CN113390368B - 一种基于单目视觉的直升机传动***同心度测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于单目视觉的直升机传动***同心度测量方法,其测量工具主要为工业相机,辅助工具为测量靶标,在直升机中减速器输入端和输出端安装工业相机,在主减速器输出端、尾减速器输入端、尾传动轴轴承安装座安装靶标,同心度测量过程中,工业相机采集靶标图像,并对图像进行相应的处理、分析与计算后,分别计算传动***同心度,本发明一种基于单目视觉的直升机传动***同心度测量方法,***采用高分辨率工业相机作为测量单元,测量精度高,满足型号对传动***同心度调整的技术要求;能够取代传统的采用水准仪等专用检具进行反复测量、人工读数和调整的模式,测量效率更高。
Description
技术领域
本发明涉及直升机传动***同心度测量方法,特别涉及一种基于单目视觉的直升机传动***同心度测量方法,属于装配位姿测量技术领域。
背景技术
直升机传动***同心度测量是直升机装配时对尾传动轴、中减速器位置进行检验和调整的工序,由于直升机运行时,传动***承受巨大的作用力,主减速器输出端、尾减速器输入端和中减速器的同轴度对直升机的动力***有着十分重要的意义。
随着直升机制造业的飞速发展,数字化测量技术发展日益成熟,由于其具有速度快、精度高、效率高等优势,我国航空制造企业已经开始引进数字化测量设备、数字化柔性定位装置等,开展传动***数字化调整的初步研究和应用。然而,由于直升机发动机装配工况特殊,常用的如激光跟踪仪、激光雷达等数字化测量设备由于对工作环境要求较高,无法满足直升机传动***调整要求。
目前传统的直升机同心度测量方法是通过水准仪进行测量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于单目视觉的直升机传动***同心度测量方法,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种基于单目视觉的直升机传动***同心度测量方法,包括以下步骤:
一种基于单目视觉的直升机传动***同心度测量方法,包括以下步骤:
步骤一:安装直升机主减速器和尾减速器,在尾减速器输入端安装测量靶标;
步骤二:在中减支座安装中减速器,并在中减速器输出端安装工业相机;
步骤三:采集位于尾减速器输入端的测量靶标图像,计算尾减速器输入端相对于中减速器输出端的位姿偏差;
步骤四:将安装于尾减速器输入端的测量靶标和安装于中减速器输出端的工业相机拆卸下来,分别安装于主减速器输出端和与其相邻的尾传动轴轴承安装座,其中测量靶标安装于主减速器输出端,工业相机安装于尾传动轴轴承安装座;
步骤五:采集安装于主减速器输出端的测量靶标图像,计算主减速器输出端相对于尾传动轴轴承安装座的位姿偏差;
步骤六:将测量靶标和工业相机依次组合地向中减速器输入端移动,每移动一次均测量相邻尾传动轴轴承安装座位姿偏差,其中最后一步工业相机安装于中减速器输入端,测量靶标安装于尾传动轴轴承安装座;
步骤七:使用步骤五和步骤六中得到的结果计算直升机传动***的同心度。
作为本发明的一种优选技术方案,所述步骤三中计算尾减速器输入端相对于中减速器输出端的位姿偏差T1,该偏差量为6D位姿,即包括ΔX1/ΔY1/ΔZ1/ΔA1/ΔB1/ΔC1,其中ΔX1/ΔY1/ΔZ1为位置偏差,ΔA1/ΔB1/ΔC1为姿态偏差。
作为本发明的一种优选技术方案,所述步骤五中,计算主减速器输出端与尾传动轴轴承安装座位姿偏差T2,与T1类似,T2也是6D位姿。
