多种通过声场测量值来分析声源的方法，均基于奈奎斯特采样定理。
对于高阶模态的观测，要采用大量传感器和多通道高速同步采集，所需的软硬件设备复杂且价格较高，将产生一系列的工程实际应用问题。
例如，在噪声测试的过程中，采用80通道同步声学阵列对管道周向模态进行检测，由于通道数过多，每个传感器的安装、测试、校准等相当耗时，试验效率较低。
同时，由于管壁安装位置有限，无法实现更高阶的模态检测能力。
另外，目前方法的鲁棒性不高，如果一旦少数通道在测试过程中出现失效的情况，将直接影响检测结果的准确性。
基于机器视觉的固体火箭发动机喷管喉径测量方法
基于机器视觉的固体火箭发动机喷管喉径测量方法摘要固体火箭发动机的喷管喉径是其性能和工作状况的重要指标之一、传统的喉径测量方法需要对发动机进行停机检修，具有操作复杂、耗时长的缺点。
为了解决这一问题，本文提出了一种基于机器视觉的固体火箭发动机喷管喉径测量方法。
该方法利用机器视觉技术对发动机进行在线测量，实现了快速、准确地测量固体火箭发动机的喷管喉径。
本文首先介绍了固体火箭发动机的喉径测量原理和技术要求，然后详细阐述了基于机器视觉的喷管喉径测量方法的实现步骤和关键技术，最后通过实验验证了该方法的可行性和准确性。
关键词：机器视觉，固体火箭，喷管喉径测量，性能指标，实验验证一、引言固体火箭发动机是航天器的重要推进装置，其性能直接关系到航天器的工作状况和任务完成能力。
而固体火箭发动机的喷管喉径是其性能和工作状况的重要指标之一、传统的喉径测量方法需要对发动机进行停机检修，具有操作复杂、耗时长的缺点。
为了提高喉径测量的效率和精度，本文提出了一种基于机器视觉的固体火箭发动机喷管喉径测量方法。
二、固体火箭发动机喷管喉径测量原理固体火箭发动机的喷管喉径测量原理是利用喷管的几何特征进行测量。
喷管喉径测量的过程主要包括以下几个步骤：首先通过探测器对喉径测量装置的测量点进行扫描，获取发动机喷管表面的3D点云数据；然后通过降噪和滤波算法对3D点云数据进行处理，得到平滑的喷管曲线；最后利用机器视觉算法对喷管曲线进行测量，得到喷管的喉径数据。
1.3D点云数据采集：通过利用扫描仪对固体火箭发动机的喷管进行扫描，获取喷管表面的3D点云数据。
2.降噪和滤波处理：对于扫描得到的3D点云数据，采用降噪和滤波算法去除噪声和异常点，得到平滑的喷管曲线。
3.曲线拟合与喉径测量：利用机器视觉算法对喷管曲线进行拟合，得到喷管的直径信息。
四、实验验证为了验证基于机器视觉的固体火箭发动机喷管喉径测量方法的准确性和可行性，我们选取了一台实际的固体火箭发动机进行实验。
基于机器视觉的航空发动机异物检测研究
基于机器视觉的航空发动机异物检测研究1、引言航空发动机的安全性对飞机的正常运行起着至关重要的作用。
然而，发动机中的异物可能会导致严重的故障，甚至引发事故。
因此，开展航空发动机异物检测研究具有重要的现实意义和应用价值。
机器视觉技术由于其非接触、高效、自动化等优势，成为航空发动机异物检测的重要手段。
本文就基于机器视觉的航空发动机异物检测进行研究并探讨其应用前景。
2、航空发动机异物的危害发动机是飞机的“心脏”，同时也是易受异物侵害的关键部位。
航空发动机内的异物可能包括油泥、沙尘、雨水等，这些异物的进入会对发动机运行产生严重影响。
首先，异物可能堵塞管道，降低燃料供给，导致发动机失效。
