用于测量放气活门的开合角度的方法、系统和介质与流程

1.本发明涉及航空发动机，尤其涉及用于测量航空发动机的放气活门的开合角度的方法、系统和计算机可读存储介质。


背景技术：

2.目前的航空发动机通常包括多个vbv(variable bleed valve)，即可调放气活门，可简称为放气活门。放气活门可以旋转，以便调整打开角度，从而调整放气量。为保障航空发动机的使用安全，确保航空发动机的气动性能符合要求，放气活门能够打开的角度(即活门开合角度)必须符合要求。为此，在航空发动机装配完成后需要检测放气活门的开合角度。因此，期望准确测量航空发动机的放气活门的开合角度。
3.然而，由于放气活门的转动轴被遮挡，因此无法直接测量其开合角度。另外，放气活门通常具有弯曲表面，这进一步增大了测量开合角度的难度。
4.在现有技术中，一种测量放气活门的开合角度的方案是采用弹簧自加力的机械结构与活门外表面相接触，将活门的转动转化为机械结构的平动。然而，这种方案有可能损伤放气活门，而且精度不高、效率低下、结构复杂。
5.因此，需要一种能够高精度、高效、结构简单的测量放气活门的开合角度的方案。


技术实现要素：

6.本发明是为解决以上所述的现有技术的问题而做出的。本发明提供了一种能够高效、精确、无损伤地测量航空发动机的放气活门的开合角度的方案，从而解决了上述问题。
7.在一个方面中，公开了一种用于测量航空发动机的放气活门的开合角度的方法，包括：在所述放气活门处于关闭位置时，控制三坐标测量仪测量所述放气活门的表面上的特征点在所述关闭位置时的第一空间坐标p1(x
p1
，y
p1
，z
p1
)；在所述放气活门旋转到关闭位置和打开位置之间的一中间位置时，控制所述三坐标测量仪测量所述特征点在所述中间位置时的第二空间坐标p2(x
p2
，y
p2
，z
p2
)；在所述放气活门旋转到打开位置时，控制所述三坐标测量仪测量所述特征点在所述打开位置时的第三空间坐标p3(x
p3
，y
p3
，z
p3
)；以及基于所述第一空间坐标p1(x
p1
，y
p1
，z
p1
)、所述第二空间坐标p2(x
p2
，y
p2
，z
p2
)和所述第三空间坐标p3(x
p3
，y
p3
，z
p3
)来计算所述放气活门在所述关闭位置和所述打开位置之间的开合角度。
8.较佳地，基于所述第一空间坐标p1(x
p1
，y
p1
，z
p1
)、所述第二空间坐标p2(x
p2
，y
p2
，z
p2
)和所述第三空间坐标p3(x
p3
，y
p3
，z
p3
)来计算所述放气活门在所述关闭位置和所述打开位置之间的开合角度包括：确定所述第一空间坐标p1(x
p1
，y
p1
，z
p1
)、所述第二空间坐标p2(x
p2
，y
p2
，z
p2
)和所述第三空间坐标p3(x
p3
，y
p3
，z
p3
)所处的圆的圆心坐标pcenter(x
center
，y
center
，z
center
)；以及计算所述第一空间坐标p1(x
p1
，y
p1
，z
p1
)和所述圆心坐标pcenter(x
center
，y
center
，z
center
)的第一连线和所述第三空间坐标p3(x
p3
，y
p3
，z
p3
)和所述圆心坐标pcenter(x
center
，y
center
，z
center
)的第二连线之间的角度作为所述开合角度。
9.较佳地，所述特征点和/或所述三坐标测量仪的位置被选择为能够在所述放气活
门的旋转过程期间始终能够测量所述特征点的坐标。
10.较佳地，所述中间位置位于所述关闭位置和所述打开位置的中点。
11.较佳地，测量所述特征点的所述第一空间坐标p1(x_p1，y_p1，z_p1)、所述第二空间坐标p2(x_p2，y_p2，z_p2)和所述第三空间坐标p3(x_p3，y_p3，z_p3)中的任一者包括：捕捉所述放气活门的表面的图像；对所述图像执行图像处理以识别所述特征点；以及移动所述三坐标测量仪的测头以便测量所述特征点的空间坐标。
12.较佳地，所述三坐标测量仪为便携式三坐标测量仪。
13.在另一方面，公开了一种用于测量航空发动机的放气活门的开合角度的系统，所述系统包括三坐标测量仪和处理器，其中所述处理器被配置成：在所述放气活门处于关闭位置时，控制三坐标测量仪测量所述放气活门的表面上的特征点在所述关闭位置时的第一空间坐标p1(x
p1
，y
p1
，z
p1
)；在所述放气活门旋转到关闭位置和打开位置之间的一中间位置时，控制所述三坐标测量仪测量所述特征点在所述中间位置时的第二空间坐标p2(x
p2
，y
p2
，z
p2