作为本发明的一种优选技术方案,所述步骤七中需要计算的直升机传动***同心度包括待求值:主减速器输出轴线、中减速器输入轴线与中减速器输入端-主减速器输出端中心线连线夹角α1、α2;尾传动轴轴承安装座孔中心轴线与中减速器输入端中心-主减速器输出端中心连线夹角β;尾传动轴轴承安装座孔中心与中减速器输入端中心-主减速器输出单中心连线偏心量d;中减速器输出轴线、尾减速器输入轴线与中减速器-尾减速器中心线连线夹角γ1、γ2和γ3。
作为本发明的一种优选技术方案,所述步骤七中主减速器输出轴线、中减速器输入轴线与中减速器输入端-主减速器输出端中心线连线夹角α1、α2的计算方法如下:
S1:在中减速器输入端中心建立坐标系Oc,原点与中减速器输入端中心重合,Z轴与中减速器输入轴重合,Y轴方向垂直于工作平面。
作为本发明的一种优选技术方案,所述计算主减速器输出轴线、中减速器输入轴线与中减速器输入端-主减速器输出端中心线连线夹角α1、α2按照如下方法计算:
A1:定义辅助计算的点、线特征:主减速器输出端中心点O1在坐标系Oc中的坐标;中减速器输入端中心-主减速器输出端中心连线在坐标系Oc中的方程l1,可以由主减速器输出端中心点和步骤S1建立的坐标系原点构建;中减速器输入端轴线方程l2,与坐标系Oc的Z轴平行;主减速器输出端轴线方程l3。
A2:主减速器输出轴线与中减速器输入端-主减速器输出端中心线连线夹角α1是直线l1和l3的夹角,直线l1和l3为共同点主减速器输出端中心点O1,因此夹角可由共面直线夹角方程计算;
A3:中减速器输入轴线与中减速器输入端-主减速器输出端中心线连线夹角α2是直线l1和l2的夹角,直线l1和l2为共同点主减速器输出端中心点Oc,因此夹角也可由共面直线夹角方程计算。
作为本发明的一种优选技术方案,所述尾传动轴轴承安装座孔中心轴线与中减速器输入端-主减速器输出端中心线夹角β,按如下方法计算:
B1:定义辅助计算的点、线特征:尾传动轴轴承安装座孔中心点O2在坐标系Oc中的坐标,可由工业相机采集安装于尾传动轴轴承安装座上靶标图像经过图像处理获取;尾传动轴轴承安装座孔轴线在坐标系Oc中的方程l4;
B2:尾传动轴轴承安装座孔中心轴线与中减速器输入端-主减速器输出端中心线夹角β是直线l1和l4的夹角,由于尾传动轴可能存在偏心的情况,直线l1和l3通常为异面直线,夹角采用异面直线夹角计算方法获取。
作为本发明的一种优选技术方案,所述尾传动轴轴承安装座孔中心与中减速器-主减速器中心线偏心量d,按如下方法计算:
C1:尾传动轴轴承安装座孔中心点O2与直线中减速器输入端-主减速器输出端中心连线l1的距离,即为尾传动轴轴承安装座孔中心与中减速器-主减速器中心线偏心量。
作为本发明的一种优选技术方案,所述中减速器输出轴线、尾减速器输入轴线与中减速器-尾减速器中心线连线夹角γ1和γ2,计算方法与主减速器输出轴线、中减速器输入轴线与中减速器-主减速器中心线连线夹角α1和α2的计算方法相同。
作为本发明的一种优选技术方案,所述步骤五和步骤六计算的是三种类型位姿偏差:主减速器输出端与其相邻尾传动轴轴承支撑座、相邻尾传动轴轴承支撑座、中减速器输入端与其相邻尾传动轴轴承支撑座的位姿偏差,ΔY1和ΔZ1、主减速器输出端中心点O1/中减速器输入端-主减速器输出端中心连线/主减速器输出轴线、尾传动轴轴承安装座孔中心点O2的坐标和主减速器输出端轴线方程l3均是在坐标系Oc中的,将每个尾传动轴轴承安装座孔中心点的坐标用步骤五和步骤六计算的位姿偏差转换至坐标系Oc中。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明一种基于单目视觉的直升机传动***同心度测量方法,该方法对于工作环境要求低,能够满足直升飞机传动***调整要求,且该方法的同心度测量方法测量精准,***采用高分辨率工业相机作为测量单元,测量精度高,满足型号对传动***同心度调整的技术要求;能够取代传统的采用水准仪等专用检具进行反复测量、人工读数和调整的模式,测量效率更高。
附图说明
图1为直升机同心度测量流程;
图2为测量靶标示意图;