其次，异物可能导致发动机零部件磨损加剧，缩短发动机的使用寿命。
最重要的是，当异物被进一步压缩或挤压时，可能导致发动机的爆炸，造成严重的安全事故。
3、机器视觉技术在航空发动机异物检测中的应用机器视觉技术是一种基于图像处理和模式识别理论的智能化检测技术。
在航空发动机异物检测中，机器视觉技术可以以高效、精确的方式实现异物的快速识别和检测。
具体来说，机器视觉技术通过获取、处理和分析航空发动机的图像信息，来自动判断是否存在异物。
主要步骤包括图像预处理、特征提取和分类识别。
预处理主要是对图像进行去噪、增强等操作，以提高图像质量。
特征提取则是从图像中提取有用的特征信息，例如颜色、形状等，以帮助判断是否为异物。
最后，通过分类识别算法，对提取出的特征进行分类，判断图像中是否存在航空发动机异物。
4、机器视觉技术在航空发动机异物检测中的优势相较于传统的异物检测方法，基于机器视觉的异物检测技术具有诸多优势。
首先，机器视觉技术能够实现对航空发动机的自动化检测，大大提高了检测效率。
其次，机器视觉技术使用非接触方式进行检测，无需对发动机进行拆卸，减少了操作风险和费用。
此外，机器视觉技术还具有较强的适应性和鲁棒性，可适应不同环境和光照条件下的异物检测。
最重要的是，机器视觉技术还能够对大量数据进行处理和分析，提高了检测的准确性和可靠性。
3.15发动机喷管光学三维重构测量技术研究
1.满足喷流出口温度不低于1000K，喷口直径不小于1.5m，长度不小于1.5m；
2.有效辨识尾喷口全部特征标识物并提取所有标识物特征，像素定位精度优于0.5像素；
3.图形拼接及识别精度优于2像素；
4.静态时标定精度优于0.1mm；
5.可以实现远距离双目高质量成像，成像距离不小于10m，空间分辨率优于2mm；
7.多相机坐标系耦合方法研究及非畸区标识物互相校验方法研究
针对喷口的全场景复现成像的要求，提出多相机成像设计方案，并依据成像坐标系和世界坐标系的关联关系进行各相机坐标系耦合关联。
8.一对多任务分发及结果回传系统的设计
各子系统可以依据上位机指令依据训练模型对当前视场的成像进行识别计算，并基于当前子系统在耦合坐标系中定位进行预处理，并将结果回传至上位机。该硬件系统及数据处理软件支持USB2.0/USB3.0/GigE/CAMLINK接口类型的相机。
5.长焦显微光路设计及图像增强方法研究
针对目标物远距离成像光路设计的工况，开展长焦显微光路设计，解决一般长焦显微光路通光口径小、焦面平行度差、抗抖动能力低的问题，并对成像情况提出可行的图像增强方法，使图像中的目标物成像可以被清晰准确识别。
6.基于机器学习方式的多目标物识别方法研究和学习模型设计
针对成像中喷口边界、可调鳞片等特征目标物开展基于机器学习方法的标记物识别模型研究，模型设计思路和依据可以参照当下较有效的SVM或者CNN方法。
3.多视角特征识别及基于边缘特征提取修正的图像拼接技术研究
基于喷口投影特征及视场内典型标记的视觉相位识别方法研究，匹配多相机阵列中各相机的布置相位及采集区间设计；图像拼接过程中尽可能保留大范围视场，提高相机成像角度。
4.高温复杂环境下的相机防护及数据传输方法研究
基于机器视觉的喷丝头自动化检测方法