)；在所述放气活门旋转到打开位置时，控制所述三坐标测量仪测量所述特征点在所述打开位置时的第三空间坐标p3(x
p3
，y
p3
，z
p3
)；以及基于所述第一空间坐标p1(x
p1
，y
p1
，z
p1
)、所述第二空间坐标p2(x
p2
，y
p2
，z
p2
)和所述第三空间坐标p3(x
p3
，y
p3
，z
p3
)来计算所述放气活门在所述关闭位置和所述打开位置之间的开合角度。
14.较佳地，所述系统进一步包括图像捕捉设备，其中所述图像捕捉设备被配置成捕捉所述放气活门表面的图像，且所述处理器进一步被配置成：对所述图像执行图像处理以识别所述特征点；以及移动所述三坐标测量仪的测头以便测量所述特征点的空间坐标。
15.较佳地，所述三坐标测量仪的位置使得能够在所述放气活门的旋转过程期间始终能够测量所述特征点的坐标。
16.在再另一方面，公开了一种非瞬态的计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被计算机执行时可执行如前所述的任何方法。
17.本发明的一个或多个实施例提供的方案能够实现以下技术效果中的一者或多者：
18.1、无需增加如弹簧等机械结构，结构简单、成本较低；
19.2、测量精度高；以及
20.3、测量效率较高。
附图说明
21.附图中示出了本发明的非限制性的较佳实施结构，结合附图，可使本发明的特征和优点更加明显。其中：
22.图1示出了作为示例的航空发动机的一部分的示意图，其中放气活门处于关闭状态。
23.图2示出了作为示例的航空发动机的一部分的示意图，其中放气活门处于打开状态。
24.图3示出了作为示例的航空发动机的一部分的侧面的另一示意图及放气活门的局部放大示意图。
25.图4示出了现有技术的用于测量放气活门的开合角度的系统的示意图。
26.图5示出了现有技术的用于测量放气活门的开合角度的系统的另一示意图。
27.图6示出了根据本说明书实施例的用于测量航空发动机的放气活门的开合角度的系统的结构的示意图。
28.图7示出了根据本说明书实施例的用于测量航空发动机的放气活门的开合角度的系统的示意框图。
29.图8示出了根据本说明书实施例的用于测量航空发动机的放气活门的开合角度的示例方法的流程图。
30.图9示出了根据本说明书实施例的用于基于三个空间位置坐标来计算开合角度的示例方法的流程图。
31.图10示出了根据本说明书的实施例的用于测量特征点的空间坐标的方法的示意图。
具体实施方式
32.下面将参考附图来对本发明的具体实施例进行描述。应当了解，附图中所示的仅仅是本发明的较佳实施例，其并不构成对本发明的范围的限制。本领域的技术人员可以在附图所示的实施例的基础上对本发明进行各种显而易见的修改、变型、等效替换，并且在不相矛盾的前提下，在所描述的实施例中的技术特征可以任意组合，而这些都落在本发明的保护范围之内。
33.如上文所述，放气活门是航空发动机的重要部件。通过调整航空发动机的放气活门的开合角度，可以调整放气量。
34.参见图1，其示出了作为示例的航空发动机100的一部分的示意图，其中放气活门102处于关闭状态。
35.如图1所示，在放气活门关闭时，气流无法通过放气活门，此时航空发动机的放气量最小或为零。
36.参见图2，其示出了作为示例的航空发动机100的一部分的另一示意图，其中放气活门102处于打开状态。
37.如图2所示，在放气活门打开时，通过放气活门的气流量可以达到最大，此时航空发动机的放气量最大。
38.参见图3，其示出了作为示例的航空发动机100的一部分的侧面的另一示意图及放气活门的局部放大示意图。
39.在图3左侧的航空发动机100的一部分的侧面示意图中的虚线椭圆中示出了一个放气活门102，在图3右侧示出了该虚线部分所示的放气活门102的放大示意图。如图3中的箭头302所示，放气活门能够围绕旋转轴旋转，从而改变放气活门的开合角度。
40.另外，从图2和图3也可以看出，放气活门旋转所围绕的旋转轴被放气活门自身、挡板以及机匣挡住，因此其无法被直接观察和接触到，这就导致无法通过直接测量转轴转角的方式来测量放气活门的开合角度。
41.而且，由图1到图2也可以看出，放气活门的表面通常为曲面，因此难以找到与旋转轴线垂直的基准面，从而也就难以获得放气活门在该基准面内的运动轨迹，因此难以通过测量基准面的旋转角度来测量放气活门的开合角度。
42.参见图4和图5，其示出了现有技术的用于测量放气活门的开合角度的系统的示意图。
43.如图4和5所示，为了测量放气活门的开合角度，现有技术方案在活门结构中加入了弹簧402及与弹簧相连的连杆和测头。弹簧402靠自身的弹力将连杆的测头抵住活门的外表面。
