一种用于航空发动机安装的智能视觉测量系统的制作方法

本实用新型涉及航天发动机技术领域，具体涉及一种用于航空发动机安装的智能视觉测量系统。

背景技术：

航空发动机是飞机动力系统的核心，发动机安装在飞机装配中占有重要地位，安装质量对飞机性能有着很大影响。航空发动机具有体积重量大、结构精密复杂、安装间隙小等特点，且表面布满复杂的管路，安装轨迹复杂，使得高质量、高效率的发动机安装成为飞机装配中最大的难点之一。目前国内普遍采用手工模式进行航空发动机的安装作业，其主要存在以下几个方面的问题。

(1)自动化程度低：在整个发动机安装过程中，只能依靠人力对发动机的位置姿态反复进行手动调整，且不能多轴联动调整，耗时耗力，劳动强度大。

(2)调姿精度低：发动机的位置姿态调整过程中没有精准的伺服控制，只能依靠人的操作经验，没有精确的测量与反馈，只能依靠人的目视观察，精度低，可靠性差，且容易磕碰发动机。

(3)安装效率低：发动机的安装需要多人协同观察和操作，且容易发生误操作和返工，安装一台发动机需要数个小时。国内的航空发动机手工安装模式仍处于比较低的技术水平，而国外飞机制造公司如洛克希德·马丁、波音、空客等，都在航空发动机安装中应用了自动化安装方法和装备，大大提高了发动机安装的质量和效率。

业内也出现过基于视觉测量技术的测控方案，核心部分分散布置。圆环标靶固定在航空发动机前端，与发动机前端同心，起到确定发动机位置和姿态的作用；监测平台放置在安装舱前端(靠近飞机进气口一侧)，将固定在发动机前端的圆环标靶和安装舱轮廓进行图像采集，并将采集结果传输到主机。这种方案结构复杂，安装繁琐，不利于重复操作和使用。此外，由于监测平台位于安装舱前端，此位置与航空发动机安装的目标位置重合，使整个安装过程无法完整的实现。在末端的精确定位，需要辅助其他测量方案。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种测量准确、适用性强的用于航空发动机安装的智能视觉测量系统。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于航空发动机安装的智能视觉测量系统，所述航空发动机固定在小车上，所述发动机安装舱固定设置在支撑架上，该系统包括设置在小车前端面的多个激光测距传感器及视觉相机、竖直设置在发动机安装舱下方的标靶、设置在标靶中心且与标靶垂直的激光发射器以及与激光测距传感器和视觉相机连接用于控制小车运动的控制器。本系统的工作原理如下：小车装载航空发动机靠近发动机安装舱的过程中，通过激光测距传感器和标靶的设置来检测航空发动机与发动机安装舱的中轴线是否平行，通过激光发射器和视觉相机来检测航空发动机与发动机安装舱是否需要平移及旋转，然后激光测距传感器和视觉相机将信号传递给控制器，控制器经计算后控制小车的运行，从而将航空发动机运输至发动机安装舱的下方，发动机直线上升即可匹配进入发动机安装舱内，整个过程全由机器自动化完成，效率高，精度高。

所述的标靶固定设置在发动机安装舱的进气口下方，且标靶所在平面与发动机安装舱的中轴线垂直。将发动机安装舱的姿态转移到标靶上，视觉相机及激光测距传感器测量发动机与标靶之间的状态数据，作为发动机安装舱与航空发动机之间的状态参考。

所述的激光测距传感器的数量为3，其中两个设置在小车前端面上边缘，另外一个设置在小车前端下边缘的中央。通过三个激光测距传感器分别测得其与标靶之间的距离，从而得到小车前端面与标靶所在平面的角度，然后通过小车调整角度，使小车前端面与标靶保持平行，从而保证航空发动机到达安装位置后，是垂直于发动机安装舱入口进入的。

所述的视觉相机固定设置在由三个激光测距传感器组成的三角形的中央。视觉相机获取激光束发射器发出的特征激光束，并提供给控制器进行分析和计算，视觉相机的前端设有镜头，用于收集激光发射器发出的激光束，调整光线折射的路径。

所述小车的上部设有六自由度调姿平台以及设置在六自由度调姿平台上的托架，所述发动机固定安装在托架上。

所述六自由度调姿平台包括与小车运动方向垂直的水平轨道、滑动设置在水平轨道上的水平转台以及设置在水平转台上的多个升降杆。

所述激光发射器包括设置在同一平面的多个光点。视觉相机接收多个光点的信号后，并在视觉相机内进行成像和图片获取，再由一体式工控机进行视觉分析和姿态计算，获得航空发动机与发动机安装舱之间的实时姿态数据值。