基于机器视觉的喷丝头自动化检测方法李春雷;崔斌;吴兴宽;杨崇倡;冯培【摘要】部分喷丝头的底部为球状面,在使用过程中会因喷丝头微孔堵塞产生超压现象而引起喷丝头底部变形拱凸,造成喷丝头检测过程中CCD采集到的微孔图像不清晰,导致微孔的误检.运用一种基于机器视觉的自动对焦检测方法,在喷丝头检测过程中,对换圈处和微孔直径变化较大处的微孔进行自动对焦,解决了喷丝头检测过程中的误检现象以及"逐孔"对焦检测效率低下的问题,实现了喷丝头的高精度、自动化检测,同时提高了检测效率.【期刊名称】《纺织学报》【年(卷),期】2010(031)011【总页数】5页(P126-130)【关键词】喷丝头;机器视觉;自动对焦;自动检测【作者】李春雷;崔斌;吴兴宽;杨崇倡;冯培【作者单位】东华大学机械工程学院,上海,201620;东华大学机械工程学院,上海,201620;东华大学机械工程学院,上海,201620;东华大学机械工程学院,上海,201620;东华大学机械工程学院,上海,201620【正文语种】中文【中图分类】TQ340.5喷丝头是纺丝机必不可少的精密零件，其功用是将精确计量过的纺丝溶液通过喷丝头上的无数微孔挤出具有一定粗细和质地细密的纤维束，因而它的质量是保证纤维成品质量和良好纺丝工艺的重要条件。
在纺丝过程中，喷丝头的底径要承受一定的工作压力，压力一般随纺丝速度而有所变化。
部分喷丝头的底部呈球面状，在生产制造过程中，会因操作不当等原因造成喷丝头微孔堵塞，出现超压现象，使喷丝头底部变形拱凸［1］;因此，如何实现对喷丝头进行精确、快速的自动化检测，是提高喷丝头生产制造和纺丝质量的必要保证。
近年来，研究人员通过对机器视觉系统的研究，成功地将这一技术应用于精密测量［2］和喷丝板的自动化检测［3－6］;但由于部分喷丝头底部呈球面状，在使用过程中会产生拱凸现象，其孔径比喷丝板的更加微小，因此实现对喷丝头的自动化测量有很大的难度。
基于计算机视觉技术的发动机喷嘴性能检测设备的研制的开题报告
基于计算机视觉技术的发动机喷嘴性能检测设备的研制的开题报告1. 研究背景及意义发动机喷嘴是发动机的重要部件之一，其性能的好坏直接影响到发动机的工作效率、质量和寿命。
目前，传统的喷嘴性能检测方法多为手动检测和目测评估，这种方法需要操作人员拥有较高的技能和经验，并且检测结果存在较大的主观性和不确定性，且存在重复性低、耗时长、费用高等弊端。
基于计算机视觉技术的喷嘴性能检测设备可以在喷嘴的表面上捕获喷孔的形状、大小和分布等信息，并将其转化为数字化的数据，在计算机中对数据进行分析处理，快速准确地检测出喷嘴缺陷和性能问题，有效提高了工作效率和检测精度，并且可以降低成本，提高生产效益，因此具有重要的研究意义和实际应用价值。
2. 研究内容及方法（1）研究基于计算机视觉技术的发动机喷嘴性能检测原理和方法，掌握计算机视觉技术的相关技术和方法。
（2）设计并研发基于计算机视觉技术的喷嘴性能检测装置，包括硬件设备和软件系统。
硬件设备主要包括成像设备和控制输入输出设备；软件系统主要包括喷嘴成像处理软件和检测结果分析软件。
（3）进行实验测试和数据分析，对喷嘴的缺陷及性能问题进行准确的检测。
3. 研究计划及进度安排本项目的研究计划分为三个阶段，计划完成时间为两年。
阶段一（第一年）：研究计算机视觉技术的相关理论和方法，了解想要检测的发动机喷嘴的性能指标和要求，制定初始的实验方案。
