[发明专利]一种火箭发动机喷管冷却通道线激光在位测量方法

说明书

本发明公开了一种火箭发动机喷管冷却通道线激光在位测量方法，属于在位测量技术领域。首先将线激光传感器通过夹具集成在工业机器人的末端，并采用基于标准球的手眼标定方法求解出线激光传感器与工业机器人的位置关系；然后，结合喷管理论廓形以及传感器量程规划线激光传感器的扫描路径，并由工业机器人带动线激光传感器获取火箭发动机喷管的外轮廓数据；最后，针对线激光传感器获取的喷管外轮廓数据，采用基于sigmoid函数拟合的算法来精确获取边缘特征点，并根据边缘信息计算出喷管冷却通道筋宽、槽深以及喷管壁厚的尺寸，实现了火箭发动机喷管冷却通道的高效在位测量，提高了测量效率，并且具有低成本、高柔性以及操作简单等优点。

技术领域

本发明属于在位测量技术领域，具体涉及一种火箭发动机喷管冷却通道线激光在位测量方法。

背景技术

火箭发动机喷管外表面均布成百上千条冷却通道，起到冷却管壁和预热液态燃料的作用。喷管冷却通道的筋宽、槽深以及喷管壁厚作为评价喷管加工特征的关键参数，对火箭发动机的生产具有非常重要的意义。然而，喷管通道的复杂廓形和数目之多给高效、准确地评测喷管冷却通道的加工特征带来了很大的困难。因此，亟需发展一种面向火箭发动机喷管的高效准确的在位测量方法，满足火箭发动机喷管加工特征评测的需求。

目前，工业领域常见的喷管冷却通道测量大多依靠工人手持游标卡尺进行测量，该方法测量精度低、测量速度慢、测量范围小，无法准确获取喷管关键部位形貌特征的数据。线激光测量作为非接触式三维光学形貌测量方法，通过采集点云数据，实现对喷管三维形貌精确测量。测量过程无需接触喷管，避免了卡尺挤压型面造成精度损失，能够快速获得喷管各部位的精确轮廓数据。将线激光传感器集成至工业机器人上，可高效精确地获取喷管的外轮廓数据，为火箭发动机喷管在位测量提供了可行方案。

北京航天益森风洞工程技术有限公司在专利CN201511019759.5中公开一种基于视觉测量的柔壁喷管的测量方法，通过两台摄像机获取柔性壁板的图像，对相应区域进行散斑计算，获得喷管三维形貌信息。将喷管理论气动型面和三维形貌信息在统一坐标系下进行对比，根据插值信息调节电动推杆协调动作。清华大学深圳研究生院在专利CN201810443974.5中公开一种单线激光的三维轮廓扫描装置及方法，该装置包括线激光传感器、扫描角度调节装置、运动平移装置以及控制与数据处理装置。通过控制与数据处理装置控制扫描角度调节装置以及运动平移装置，进而带动线激光传感器以正确的位姿完成工件的测量。

上述研究均未提及火箭发动机喷管冷却通道线激光在位测量方法。

发明内容

本发明主要解决的技术难题是克服现有测量方法的不足，面向火箭发动机喷管冷却通道在位高效测量的要求，发明了一种火箭发动机喷管冷却通道线激光在位测量方法。本发明采用线激光传感器测量装置在位检测，测量过程中无需接触喷管，能够快速获得喷管的精确轮廓数据。将线激光传感器集成在工业机器人的末端，提高了测量效率，且具有低成本、高柔性以及操作简单等优点。设计了基于sigmoid函数拟合的精确边缘点提取算法，可准确获得喷管通道边缘位置信息。建立喷管冷却通道筋宽、槽深以及喷管壁厚的数学模型，依据获得的边缘位置信息，可准确计算出喷管冷却通道的筋宽、槽深以及喷管壁厚等关键特征尺寸。

本发明所采用的技术方案为：

一种火箭发动机喷管冷却通道线激光在位测量方法，该方法首先将线激光传感器通过夹具集成在工业机器人的末端，并采用基于标准球的手眼标定方法求解出线激光传感器与工业机器人的位置关系；然后，结合喷管理论廓形以及传感器量程规划线激光传感器的扫描路径，并由工业机器人带动线激光传感器获取火箭发动机喷管的外轮廓数据；其次，针对线激光传感器获取的喷管外轮廓数据，采用基于sigmoid函数拟合的算法来精确获取边缘特征点；最后，结合边缘位置信息计算出喷管冷却通道的筋宽、槽深以及喷管壁厚的尺寸。具体步骤如下：

第一步：获取喷管冷却通道的外轮廓数据

(1)将线激光传感器装夹在工业机器人末端