CN114199905A - 一种机匣内部缺陷的空间定位方法及*** - Google Patents

一种机匣内部缺陷的空间定位方法及*** Download PDF

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CN114199905A CN202111521624.4A CN202111521624A CN114199905A CN 114199905 A CN114199905 A CN 114199905A CN 202111521624 A CN202111521624 A CN 202111521624A CN 114199905 A CN114199905 A CN 114199905A
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Abstract

本发明公开了一种机匣内部缺陷的空间定位方法及***，该方法在将机匣安装至旋转平台上后，先采用X射线透照的方式获得缺陷在胶片投影面维度上的平面坐标，然后改变X射线源和工件之间的相对位置并分别进行胶片成像，使得位置改变前后形成的两张胶片中缺陷影像产生相对位移，利用视差法计算得到缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标，从而可以基于缺陷的平面坐标和高度位置坐标确定缺陷在机匣内的位置，整个定位过程自动化进行，无需人为干预，并且采用投影平面坐标和高度位置坐标可以定位出三维空间内的唯一位置，从而可以实现机匣内部缺陷的准确定位，定位精度高，有效降低了返修难度。

Description

一种机匣内部缺陷的空间定位方法及***
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域，特别地，涉及一种机匣内部缺陷的空间定位方法及***。
背景技术
航空发动机被称为飞机的心脏，是飞机的动力来源，而机匣是将航空发动机强大的推力源源不断传送到飞机的承力纽带，它是决定发动机性能的关键部件之一。随着技术的不断发展，在增加机匣铸造工艺技术难度的同时也对无损检测技术的柔性化、智能化、灵敏性及可靠性等提出了更高的要求。无损检测技术若不能及时发现并准确定位机匣内部缺陷位置，必然会对航空发动机附件机匣、进气机匣等的返修乃至整个飞机的服役性能及安全可靠性带来巨大隐患。目前在航空工业中，多余物等缺陷在机匣中的空间定位方法主要依赖于评片人员基于X射线胶片成像进行主观判断，存在缺陷定位误差大、返修困难等问题。
发明内容
本发明提供了一种机匣内部缺陷的空间定位方法及***，以解决现有技术采用人为基于X射线胶片成像判断缺陷位置的方式存在的定位误差大的技术问题。
根据本发明的一个方面，提供一种机匣内部缺陷的空间定位方法，包括以下内容：
将机匣安装至旋转平台上；
固定机匣不动，利用X射线透照机匣进行胶片成像，以胶片的长度方向为X轴、宽度方向为Y轴、胶片长度方向的中点为原点建立平面直角坐标系，并获得缺陷在胶片投影面维度上的平面坐标；
改变X射线源和工件之间的相对位置并分别进行胶片成像，使得位置改变前后形成的两张胶片中缺陷影像产生相对位移，采用视差法计算得到缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标；
基于缺陷的平面坐标和高度位置坐标定位出缺陷在机匣内的位置。
进一步地，所述改变X射线源和工件之间的相对位置并分别进行胶片成像，使得位置改变前后形成的两张胶片中缺陷影像产生相对位移，采用视差法计算得到缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标的过程具体为：
以胶片的长度方向为X轴、宽度方向为Y轴、胶片长度方向的中点为原点建立空间直角坐标系，固定机匣不动，X射线源在平行胶片平面的两个不同位置分别进行胶片成像，并记录下X射线源的移动距离和两次胶片成像中缺陷影像的移动距离，利用第一视差法模型计算得到缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标。
进一步地，所述第一视差法模型为：
Figure BDA0003407903480000021
其中，Z表示缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标，D表示两次胶片成像中缺陷影像的移动距离，S表示X射线源的移动距离，L表示X射线源的焦距。
进一步地，X射线源采用垂直照射方式或者倾斜照射方式。