44.在图4中，活门处于关闭状态，此时弹簧402处于相对伸展状态。如图5所示，在活门打开的过程中(如虚线所示)，随着活门围绕旋转轴旋转逐渐打开(如箭头404所示)，活门外表面向外推动连杆的测头(如箭头406所示)，从而压缩弹簧。通过测量如图4和图5中所示的距离h0和h1的变化，即可换算出活门的角度的变化α
°
。
45.然而，这种方案至少具有以下不足：
46.首先，该方案的测头有可能损伤活门的表面。活门外表面具有特殊材料喷涂，硬度较低，容易被划伤。然而，上述现有方案的测头不仅与活门外表面接触，且常采用弹簧提供将测头抵靠到活门外表面的压缩力，且在活门张开过程中，弹簧逐步压缩导致测头与活门的压缩力逐渐变大，且测头相对活门外表面相对滑动，因此在测量过程中测头容易压伤或划伤活门的外表面。
47.其次，该方案的测量精度较低。上述方案通过先测量距离，再将距离换算计算成角度。活门角度测量中需要以连杆相对于机匣中心的距离作为一个计算参数，故需要保证该测量装置在机匣上的安装精度，否则会影响测量精度，而安装精度通常不容易保证。
48.再次，该方案的操作效率较低。上述结构较为复杂，因此安装达到所需位置精度，较为耗时，导致较低的操作效率。
49.参见图6，其示出了根据本说明书实施例的用于测量航空发动机的放气活门的开合角度的系统的结构的示意图。在下文中，放气活门的“开合角度”通常是指放气活门所能打开的最大角度，即放气活门在关闭位置(完全关闭位置)和打开位置(完全打开位置)之间的角度。通常，放气活门能够旋转到关闭位置和打开位置之间的任一位置(中间位置)。放气活门的旋转例如可由操作人员通过航空发动机的控制装置执行，或以其他任何适当方式执行。
50.如图6所示，该系统可包括三坐标测量仪602。在图6的右侧示出了三坐标测量仪602相对于航空发动机的放置位置的示意图。较佳地，坐标测量仪602相对于航空发动机的位置使得坐标测量仪602能够在所述放气活门的旋转过程期间始终能够测量放气活门表面上的一个或多个点(如特征点)的坐标。在图6的左侧示出了右侧的虚线部分的放大视图。如图所示，三坐标测量仪602可测量该放气活门表面上的特征点604的位置。较佳地，特征点604也可以是从多个点中选择的特征点，该特征点的位置使得坐标测量仪602能够在所述放气活门的旋转过程期间始终能够测量该特征点的坐标。
51.三坐标测量仪是指在一个六面体的空间范围内，能够表现几何形状、长度及圆周分度等测量能力的仪器，又称为三坐标测量机或三坐标量床。三坐标测量仪602可以是接触式测量仪或非接触式测量仪。三坐标测量仪602可以是适用的任何类型的三坐标测量仪，如采用基于视觉、基于激光、结构光、超声波、层析法或核磁共振等的三坐标测量仪等。
52.如图6所示，较佳地，三坐标测量仪602可以是便携式测量仪。替代地，三坐标测量仪602可以是可安装到航空发动机并且可拆卸移除的测量仪。替代地，三坐标测量仪602是
固定到航空发动机的不可拆卸测量仪。
53.三坐标测量仪602可测量
54.此外，该系统还可包括处理器(图6中未示出，但在图7中示出)。该处理器例如可以是位于所述三坐标测量仪602中的处理器。替代地，该处理器可以是连接到三坐标测量仪602的计算机、智能终端或其它设备的cpu、专用集成电路或其它能用于处理数据的计算单元。处理器可以向各个元件(例如三坐标测量仪、图像捕捉设备等)提供指令以便控制上述元件的操作，接收来自各个元件的数据(如测量数据)并执行计算。
55.较佳地，该系统还可包括图像捕捉设备(图6中未示出，但在图7中示出)。例如，该图像捕捉设备例如可以是摄像头、摄像机等能够捕捉图像或视频的设备。图像捕捉设备可以是包括在所述三坐标测量仪602中的图像捕捉设备。替代地，该图像捕捉设备可以是与处理器包括在同一计算机、智能终端或其它设备中的图像捕捉设备。替代地，该图像捕捉设备还可以是位于航空发动机上的图像捕捉设备。
56.参见图7，其示出了根据本说明书实施例的用于测量航空发动机的放气活门的开合角度的系统700的示意框图。
57.如图7所示，系统700可包括三坐标测量仪702和连接至三坐标测量仪的处理器704，如同上文参考图6介绍的。尽管在图7中处理器704被示出为连接至三坐标测量仪702，但处理器704实际上可被包括在三坐标测量仪702内或者可与三坐标测量仪702共同包括在一测量设备内。通过将处理器704与三坐标测量仪702连接，处理器704可向三坐标测量仪702传送指令，例如以控制三坐标测量仪的测头移动，例如以移动至待测位置，如放气活门表面上的特征点。