阶段二（第二年）：研发基于计算机视觉技术的喷嘴性能检测装置，进行硬件和软件系统的整合和测试，设计实验方案并进行实验测试和数据收集。
阶段三（第二年）：对实验数据进行分析、处理和评估，优化检测算法和检测精度，撰写项目结题报告并做出总结。
4. 预期成果及意义本研究成功开发出基于计算机视觉技术的发动机喷嘴性能检测装置，能够快速、准确、高效地检测出发动机喷嘴的缺陷和性能问题，提高了检测精度和准确性，降低生产成本，优化了生产效益和经济效益。
该研究成果具有重要的理论和实际应用价值，可以为喷嘴性能检测领域的发展做出新的贡献。
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１引 言
由于装 配误差 的存在 ，航 空发 动机每 次分解 装配后 都需 要重 新进 行标 定 。目前 我 国航 空发 动机喷 口喉道 截面直 径主 要采 用人 工标 定的方 式 。其 中常 见的标定 方式 为通 过上 位机
动机控制器通过 电缆连接起来。使用 该方 法进 行测量时 ，除第
一
捧架
近进行 测量 ，如果 该过程 中，喷 口收缩 过快极 容 易造 成 喷 口
尺损坏 。
２测量 系统 简 介
为解决 以上问题，本文提 出了一种基于机器视觉高精度的 喷 口喉道截面直径 自动标定方法 。该方法方案示意图如图 １ 所
示 ： 通 过 制 作 支 架 将 工 业 摄 像 头 轴 心 固 定 在 与 发 动机 轴 心 维 持 在 较 小 误 差 内 ， 使 摄 像 头 与 喉 道 截 面 平 行 ， 同 时 将 计 算 机 与 发
Ｉ ＮＴ Ｅ ＬＬＩ Ｇ ＥＮ Ｔ Ｒ ０ Ｂ Ｏ Ｔ
智能机器人 》 Ｊ ｕ ｎ ｅ ． ２ ０ １ ７
标 定 后 标 定 转 换 系 数 为：Ｋ ＝ ２ ． ４ ２ ７ ｍｍ ／ 像素 。
３ ． ２图像预处理
图 像 预 处 理 一 般 是 提 取 图 像 灰 度 信 息 后 ， 对 图 像 灰 度 进 行 调 整 。 灰 度 调 整 是 一 种 图 像 增 强 技 术 ， 图 像 增 强 常 用 于 改 善 图像 的 质 量 。 灰 度 调 整 将 图 像 的 灰
口 机器视觉
Ｍ ＡＣＨＩ ＮＥ ＶＩ Ｓ１ ０Ｎ
肚Ｊ ： 机： ｛ ： ｛ 视 觉 的 航 发 功 机 Ｉ ｌ 雌逝１ 戏Ｉ ｉ ｌ ｉ Ｉ 。 【 ｒ Ｉ 功杯定坎 ， ｌ ￣ ｛ ｉ Ｊ ｆ 究
Ｉ
Ｊ ： 机 器 视 觉 的航 发 动 机 唢 ¨喉逆 截 Ｉ ｆ ｌ ｉ ｒ Ｉ 动标 定 技 术 ｆ ｉ Ｊ Ｆ 究
或者 人 ］ ： 手动 扣 ‘ 压来 开环控制 喷 口喉道截 面直径 到预定 区域
附 近然后 采用 喷 口尺 量测量 直径 的方式进 行标定 。这种 逐点
控制 到位 后逐 点测量 的方式 效率较 低 。且测 量时 工人一 般使 用相 互垂 直方 向的两 次测量结 果取平 均值作 为喷 口喉道 截面
３喷 口喉道截 面 直径 的测 量
喷 口喉 道 截 面 直 径 测 量 程 序 通 过 摄 像 头 完 成 对 喷 口 喉 道
．
＜
图 ４ 某 型 发 动机 喷 口预 处 理 前 （ 左 ） 后 （ 右 ）图像
截 面的 图像实 时动态采 集。 同时为 了达 到对 喷 口喉道 截面 图 像 的精确 提取 需要对采 集的 图形进 行预处理 。对于预 处理 后