图3为同心度测量示意图——靶标安装于主减速器输出端,相机安装于相邻的尾传动轴轴承安装座;
图4为同心度测量示意图——靶标安装于尾传动轴轴承安装座,相机安装于相邻的尾传动轴轴承安装座;
图5为同心度测量示意图——相机安装于中减速器输入端,靶标安装于相邻的尾传动轴轴承安装座;
图6为主减速器输出轴线、中减速器输入轴线与中减速器输入端-主减速器输出端中心线连线夹角α1和α2示意图;
图7为尾传动轴轴承安装座孔中心轴线与中减速器输入端中心-主减速器输出端中心连线夹角β、尾传动轴轴承安装座孔中心与中减速器输入端中心-主减速器输出单中心连线偏心量d示意图;
图8位各位姿偏差传递示意图。
具体实施方式
对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
1.请参阅图1-5,本发明提供了一种基于单目视觉的直升机传动***同心度测量方法,包括以下步骤:
步骤一:安装直升机主减速器和尾减速器,在尾减速器输入端安装测量靶标;
步骤二:在中减支座安装中减速器,并在中减速器输出端安装工业相机;
步骤三:采集位于尾减速器输入端的测量靶标图像,计算尾减速器输入端相对于中减速器输出端的位姿偏差;
步骤四:将安装于尾减速器输入端的测量靶标和安装于中减速器输出端的工业相机拆卸下来,分别安装于主减速器输出端和与其相邻的尾传动轴轴承安装座,其中测量靶标安装于主减速器输出端,工业相机安装于尾传动轴轴承安装座,如图3所示;
步骤五:采集安装于主减速器输出端的测量靶标图像,计算主减速器输出端相对于尾传动轴轴承安装座的位姿偏差;
步骤六:将测量靶标和工业相机依次组合地向中减速器输入端移动,每移动一次均测量相邻尾传动轴轴承安装座位姿偏差,如图4所示,其中最后一步工业相机安装于中减速器输入端,测量靶标安装于尾传动轴轴承安装座,如图5所示;
步骤七:使用步骤五和步骤六中得到的结果计算直升机传动***的同心度。
2.所述步骤三中计算尾减速器输入端相对于中减速器输出端的位姿偏差T1,该偏差量为6D位姿,即包括ΔX1/ΔY1/ΔZ1/ΔA1/ΔB1/ΔC1,其中ΔX1/ΔY1/ΔZ1为位置偏差,ΔA1/ΔB1/ΔC1为姿态偏差。
3.所述步骤五中,计算主减速器输出端与尾传动轴轴承安装座位姿偏差T2,与T1类似,T2也是6D位姿。
4.所述步骤七中需要计算的直升机传动***同心度包括待求值:主减速器输出轴线、中减速器输入轴线与中减速器输入端-主减速器输出端中心线连线夹角α1、α2;尾传动轴轴承安装座孔中心轴线与中减速器输入端中心-主减速器输出端中心连线夹角β;尾传动轴轴承安装座孔中心与中减速器输入端中心-主减速器输出单中心连线偏心量d;中减速器输出轴线、尾减速器输入轴线与中减速器-尾减速器中心线连线夹角γ1、γ2和γ3。
5.所述步骤七中主减速器输出轴线、中减速器输入轴线与中减速器输入端-主减速器输出端中心线连线夹角α1、α2的计算方法如下:
S1:在中减速器输入端中心建立坐标系Oc,原点与中减速器输入端中心重合,Z轴与中减速器输入轴重合,Y轴方向垂直于工作平面。
6.所述计算主减速器输出轴线、中减速器输入轴线与中减速器输入端-主减速器输出端中心线连线夹角α1、α2按照如下方法计算:
A1:定义辅助计算的点、线特征:主减速器输出端中心点O1在坐标系Oc中的坐标;中减速器输入端中心-主减速器输出端中心连线在坐标系Oc中的方程l1,可以由主减速器输出端中心点和步骤S1建立的坐标系原点构建;中减速器输入端轴线方程l2,与坐标系Oc的Z轴平行;主减速器输出端轴线方程l3。
A2:主减速器输出轴线与中减速器输入端-主减速器输出端中心线连线夹角α1是直线l1和l3的夹角,直线l1和l3为共同点主减速器输出端中心点O1,因此夹角可由共面直线夹角方程计算;