进一步地，所述改变X射线源和工件之间的相对位置并分别进行胶片成像，使得位置改变前后形成的两张胶片中缺陷影像产生相对位移，采用视差法计算得到缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标的过程具体为：
以旋转平台的旋转轴建立柱坐标系，固定X射线源对机匣进行水平透照，转动机匣，采用视差法基于机匣转动前后成像的胶片计算得到缺陷在柱坐标系中的空间位置坐标，从而得到缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标。
进一步地，所述采用视差法基于机匣转动前后成像的胶片计算得到缺陷在柱坐标系中的空间位置坐标，从而得到缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标的过程具体为：
获取机匣转动前后两张胶片中缺陷影像移动轨迹的弧长、机匣的旋转角度、X射线源的焦距和胶片至旋转轴的距离，采用第二视差法模型计算得到缺陷在柱坐标系中的极径，从而得到缺陷在柱坐标系中的空间位置坐标。
进一步地，所述第二视差法模型为：
Figure BDA0003407903480000031
其中，R表示缺陷在柱坐标系中的极径，θ表示机匣的旋转角度，L表示X射线源的焦距，
Figure BDA0003407903480000032
表示转动前后两张胶片中缺陷影像移动轨迹的弧长，r表示胶片至旋转轴的距离。
另外，本发明还提供一种机匣内部缺陷的空间定位***，包括：
平面坐标分析模块，用于在机匣安装至旋转平台上并固定机匣不动，利用X射线透照机匣进行胶片成像后，以胶片的长度方向为X轴、宽度方向为Y轴、胶片长度方向的中点为原点建立平面直角坐标系，并获得缺陷在胶片投影面维度上的平面坐标；
高度位置坐标分析模块，用于在改变X射线源和工件之间的相对位置并分别进行胶片成像，使得位置改变前后形成的两张胶片中缺陷影像产生相对位移后，采用视差法计算得到缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标；
定位分析模块，用于基于缺陷的平面坐标和高度位置坐标定位出缺陷在机匣内的位置。
进一步地，所述高度位置坐标分析模块以胶片的长度方向为X轴、宽度方向为Y轴、胶片长度方向的中点为原点建立空间直角坐标系，在固定机匣不动，利用X射线源在平行胶片平面的两个不同位置分别进行胶片成像后，记录下X射线源的移动距离和两次胶片成像中缺陷影像的移动距离，利用第一视差法模型计算得到缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标。
进一步地，所述高度位置坐标分析模块以旋转平台的旋转轴建立柱坐标系，在固定X射线源对机匣进行水平透照并转动机匣后，采用视差法基于机匣转动前后成像的胶片计算得到缺陷在柱坐标系中的空间位置坐标，从而得到缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标。
本发明具有以下效果：
本发明的机匣内部缺陷的空间定位方法，在将机匣安装至旋转平台上后，先采用X射线透照的方式获得缺陷在胶片投影面维度上的平面坐标，然后改变X射线源和工件之间的相对位置并分别进行胶片成像，使得位置改变前后形成的两张胶片中缺陷影像产生相对位移，利用视差法计算得到缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标，从而可以基于缺陷的平面坐标和高度位置坐标确定缺陷在机匣内的位置，整个定位过程自动化进行，无需人为干预，并且采用投影平面坐标和高度位置坐标可以定位出三维空间内的唯一位置，从而可以实现机匣内部缺陷的准确定位，定位精度高，有效降低了返修难度。
另外，本发明的机匣内部缺陷的空间定位***同样具有上述优点。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的机匣内部缺陷的空间定位方法的流程示意图。
图2是本发明优选实施例中将机匣安装在旋转平台上和将X射线源安装在六轴机器人上的结构示意图。
图3是本发明优选实施例中缺陷在胶片投影面上的坐标位置示意图。
图4是本发明优选实施例中以胶片的长度方向为X轴、宽度方向为Y轴、胶片长度方向的中点为原点建立空间直角坐标系的示意图。
图5是本发明优选实施例中的第一视差法模型的原理示意图。
图6是本发明另一实施例中的第二视差法模型的原理示意图。
图7是本发明另一实施例的机匣内部缺陷的空间定位***的模块结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1所示，本发明的第一实施例提供一种机匣内部缺陷的空间定位方法，包括以下内容：
步骤S1：将机匣安装至旋转平台上；
