一种航空发动机机匣相对位姿的视觉测量方法

本发明属于航空发动机测试及计算机视觉，具体涉及一种基于光学非接触式的航空发动机机匣不同部位表面相对位移和姿态测量方法。

背景技术：

1、航空发动机机匣是发动机的主要承力部件，通常设计为内外环壳体结构，内环支撑转子，内环和外环之间形成燃气流道。为提高发动机推重比，机匣壳体应该在满足功能和强度的基础上设计的足够薄，因此，在机匣设计过程中需在发动机模拟载荷下测量内环相对外环的位移和姿态变化。然而传统的千分表、激光位移传感器、三坐标等位移测量方法很难在复杂试验现场得到准确的、直观的相对位姿测量结果。

2、双目视觉测量技术是一种全场位移测量技术，具有非接触、全场、高精度等优点。天津大学提出的一种基于双目视觉原理的航空发动机机匣变形测量装置，虽然能够实现机匣表面变形的非接触测量，但变形测量结果的无法实现相对坐标转换，难以实现机匣不同测量部位的相对位姿测量，其具有一定的局限性。

3、因此，亟需研究一种航空发动机机匣相对位姿测量方法，用于解决复杂试验现场机匣相对位姿难以测量的问题。

技术实现思路

1、为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，研究出一种航空发动机机匣相对位姿的视觉测量方法，利用摄影测量单元获取机匣上全局编码点和定系编码点的三维坐标，以定系编码点的三维坐标矢量建立机匣数字化模型坐标系，并作为机匣位姿测量基准坐标系，将所述全局编码点的三维坐标全部转换至机匣数字化模型坐标系下，获得数模全局点；然后，获取机匣不同变化状态的机匣图像序列，并通过识别所述机匣图像序列的位置，获得机匣的相对位姿。所述方法可以测量机匣大视场范围内不同测量部位的相对位姿，具有广泛的应用前景；更重要的是，所述方法解决了复杂试验现场机匣相对位姿难以测量的问题，实现了航空发动机机匣不同测量部位表面相对位移和姿态的非接触测量，从而完成了本发明。

2、具体来说，本发明的目的在于提供一种航空发动机机匣相对位姿的视觉测量方法，所述方法包括：

3、步骤1，获取机匣编码点的三维坐标；

4、步骤2，根据所述机匣编码点的三维坐标获取数模全局点；

5、步骤3，将机匣图像序列的位置与数模全局点对比，以获取机匣的相对位姿。

6、可选地，所述步骤1包括以下步骤：

7、步骤1-1，在机匣表面布设机匣编码点；

8、步骤1-2，拍摄包含所述机匣编码点的图像，通过图像测量的方式获取所述机匣编码点的三维坐标。

9、可选地，在步骤1-1中，所述机匣编码点包括全局编码点和定系编码点，所述全局编码点布设在机匣的外环，用于确定机匣所在的摄影测量坐标，所述定系编码点用于确定机匣数字化模型坐标原点并建立机匣数字化模型坐标系。

10、可选地，在步骤2中，以定系编码点的三维坐标矢量建立机匣数字化模型坐标系，将所述全局编码点的三维坐标转换至机匣数字化模型坐标系下，获得数模全局点。

11、可选地，所述步骤2还包括：标定绝对外参数，所述绝对外参数用于定位双目视觉测量单元在机匣数字化模型坐标系下的位置。

12、可选地，标定绝对外参数包括以下步骤：

13、步骤2-1，通过双目视觉测量的方式拍摄包含全局编码点的图像；

14、步骤2-2，识别步骤2-1中所述图像，并引入所述数模全局点，及基于后方交会算法，得到绝对外参数；

15、步骤2-3，对所述绝对外参数通过参数转换，将双目视觉测量方式获得的全局编码点的坐标转换至机匣数字化模型坐标系下。

16、可选地，所述步骤3包括以下步骤：

17、步骤3-1，获取机匣不同变化状态的机匣图像序列；

18、步骤3-2，识别所述机匣图像序列的位置，并将其与数模全局点对比，以获取机匣的相对位姿。

19、可选地，在步骤3-1中，在机匣内环上布置内环编码点。

20、可选地，在机匣加载状态下，运用双目视觉测量的方式同步获取机匣表面全局编码点、定系编码点及内环编码点在每个变化状态下的机匣图像序列，在时间上组成图像序列。

21、可选地，在步骤3-2中，通过图像检测和三维重建机匣图像序列中的全局编码点、定系编码点及内环编码点的坐标值，并将其与数模全局点对比，获得机匣内、外环上不同部位内环编码点相对测量基准坐标系的位姿变化。

22、本发明所具有的有益效果包括：

23、(1)本发明特别针对含有独立变形的内外环结构难以运用双目视觉方法直接测量相对位姿的问题，提出了一种基于图像坐标转换的双目视觉位姿测量方法，非常适合航空发动机机匣内外环结构之间的相对位姿测量，对机匣刚度或强度试验测试具有较大的工程价值。

24、(2)本发明提供的航空发动机机匣相对位姿的视觉测量方法，通过在机匣测量基准位置和数字化模型坐标系位置布设定系编码点构建特征坐标系，实现了各特征坐标系之间的转换。

25、(3)本发明提供的航空发动机机匣相对位姿的视觉测量方法，利用稀疏分布的编码点实现了机匣位姿的非接触式测量，硬件实现相对简单，可根据不同结构构建不同的坐标系，能够满足同一部件不同部位表面的相对位姿态测量，具有较强的灵活性和通用性。

技术特征：

1.一种航空发动机机匣相对位姿的视觉测量方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，优选的，所述步骤1包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤1-1中，所述机匣编码点包括全局编码点和定系编码点，所述全局编码点布设在机匣的外环，用于确定机匣所在的摄影测量坐标系，所述定系编码点用于确定机匣数字化模型坐标原点并建立机匣数字化模型坐标系。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤2中，以定系编码点的三维坐标矢量建立机匣数字化模型坐标系，将所述全局编码点的三维坐标转换至机匣数字化模型坐标系下，获得数模全局点。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤2还包括：标定绝对外参数，所述绝对外参数用于定位双目视觉测量单元在机匣数字化模型坐标系下的位置。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，标定绝对外参数包括以下步骤：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤3-1中，在机匣内环上布置内环编码点。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在机匣加载状态下，运用双目视觉测量的方式同步获取机匣表面全局编码点、定系编码点及内环编码点在每个变化状态下的机匣图像序列，在时间上组成图像序列。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤3-2中，通过图像检测和三维重建机匣图像序列中的全局编码点、定系编码点及内环编码点的坐标值，并将其与数模全局点对比，获得机匣内、外环上不同部位内环编码点相对测量基准坐标系的位姿变化。

技术总结
本发明公开了一种航空发动机机匣相对位姿的视觉测量方法，利用摄影测量单元获取机匣上全局编码点和定系编码点的三维坐标，以定系编码点的三维坐标矢量建立机匣数字化模型坐标系，并作为机匣位姿测量基准坐标系，将所述全局编码点的三维坐标全部转换至机匣数字化模型坐标系下，获得数模全局点；然后，获取机匣不同变化状态的机匣图像序列，并通过识别所述机匣图像序列的位置，获得机匣的相对位姿。所述方法可以测量机匣大视场范围内不同测量部位的相对位姿，具有广泛的应用前景。

技术研发人员：梁晋,郭建英,叶美图,王明明,刘辉
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14