[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

说明书

本发明公开了一种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，检测系统包括CCD相机、镜筒、计算机、XYZ三维电动平移台、载物台和叶片夹具；检测时将待测的叶片气膜孔部位调整至所述CCD相机成像区域，获取航空发动机叶片气膜孔的图像序列，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，得到最终的叶片气膜孔三维数据，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，在一次测量中可获取多种几何参数，效率高，测量重复性高，不确定度低。

技术领域

本发明属于航空工业领域，涉及一种航空发动机叶片检测技术，特别涉及一种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。

背景技术

随着航空工业的不断发展，新一代航空发动机通过提高涡轮前的燃气温度，使其推力更大、推重比更高、耗油率更低，进而提升飞行器的可靠性、机动性。气膜孔是提高叶片承温能力，使叶片可靠服役的必要结构。根据其冷却原理可知，气膜孔的几何参数直接影响叶片的机械性能和冷却效果，其几何参数主要包括气膜孔的孔径、空间位置和孔内表面的粗糙度等。因此，为了保证气膜孔符合叶片的设计要求，必须对气膜孔的几何参数进行高精度检测。

目前测量航空发动机叶片气膜孔几何参数的方法主要为接触式或非接触式的检测技术为主，其中接触式测量需要制作微型探针伸入孔中检测，但该方法存在测量速度较慢、效率不高且无法同时获取多个参数等不足。非接触式测量以各种光学测量方式为主，例如光的干涉光谱分析技术的测量方法，可以获得很好的重复性，但因效率不高仍无法满足批量气膜孔的检测需求。变焦显微测量方法是一种光学形貌测量方法，具有效率高、无损伤、重复性好、不确定度低等特点，适用于气膜孔三维测量及几何参数提取。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的在于提供一种可以有效获取航空发动机叶片气膜孔三维数据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及方法，能够在一次测量中获取多种几何参数并能实现气膜孔批量化检测。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种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，包括CCD相机、镜筒、计算机、XYZ三维电动平移台、载物台和叶片夹具；

从靠近CCD相机一侧沿CCD相机入射光路由近至远依次设置第一透镜、分光棱镜、第三透镜和物镜，所述载物台设置在物镜后方，所述叶片夹具安装在载物台上；所述分光棱镜倾斜设置，从下往上所述同轴光源和第二透镜依次设置在分光棱镜的入射光路中，分光棱镜出射光路与第三透镜和物镜同轴，所述第一透镜、分光棱镜、第二透镜、第三透镜封装在镜筒内，所述物镜连接在镜筒上且外侧装夹环形光源；

所述镜筒安装在XYZ三维电动平移台上，所述CCD相机和所述XYZ三维电动平移台分别与计算机连接，实现联动触发。

进一步，所述叶片夹具包括用于固定在所述载物台上的旋转凹台，所述旋转凹台上开设有用于插入止动螺栓的通孔，所述旋转凹台上装配旋转凸台，所述旋转凸台能够360度转动且其上对称设置有用于夹住叶片的第一卡爪和第二卡爪，所述第一卡爪和第二卡爪上开设有用于插入止动螺栓通孔。

进一步，所述镜筒通过直角型连接板安装在XYZ三维电动平移台上。

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，包括如下步骤：

1)、将叶片通过用于叶片夹具固定在载物台上，通过调整XYZ三维电动平移台和载物台，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；