58.放气活门表面上的特征点可以是该表面上原本存在的点，例如该表面上的螺钉、元件的连接点等结构点、纹理点或相对于该表面固定的其它任何能被识别的点。
59.替代地，放气活门表面上的特征点可以是人为标记的点。例如，该特征点可以是用特定颜色标记的点或图案。
60.通过特征点，可以保证每次测量的都是相同的点。此外，对于每次测量，三坐标测量仪都使用同一坐标系，从而使得能够基于该特征点在放气活门的不同开合角度的位置来计算放气活门的开合角度。例如，该同一坐标系为三角坐标系。
61.在测量特征点的空间坐标时，如果三坐标测量仪702为接触式测量仪，则可控制(例如由处理器704)三坐标测量仪702的测头移动以接触特征点，从而测量该特征点的空间坐标。如果三坐标测量仪702为非接触式测量仪，则可根据需要移动或不移动三坐标测量仪702的测头来执行测量。
62.虽然可由用户手动通过处理器704来控制三坐标测量仪702以移动测头执行测量，但较佳地，系统700还可包括图像捕捉设备706。图像捕捉设备706可连接至处理器704。例如，图像捕捉设备706可捕捉放气活门的表面的至少一部分的图像(视频可被视为一系列连续图像)。对图像的捕捉例如可基于来自处理器的图像捕捉命令执行。图像捕捉设备706可将所捕捉的图像传送至处理器704。处理器704可对图像执行图像处理算法，以便自动识别出图像中的特征点。此外，处理器704还可根据所识别的特征点来控制三坐标测量仪702的测头的移动，以便例如使该测头与该特征点接触，或使测头移动至适合测量特征点的空间坐标的其它位置。
63.参见图8，其示出了根据本说明书实施例的用于测量航空发动机的放气活门的开合角度的示例方法800的流程图。该示例方法800例如可由如图7所示的处理器704来执行。
64.如图8所示，方法800可包括：在操作802，在所述放气活门处于关闭位置时，可控制所述三坐标测量仪测量所述特征点在所述关闭位置时的第一空间坐标p1(x
p1
，y
p1
，z
p1
)。如上文所述，所述特征点和所述三坐标测量仪的位置被选择为能够在所述放气活门的旋转过程期间始终能够测量所述特征点的坐标。
65.方法800还可包括：在操作804，在所述放气活门旋转到关闭位置和打开位置之间的一中间位置时，控制所述三坐标测量仪测量所述特征点在所述中间位置时在所述三角坐标系中的第二空间坐标p2(x
p2
，y
p2
，z
p2
)。较佳地，所述中间位置位于所述关闭位置和所述打开位置的中点。所述中点可以指所述放气活门旋转到其开合角度的一半的位置。
66.方法800还可包括：在操作806，可在所述放气活门旋转到打开位置时，控制所述三坐标测量仪测量所述特征点在所述打开位置时在所述三角坐标系中的第三空间坐标p3(x
p3
，y
p3
，z
p3
)。
67.方法800还可包括：在操作808，可基于所述第一空间坐标p1(x
p1
，y
p1
，z
p1
)、所述第二空间坐标p2(x
p2
，y
p2
，z
p2
)和所述第三空间坐标p3(x
p3
，y
p3
，z
p3
)来计算所述放气活门在所述关闭位置和所述打开位置之间的开合角度。
68.参见图9，其示出了根据本说明书实施例的用于基于三个空间位置坐标来计算开合角度的示例方法900的流程图。
69.计算所述放气活门在所述关闭位置和所述打开位置之间的开合角度包括：
70.方法900可包括：在操作902，确定所述第一空间坐标p1(x
p1
，y
p1
，z
p1
)、所述第二空间坐标p2(x
p2
，y
p2
，z
p2
)和所述第三空间坐标p3(x
p3
，y
p3
，z
p3
)所处的圆的圆心坐标pcenter(x
center
，y
center
，
zcenter
)。
71.方法900可包括：在操作904，计算所述第一空间坐标p1(x
p1
，y
p1
，z
p1
)和所述圆心坐标pcenter(x
center
，y
center
，z
center
)的第一连线和所述第三空间坐标p3(x
p3
，y
p3
，z
p3
)和所述圆心坐标pcenter(x
center
，y
center
，z
center
)的第二连线之间的角度作为所述开合角度。
72.参见图10，其示出了根据本说明书的实施例的用于测量特征点的空间坐标的方法1000的示意图。该空间坐标例如是上文的所述第一空间坐标p1(x
p1
，y
p1
，z
p1
)、所述第二空间坐标p2(x
p2
，y
p2
，z
p2
)和所述第三空间坐标p3(x
p3
，y
p3
，z
p3
)中的任一者或其它空间坐标。