A3:中减速器输入轴线与中减速器输入端-主减速器输出端中心线连线夹角α2是直线l1和l2的夹角,直线l1和l2为共同点主减速器输出端中心点Oc,因此夹角也可由共面直线夹角方程计算。
7.所述尾传动轴轴承安装座孔中心轴线与中减速器输入端-主减速器输出端中心线夹角β,按如下方法计算,如图7所示:
B1:定义辅助计算的点、线特征:尾传动轴轴承安装座孔中心点O2在坐标系Oc中的坐标,可由工业相机采集安装于尾传动轴轴承安装座上靶标图像经过图像处理获取;尾传动轴轴承安装座孔轴线在坐标系Oc中的方程l4;
B2:尾传动轴轴承安装座孔中心轴线与中减速器输入端-主减速器输出端中心线夹角β是直线l1和l4的夹角,由于尾传动轴可能存在偏心的情况,直线l1和l3通常为异面直线,夹角采用异面直线夹角计算方法获取。
8.所述尾传动轴轴承安装座孔中心与中减速器-主减速器中心线偏心量d,按如下方法计算:
C1:尾传动轴轴承安装座孔中心点O2与直线中减速器输入端-主减速器输出端中心连线l1的距离,即为尾传动轴轴承安装座孔中心与中减速器-主减速器中心线偏心量。
9.所述中减速器输出轴线、尾减速器输入轴线与中减速器-尾减速器中心线连线夹角γ1和γ2,计算方法与主减速器输出轴线、中减速器输入轴线与中减速器-主减速器中心线连线夹角α1和α2的计算方法相同。
10.所述步骤五和步骤六计算的是三种类型位姿偏差:主减速器输出端与其相邻尾传动轴轴承支撑座、相邻尾传动轴轴承支撑座、中减速器输入端与其相邻尾传动轴轴承支撑座的位姿偏差,ΔY1和ΔZ1、主减速器输出端中心点O1/中减速器输入端-主减速器输出端中心连线/主减速器输出轴线、尾传动轴轴承安装座孔中心点O2的坐标和主减速器输出端轴线方程l3均是在坐标系Oc中的,将每个尾传动轴轴承安装座孔中心点的坐标用步骤五和步骤六计算的位姿偏差转换至坐标系Oc中,如图8所示。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种基于单目视觉的直升机传动***同心度测量方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:安装直升机主减速器和尾减速器,在尾减速器输入端安装测量靶标;
步骤二:在中减支座安装中减速器,并在中减速器输出端安装工业相机;
步骤三:采集位于尾减速器输入端的测量靶标图像,计算尾减速器输入端相对于中减速器输出端的位姿偏差;
步骤四:将安装于尾减速器输入端的测量靶标和安装于中减速器输出端的工业相机拆卸下来,分别安装于主减速器输出端和与其相邻的尾传动轴轴承安装座,其中测量靶标安装于主减速器输出端,工业相机安装于尾传动轴轴承安装座;
步骤五:采集安装于主减速器输出端的测量靶标图像,计算主减速器输出端相对于尾传动轴轴承安装座的位姿偏差;
步骤六:将测量靶标和工业相机依次组合地向中减速器输入端移动,每移动一次均测量相邻尾传动轴轴承安装座位姿偏差,其中最后一步工业相机安装于中减速器输入端,测量靶标安装于尾传动轴轴承安装座;
步骤七:使用步骤五和步骤六中得到的结果计算直升机传动***的同心度。
2.根据权利要求1所述的一种基于单目视觉的直升机传动***同心度测量方法,其特征在于:所述步骤三中计算尾减速器输入端相对于中减速器输出端的位姿偏差T1,该偏差量为6D位姿,即包括ΔX1/ΔY1/ΔZ1/ΔA1/ΔB1/ΔC1,其中ΔX1/ΔY1/ΔZ1为位置偏差,ΔA1/ΔB1/ΔC1为姿态偏差。
3.根据权利要求2所述的一种基于单目视觉的直升机传动***同心度测量方法,其特征在于:所述步骤五中,计算主减速器输出端与尾传动轴轴承安装座位姿偏差T2,与T1类似,T2也是6D位姿。