所述的控制器为设置在小车上的一体式工控机。控制器为整套系统的核心计算单元，实时获取视觉相机的数据值，计算发动机与方形标靶之间的姿态数据，包括6个自由度的信号数据值。

本系统通过镜头获取激光发射器发出的特征激光束，并在视觉相机内进行成像和图片获取，再由一体式工控机进行视觉分析和姿态计算，获得航空发动机与发动机安装舱之间的实时姿态数据值。为保证视觉系统成像和计算的稳定性，三个激光测距传感器通过3点式距离测量，获取发动机中轴线与方形标靶之间的垂直度，将该垂直度的实时数据作为视觉测量的补偿参数，提升整个系统的视觉测量精度。最终，整套系统能输出发动机与方形标靶之间的空间6个自由度的实时数据，该数据可作为发动机与安装舱之间姿态的参考。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果体现在以下几方面：

(1)安装方便，操作灵活：一改以往的人工肉眼估算和反复尝试的测量方法，无需在发动机上安装任何辅助标志物，测量原件不需要占用任何关键位置点，使整个测量过程连续稳定，为后续控制奠定基础；

(2)测量准确，实时性高：结合高精度激光测距传感器和视觉测量系统的优点，整套机构能实现0.1mm的定位精度，视觉相机的光学镜头能实时获取激光发生器产生的激光束，强大的一体式工控机能实时读取视觉相机中的图片信息，每50ms完成一次抓拍和计算工作；

(3)适用面广，测量距离长：由于视觉镜头仅仅获取激光束的信息，整个测量系统的抗干扰性能得到大大提升，减弱了环境光的影响，也间接提升了相机抓取特征点的能力。另外，辅助特制的镜头，能有效地加大相机景深的适应能力，最大可做到7米。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为激光发射器的激光束特征图。

其中，1为小车，2为六自由度调姿平台，3为托架，4为航空发动机，5为发动机安装舱，6为标靶，7为激光测距传感器，8为视觉相机，9为支撑架，10为发动机进气口，11为激光发射器，12为辅助光点，13为中心光点。

具体实施方式

下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种用于航空发动机安装的智能视觉测量系统，航空发动机4固定在小车1上，发动机安装舱5固定设置在支撑架9上，其结构如图1所示，包括设置在小车1前端面的多个激光测距传感器7及视觉相机8、竖直设置在发动机安装舱5下方的标靶6、设置在标靶6中心且与标靶6垂直的激光发射器11以及与激光测距传感器7和视觉相机8连接用于控制小车1运动的控制器。

其中，标靶6固定设置在发动机安装舱5的发动机进气口10下方，且标靶6所在平面与发动机安装舱5的中轴线垂直。将发动机安装舱5的姿态转移到标靶6上，视觉相机8及激光测距传感器7测量发动机与标靶6之间的状态数据，作为发动机安装舱5与航空发动机4之间的状态参考。

激光测距传感器7的数量为3，其中两个设置在小车1前端面上边缘，另外一个设置在小车1前端下边缘的中央。通过三个激光测距传感器7分别测得其与标靶6之间的距离，从而得到小车1前端面与标靶6所在平面的角度，然后通过小车1调整角度，使小车1前端面与标靶6保持平行，从而保证航空发动机4到达安装位置后，是垂直于发动机安装舱5入口进入的。视觉相机8固定设置在由三个激光测距传感器7组成的三角形的中央。小车1的上部设有六自由度调姿平台2以及设置在六自由度调姿平台2上的托架3，发动机固定安装在托架3上。

六自由度调姿平台2包括与小车1运动方向垂直的水平轨道、滑动设置在水平轨道上的水平转台以及设置在水平转台上的多个升降杆。

激光发射器11包括设置在同一平面的多个光点，包括中心的一个中心光点13以及两个辅助光点12，如图2所示，视觉相机8接收多个光点的信号后，并在视觉相机8内进行成像和图片获取，再由一体式工控机进行视觉分析和姿态计算，获得航空发动机4与发动机安装舱5之间的实时姿态数据值。

控制器为设置在小车1上的一体式工控机。

本系统的工作原理如下：小车1装载航空发动机4靠近发动机安装舱5的过程中，通过激光测距传感器7和标靶6的设置来检测航空发动机4与发动机安装舱5的中轴线是否平行，通过激光发射器11和视觉相机8来检测航空发动机4与发动机安装舱5是否需要平移及旋转，然后激光测距传感器7和视觉相机8将信号传递给控制器，控制器经计算后控制小车1的运行，从而将航空发动机4运输至发动机安装舱5的下方，发动机直线上升即可匹配进入发动机安装舱5内，整个过程全由机器自动化完成，效率高，精度高。