[发明专利]一种喷孔结构参数自动测量方法

说明书

技术领域

本发明属于内燃机技术领域，涉及喷油器，尤其是测量喷油器的喷孔结构参数的方法。

背景技术

目前喷油器喷嘴内部结构和尺寸的测量方法多种多样，但很难精确地对喷油器喷嘴内部结构和尺寸进行直接测量，能够直接测量喷油器内部尺寸的方法主要有光学诊断测量、探针测量、剖面测量和硅树脂喷孔铸模测量等。

光学诊断测量通过对喷孔直接成像获得喷油器喷孔的尺寸参数，但喷油器内部结构中能够直接拍摄的部分十分有限。探针测量方法利用微米级的探针对喷孔内部的表面进行探测，能够获得喷孔的直径、长度以及表面粗糙度等信息，该方法所需设备比较复杂，测量要求较高。剖面测量需将喷孔剖开，直接对内部尺寸结构进行测量，这是一种破坏性的测量手段，剖面的位置及厚度对测量结果影响很大。硅树脂喷孔铸模测量方法通过将一种特殊的硅树脂导入喷油器内部，使其填满喷油器前端的压力室和喷孔，经过一段时间待树脂凝固后将成型的树脂模型拔出来，利用电子显微镜拍得模型图片，导入CAD软件中进行参数的测量。为了获得完整且不失真的树脂模型，该方法对喷孔的清洁度要求非常高。

李治龙，高原等人在“基于同步辐射高能Ｘ射线的喷油器喷嘴内部几何结构及尺寸的测量”（吉林大学学报工学版，2011.01）的研究中介绍了一种利用高能高通量同步辐射Ｘ射线，对喷油器进行Ｘ线层析扫描，获得了高精度的喷油器内部三维结构模型，并基于该模型实现了柴油机喷油器的喷孔孔径、喷孔间夹角、喷孔锥角以及喷孔上下倒角半径的测量方法，该方法较上述几种方法有很多优点，但此方法需要将图片导入CAD进行测量，过程难免有些繁琐，测量过程存在一定的随机性，在此过程中可能产生人为误差，测量精确度和方便程度有待提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现喷孔结构参数自动测量的方法，弥补现有技术中存在的不足，去除了人为因素的影响，在给定喷嘴的数字模型的情况下，只需指定初始截取平面，其结构参数能够根据算法直接输出结果，提高了测量结果的准确性和操作的便捷性。

为达到以上目的，本发明采用以下解决方案：

本发明的方法包括以下步骤：

（1）基于喷孔三维数字结构，在三维数字空间中任取一与喷孔相交的平面截取喷孔，找到使截面为圆形（或最接近圆形）的平面；

（2）获得喷孔的轴线，经过步骤（1）中圆形平面的圆心且垂直于圆面的直线即为该孔的中轴线；

（3）利用垂直喷孔轴线的平面逐像素对喷孔进行截取，找到喷孔最外侧和最内侧的截面，即为喷孔出口和入口截面，从而可以获得喷孔的各参数；

（4）利用经过喷孔轴线的平面对喷孔进行截取，从所截图像中即可计算出喷孔与喷嘴内部压力室连接处的入口圆角半径。

步骤（1）所截平面若为椭圆形，则通过数字图像处理计算其圆心和长短轴，绕短轴沿一个方向对该平面进行旋转，并对其与喷孔相交的截面进行圆形识别，检测其圆度，直到找到使截面为圆形（或最接近圆形）的平面；如截面为圆形，则无需进行此步操作。

将步骤（1）中截面绕短轴沿一个方向对该平面进行旋转，如果圆度变小则反方向旋转。

步骤（2）为避免随机误差，可随机选取若干平面截取喷孔，利用以下方法获得圆截面：所截平面若为椭圆形，则通过数字图像处理计算其圆心和长短轴，绕短轴沿一个方向对该平面进行旋转，并对其与喷孔相交的截面进行圆形识别，检测其圆度，直到找到使截面为圆形或最接近圆形的平面；之后，连接这些圆截面的圆心拟合出喷孔的轴线。

步骤（3）由于在喷孔外侧（液体流出一侧）喷孔不存在，截面面积会突然变为0；而在喷孔内侧，喷孔与喷嘴内部压力室连接，其截面积会突然增大。因此在平移平面寻找喷孔出口截面和入口截面的过程中，当截面面积发生突变时即表明所截取的截面已经不属于喷孔，应停止平移。

步骤（3）中喷孔各参数包括喷孔入口直径、出口直径、喷孔长度。获得喷孔的入口和出口圆形截面后，喷孔入口直径即为入口圆形截面的直径，喷孔出口直径即为出口圆形截面的直径，喷孔长度为两截面之间的距离。

步骤（4）中平面可沿喷孔轴线进行任意角度的旋转，因此可以获得喷孔任意位置的入口圆角半径。

对多孔喷嘴而言，在步骤（2）获得各喷孔的轴线之后，还可以计算喷孔之间的夹角以及张角等各类参数；此外，还可以计算喷孔轴线与喷嘴轴线之间的距离（单孔喷嘴可以据此反映喷孔与喷嘴轴线是否重合，多孔喷嘴可反映各个喷孔的对中情况）。