4.根据权利要求3所述的一种基于单目视觉的直升机传动***同心度测量方法,其特征在于:所述步骤七中需要计算的直升机传动***同心度包括待求值:主减速器输出轴线、中减速器输入轴线与中减速器输入端-主减速器输出端中心线连线夹角α1、α2;尾传动轴轴承安装座孔中心轴线与中减速器输入端中心-主减速器输出端中心连线夹角β;尾传动轴轴承安装座孔中心与中减速器输入端中心-主减速器输出单中心连线偏心量d;中减速器输出轴线、尾减速器输入轴线与中减速器-尾减速器中心线连线夹角γ1、γ2和γ3。
5.根据权利要求4所述的一种基于单目视觉的直升机传动***同心度测量方法,其特征在于:所述步骤七中主减速器输出轴线、中减速器输入轴线与中减速器输入端-主减速器输出端中心线连线夹角α1、α2的计算方法如下:
S1:在中减速器输入端中心建立坐标系Oc,原点与中减速器输入端中心重合,Z轴与中减速器输入轴重合,Y轴方向垂直于工作平面。
6.根据权利要求5所述的一种基于单目视觉的直升机传动***同心度测量方法,其特征在于:所述计算主减速器输出轴线、中减速器输入轴线与中减速器输入端-主减速器输出端中心线连线夹角α1、α2按照如下方法计算:
A1:定义辅助计算的点、线特征:主减速器输出端中心点O1在坐标系Oc中的坐标;中减速器输入端中心-主减速器输出端中心连线在坐标系Oc中的方程l1,可以由主减速器输出端中心点和步骤S1建立的坐标系原点构建;中减速器输入端轴线方程l2,与坐标系Oc的Z轴平行;主减速器输出端轴线方程l3;
A2:主减速器输出轴线与中减速器输入端-主减速器输出端中心线连线夹角α1是直线l1和l3的夹角,直线l1和l3为共同点主减速器输出端中心点O1,因此夹角可由共面直线夹角方程计算;
A3:中减速器输入轴线与中减速器输入端-主减速器输出端中心线连线夹角α2是直线l1和l2的夹角,直线l1和l2为共同点主减速器输出端中心点Oc,因此夹角也可由共面直线夹角方程计算。
7.根据权利要求6所述的一种基于单目视觉的直升机传动***同心度测量方法,其特征在于:所述尾传动轴轴承安装座孔中心轴线与中减速器输入端-主减速器输出端中心线夹角β,按如下方法计算:
B1:定义辅助计算的点、线特征:尾传动轴轴承安装座孔中心点O2在坐标系Oc中的坐标,可由工业相机采集安装于尾传动轴轴承安装座上靶标图像经过图像处理获取;尾传动轴轴承安装座孔轴线在坐标系Oc中的方程l4;
B2:尾传动轴轴承安装座孔中心轴线与中减速器输入端-主减速器输出端中心线夹角β是直线l1和l4的夹角,由于尾传动轴可能存在偏心的情况,直线l1和l3通常为异面直线,夹角采用异面直线夹角计算方法获取。
8.根据权利要求7所述的一种基于单目视觉的直升机传动***同心度测量方法,其特征在于:所述尾传动轴轴承安装座孔中心与中减速器-主减速器中心线偏心量d,按如下方法计算:
C1:尾传动轴轴承安装座孔中心点O2与直线中减速器输入端-主减速器输出端中心连线l1的距离,即为尾传动轴轴承安装座孔中心与中减速器-主减速器中心线偏心量。
9.根据权利要求8所述的一种基于单目视觉的直升机传动***同心度测量方法,其特征在于:所述中减速器输出轴线、尾减速器输入轴线与中减速器-尾减速器中心线连线夹角γ1和γ2,计算方法与主减速器输出轴线、中减速器输入轴线与中减速器-主减速器中心线连线夹角α1和α2的计算方法相同。
10.根据权利要求9所述的一种基于单目视觉的直升机传动***同心度测量方法,其特征在于:所述步骤五和步骤六计算的是三种类型位姿偏差:主减速器输出端与其相邻尾传动轴轴承支撑座、相邻尾传动轴轴承支撑座、中减速器输入端与其相邻尾传动轴轴承支撑座的位姿偏差,ΔY1和ΔZ1、主减速器输出端中心点O1/中减速器输入端-主减速器输出端中心连线/主减速器输出轴线、尾传动轴轴承安装座孔中心点O2的坐标和主减速器输出端轴线方程l3均是在坐标系Oc中的,将每个尾传动轴轴承安装座孔中心点的坐标用步骤五和步骤六计算的位姿偏差转换至坐标系Oc中。
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