[发明专利]高速同步频闪转子叶尖图像采集装置及方法

说明书

本发明涉及一种高速同步频闪转子叶尖图像采集装置，包括同步控制器、多脉冲发生器、脉冲激光器、高速相机和上位机，其中，同步控制器，用于接收发动机的叶片到达信号，进而根据所接收的叶片到达信号，生成两路信号，一路形成相机外触发信号，用于控制高速相机的拍摄时刻；另一路经过多脉冲发生器形成脉冲信号，用于控制脉冲激光器的频闪；脉冲激光器在高速相机曝光时间内进行多次频闪，使得高速相机采集一次，光源频闪多次，在单帧图像中对叶尖进行多次成像。本发明同时涉及采用上述装置实现的高速同步频闪转子叶尖图像采集。

技术领域

本发明属于非接触测量领域，特别是对高速旋转物体末端运动状态监测。

背景技术

航空发动机是一种高度复杂和精密的机械，是飞机的心脏，被誉为“人类工业皇冠上的明珠”。叶片作为航发的核心部件，其运动特性直接决定发动机性能。为了优化航空发动机叶片设计，需要对旋转叶片运动特性进行测试，尤其是对叶尖进行图像采集，获取高速运动状态下叶尖的变形图像。

获取高速运动物体图像的方法主要有三种：模糊图像法、频闪成像法和高速摄影法。其中模糊图像法是在连续光照下对运动状态进行采集，获取模糊图像后利用图像处理技术获取清晰图像，但是精度较低。高速摄影法是利用高速相机采集图像，其触发方式多为光电触发，在采集叶尖图像过程中由于叶尖尖端过窄，激光在叶尖处不能被稳定反射，使得无法产生触发信号，无法在叶片到达时刻进行图像采集；传统高速摄影法一帧图像上只成像一次，相机内存无法存储过多图片，不能对叶尖图像进行长时间采集，若增加采集时间，就要对相机进行扩容，而与高速相机配套的内存价格过于昂贵，使得检测系统成本大幅度增加；高速相机快门速度相对于叶尖线速度而言较慢，未能很好的克服成像模糊的问题。频闪成像法要求被测物体的运动具有周期性，虽然航空发动机叶片的转动具有周期性，但是叶尖在高速转动时受气流影响会发生震动，导致与上一个周期的位置有差异，成像时仍会造成模糊。针对以上缺陷，本发明提出了一种高速同步频闪转子叶尖图像采集方法及装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以获取清晰高质量且能节约相机存储空间的叶尖图像采集装置及方法，技术方案如下：

一种高速同步频闪转子叶尖图像采集装置，包括同步控制器、多脉冲发生器、脉冲激光器、高速相机和上位机，其中，同步控制器，用于接收发动机的叶片到达信号，进而根据所接收的叶片到达信号，生成两路信号，一路形成相机外触发信号，用于控制高速相机的拍摄时刻；另一路经过多脉冲发生器形成脉冲信号，用于控制脉冲激光器的频闪；脉冲激光器在高速相机曝光时间内进行多次频闪，使得高速相机采集一次，光源频闪多次，在单帧图像中对叶尖进行多次成像。

进一步地，还包括相机外部触发控制器，相机外触发信号发送到相机外部触发控制器，由机外部触发控制器控制高速相机的拍摄时刻。

进一步地，还包括调相器，同步控制器发出的两路信号，分别经由调相器调节相位后输出到相机外部触发控制器和多脉冲发生器。

进一步地，通过调节相机外触发信号的相位调节叶尖成像的时刻，使叶片在视场中任意位置成像。

进一步地，激光脉冲的持续时间由旋转叶片的线速度决定。

本发明同时提供一种高速同步频闪转子叶尖图像采集方法，包括下列步骤：

(1)同步控制器接收到叶片到达信号；

(2)同步控制器根据所接收到的叶片到达信号，生成两路信号，一路用于控制高速相机的拍摄时刻；另一路经过多脉冲发生器形成脉冲信号，用于控制脉冲激光器的频闪；

(3)脉冲激光器在高速相机曝光时间内进行多次频闪，使得高速相机采集一次，光源频闪多次，在单帧图像中对叶尖进行多次成像。

进一步地，通过调节相机外触发信号的相位调节叶尖成像的时刻，使叶片在视场中任意位置成像。

本发明的有益效果如下：