[发明专利]基于变焦显微技术的航空发动机叶片气膜孔几何参数三维检测系统及方法

权利要求书

1.基于变焦显微技术的航空发动机叶片气膜孔几何参数三维检测系统，其特征在于：包括CCD相机(1)、镜筒(9)、计算机(10)、XYZ三维电动平移台(11)、载物台(13)和叶片夹具(14)；

从靠近CCD相机(1)一侧沿CCD相机(1)入射光路由近至远依次设置第一透镜(2)、分光棱镜(5)、第三透镜(6)和物镜(7)，所述载物台(13)设置在物镜(7)后方，所述叶片夹具(14)安装在载物台(13)上；所述分光棱镜(5)倾斜设置，从下往上同轴光源(3)和第二透镜(4)依次设置在分光棱镜(5)的入射光路中，分光棱镜(5)出射光路与第三透镜(6)和物镜(7)同轴，所述第一透镜(2)、分光棱镜(5)、第二透镜(4)、第三透镜(6)封装在镜筒(9)内，所述物镜(7)连接在镜筒(9)上且外侧装夹环形光源(8)；

所述镜筒(9)安装在XYZ三维电动平移台(11)上，所述CCD相机(1)和所述XYZ三维电动平移台(11)分别与计算机(10)连接，实现联动触发；

所述叶片夹具(14)包括用于固定在所述载物台(13)上的旋转凹台(15)，所述旋转凹台(15)上开设有用于插入止动螺栓的通孔，所述旋转凹台(15)上装配旋转凸台(16)，所述旋转凸台(16)能够360度转动且其上对称设置有用于夹住叶片的第一卡爪(17)和第二卡爪(18)，所述第一卡爪(17)和第二卡爪(18)上开设有用于插入止动螺栓通孔。

2.根据权利要求1所述的基于变焦显微技术的航空发动机叶片气膜孔几何参数三维检测系统，其特征在于：所述镜筒(9)通过直角型连接板(12)安装在XYZ三维电动平移台(11)上。

3.一种用于权利要求1所述检测系统的基于变焦显微技术的航空发动机叶片气膜孔几何参数三维检测方法，其特征在于包括如下步骤：

1)、将叶片通过用于叶片夹具(14)固定在载物台(13)上，通过调整XYZ三维电动平移台(11)和载物台(13)，使待测叶片气膜孔部位调整至所述CCD相机成像区域；

2)、通过计算机控制CCD相机进行图像采集，获取航空发动机叶片气膜孔的图像序列；

3)、进行图像预处理，遍历所有气膜孔图像序列的像素点，使用聚焦评价函数计算图像序列每个像素点的聚焦函数评价函数值；

4)、对聚焦评价函数值进行阈值筛选，去除异样点，然后使用快速高斯拟合方法得到所有像素点的聚焦评价函数最大值的位置，得到最终的叶片气膜孔三维数据；

5)、对孔轮廓边缘的三维数据进行最小二乘平面拟合，从三维数据中提取孔轮廓，并拟合圆弧得到拟合圆数据，由拟合圆数据得到拟合圆中心、圆半径R，即为孔中心三维坐标和孔径大小，对孔内表面的三维数据进行计算得到孔内表面粗糙度S_a。

4.根据权利要求3所述的基于变焦显微技术的航空发动机叶片气膜孔几何参数三维检测方法，其特征在于所述步骤2)具体包括以下步骤：

(2.1)、通过计算机驱动XYZ三维电动平移台对叶片上的气膜孔沿x轴方向按规定步距扫描，同时计算机控制CCD相机进行图像采集，使用同轴光源和环性光源的不同光强获得不同聚焦程度的气膜孔图像序列；

(2.2)、采集完毕后将XYZ三维电动平移台置起点位，重复步骤(2.1)采集下一个气膜孔的图像序列。

5.根据权利要求3所述的基于变焦显微技术的航空发动机叶片气膜孔几何参数三维检测方法，其特征在于：所述步骤3)所述的进行图像预处理是先对所有图像进行高斯滤波，再对每幅图像做高对比反差突出算法，采用的公式如下：

I_N(x，y)＝I₀(x，y)+r×(I₀(x，y)-I_B(x，y))

式中，I_N(x，y)为处理后的图像，I₀(x，y)为高斯滤波后的图像，r是系数，I_B(x，y)为全模糊的背景图像。