控制器 向计 算机发送喷 口喉道截而传 感器采集值等相 关信 息。 待 目标 点位置 控制 稳定后 ，将 当前 目标 直径值 与传感 器采集
值 进 行 记 录 ， 本 系 统 控 制 原 理 图 如 图 ２所 示 。 因 此 本 文 主 要 涉 及两 个方 面：１ ． 喷 口 喉 道 截 面 直 径 的测 量 ： ２ ． 喷 口喉 道 截 面 回路 的控 制 。
次使用需要通过标准标定板在该位 置对摄像 头进 行标 定。随
后每次测量时 只要保持工业摄像头到发动机喷 口喉道面积直线 距离不变将不再需要标定。通过计算机读取摄像头拍摄喷 口喉 道图像可 以实时测量喷 口喉道面积直径。同时将测最得 到的喷
口喉 道 截 面 直 径 作 为 反 馈 ，将 需 要标 定 的 目标 位 置 点作 为给 定
直径 的测 量结果 。但是 实际喷 口喉道 截面测量 很难 保证 两次 测量 喷 口尺都过 喷 口喉道截 面 圆心 ，因此存 在较 大误差 。同 时在 测量过 程 中 ，需要收 缩喷 口吼道 截面到 预期面 积位 置附
值进行 自动闭环控 制，到达 目标 位置后 ，记录 当前传感器反馈 值与 目标 位置值 ，逐 点依次 自动完成标定 。
图 ２ 系统 控 制 原 理 图
度值 映射 到一 个新 的范围 ，使 图像某 些 特征 容易识别 …。对于灰度调整 Ｌ ａ ｂ ＶＩ Ｅ Ｗ 中提供 了基本 的图 像处理方法 Ｌ ｏ ｏ ｋ ｕ ｐ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ函数 。该 函数可有 效提 高待处理图像
对 比 度 和 亮 度 。 对 于 某 型 发 动 机 喷 口 实 际 采 集 图像 进 行 图 像 灰 度 处 理 前 后 对 比如 图 ４所 示 。
．
的 图 像 提 取 出 喷 口截 面 面 积 后 ，通 过 圆 形 拟 合 的 方 法 可 以得 到 喷 口喉 道 截 面 最 为 接 近 圆 形 轮 廓 ，并 得 到 该 圆 形 轮 廓 的直 径 ， 最 后 通 过 对 该 圆 形 轮 廓 进 行 显 形 ， 可 以通 过 肉 眼 直 观 对
机 器视 觉测 量喷 口喉道截 面直径的 自动标 定方法 。该 方法采 用工 业摄像 头动 态实时采集喷 口喉 道截 面图 像 ，通过对 图像进 行预 处理 、二值化 、边缘检 测达到 对喷 口喉道截 面直径 的非接 触测量 ，同时通过测量 的喷 口截面直径 完成对喷 口喉道截 面直径 的 目标预 定位 置的 自动控 制 ，达到 自动标 定的 目的。 关键字 ： 机 器视 觉 ；航 空发 动机 ；喷 口喉道直径 ； 自动标定
图 １测量系统方案示意 图
其中喷 口喉道截 面直径 的测量 在计算 机上 完成 ，每 次测
量 喷 口直 径 后 将 喷 口 喉道 截 面 测 量 值 及 目标 值 一 起 发 送 到 电
子控 制器 ， 由控制 器进行 喷 口喉道 截面直径 位置控 制。 同时
５ ４ ｌ 智 能 机 器 人
中国航空发动机集团控制系统研究所 张义 周空发动机喉 道截面直径标定普遍 由工人使 用喷 口尺测量进行手 动标 定。使 用该方法标 定存在标 定误 差大 、喷 口尺容 易损坏 、人 工标定 效率低 等 问题 。为解决 以上 问题 ，本文提 出了一种基 于