73.方法1000可包括：在操作1002，可捕捉所述放气活门的表面的图像。例如，可由处理器704控制图像捕捉设备(如图7所示的图像捕捉设备706)来捕捉活门表面的至少一部分的图像。随后，该图像可由图像捕捉设备传送至处理器。
74.方法1000还可包括：在操作1004，可对所述图像执行图像处理以识别所述特征点。例如，可由处理器采用本领域已知的任何图像处理算法来识别出图像中的特征点。
75.方法1000还可包括：在操作1006，可移动三坐标测量仪的测头以便测量所述特征点的空间坐标。例如，可由处理器704控制三坐标测量仪702的测头至期望位置(如特征点的位置或其它位置)来测量特征点的空间坐标。
76.应当领会，上文针对各系统组件的描述(如图6和图7)所描述的特征可同样适用于上文对方法步骤的描述(如图8到图10)。
77.而且，本技术还公开了一种包括存储于其上的计算机可执行指令的计算机可读存
储介质，所述计算机可执行指令在被处理器执行时使得所述处理器执行本文所述的各实施例的方法。
78.此外，本技术还公开了一种装置，该装置包括处理器以及存储有计算机可执行指令的存储器，所述计算机可执行指令在被处理器执行时使得所述处理器执行本文所述的各实施例的方法。
79.此外，本技术还公开了一种系统，该系统包括用于实现本文所述的各实施例的方法的装置。
80.可以理解，根据本说明书的一个或多个实施例的方法可以用软件、固件或其组合来实现。
81.应该理解，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置和系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。需要领会的是，本说明书公开了多个实施例，这些实施例所公开的内容可以互相参照来理解。
82.应该理解，上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
83.应该理解，本文用单数形式描述或者在附图中仅显示一个的元件并不代表将该元件的数量限于一个。此外，本文中被描述或示出为分开的模块或元件可被组合为单个模块或元件，且本文中被描述或示出为单个的模块或元件可被拆分为多个模块或元件。
84.还应理解，本文采用的术语和表述方式只是用于描述，本说明书的一个或多个实施例并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换也可能存在。相应的，权利要求应视为覆盖所有这些等效物。
85.同样，需要指出的是，虽然已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本说明书的一个或多个实施例，在没有脱离本发明精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本技术的权利要求书的范围内。
86.可以理解，根据本说明书的一个或多个实施例的方法可以用软件、固件或其组合来实现。
87.应该理解，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置和系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。需要领会的是，本说明书公开了多个实施例，这些实施例所公开的内容可以互相参照来理解。
88.应该理解，上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中
的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
89.应该理解，本文用单数形式描述或者在附图中仅显示一个的元件并不代表将该元件的数量限于一个。此外，本文中被描述或示出为分开的模块或元件可被组合为单个模块或元件，且本文中被描述或示出为单个的模块或元件可被拆分为多个模块或元件。
90.还应理解，本文采用的术语和表述方式只是用于描述，本说明书的一个或多个实施例并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换也可能存在。相应的，权利要求应视为覆盖所有这些等效物。
91.同样，需要指出的是，虽然已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本说明书的一个或多个实施例，在没有脱离本发明精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本技术的权利要求书的范围内。