步骤S2：固定机匣不动，利用X射线透照机匣进行胶片成像，以胶片的长度方向为X轴、宽度方向为Y轴、胶片长度方向的中点为原点建立平面直角坐标系，并获得缺陷在胶片投影面维度上的平面坐标；
步骤S3：改变X射线源和工件之间的相对位置并分别进行胶片成像，使得位置改变前后形成的两张胶片中缺陷影像产生相对位移，采用视差法计算得到缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标；
步骤S4：基于缺陷的平面坐标和高度位置坐标定位出缺陷在机匣内的位置。
可以理解，本实施例的机匣内部缺陷的空间定位方法，在将机匣安装至旋转平台上后，先采用X射线透照的方式获得缺陷在胶片投影面维度上的平面坐标，然后改变X射线源和工件之间的相对位置并分别进行胶片成像，使得位置改变前后形成的两张胶片中缺陷影像产生相对位移，利用视差法计算得到缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标，从而可以基于缺陷的平面坐标和高度位置坐标确定缺陷在机匣内的位置，整个定位过程自动化进行，无需人为干预，并且采用投影平面坐标和高度位置坐标可以定位出三维空间内的唯一位置，从而可以实现机匣内部缺陷的准确定位，定位精度高，有效降低了返修难度。
可以理解，如图2所示，在所述步骤S1中，将机匣通过柔性化辅助工装安装在旋转平台的旋转轴上，将X射线源安装在六轴机器人上，便于根据需要调节X射线源和机匣之间的相对位置。
在所述步骤S2中，固定机匣不动，即旋转平台不转动，操作六轴机器人带动X射线源调整位置，利用X射线透照机匣进行胶片成像，以胶片的长度方向为X轴、宽度方向为Y轴、胶片长度方向的中点为原点建立平面直角坐标系，然后，根据曝光得到的胶片中缺陷位置获得缺陷在胶片投影面维度上的平面坐标(x1，y1)，具体如图3所示。
可以理解，所述步骤S3具体为：
以胶片的长度方向为X轴、宽度方向为Y轴、胶片长度方向的中点为原点建立空间直角坐标系，其中，Z轴垂直于XY平面，Z轴方向可以与X射线源的方向一致，具体如图4所示，固定机匣不动，操作六轴机器人使得X射线源在平行胶片平面的两个不同位置分别进行胶片成像，并记录下X射线源的移动距离和两次胶片成像中缺陷影像的移动距离，利用第一视差法模型计算得到缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标。
其中，所述第一视差法模型为：
Figure BDA0003407903480000061
其中Z表示缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标，D表示两次胶片成像中缺陷影像的移动距离，S表示X射线源的移动距离，L表示X射线源的焦距。
具体地，如图5所示，记录下X射线源的移动距离S和两次胶片成像中缺陷影像的移动距离D，利用相似三角形原理可得
Figure BDA0003407903480000062
其中，L1表示X射线源到缺陷的垂直距离，从而可以得到：
Figure BDA0003407903480000063
而L2即为缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标Z。
可选地，X射线源采用垂直照射方式或者倾斜照射方式，可以根据需要进行选择。
可以理解，作为另一种选择，在本发明的另一实施例中，所述步骤S3具体为：
以旋转平台的旋转轴建立柱坐标系，固定X射线源对机匣进行水平透照，转动机匣，采用视差法基于机匣转动前后成像的胶片计算得到缺陷在柱坐标系中的空间位置坐标，从而得到缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标。
具体地，以旋转平台的旋转轴为原点建立柱坐标系(即极坐标系)，只需要确定缺陷在极坐标系中的极轴位置ρ和极角θ，即可确定缺陷在柱坐标系中的空间位置(ρ，θ)。操作六轴机器人调整X射线源的位置，使得X射线源对机匣进行水平透照，然后转动旋转平台使得机匣转动一定角度，即可采用视差法计算得到缺陷在柱坐标系中的空间位置。其中，所述步骤S3中采用视差法基于机匣转动前后的胶片计算得到缺陷在柱坐标系中的空间位置坐标，从而得到缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标的过程具体为：
获取转动前后两张胶片中缺陷影像移动轨迹的弧长、机匣的旋转角度、X射线源的焦距和胶片至旋转轴的距离，采用第二视差法模型计算得到缺陷在柱坐标系中的极径，从而得到缺陷在柱坐标系中的空间位置坐标。
其中，所述第二视差法模型为：
Figure BDA0003407903480000071
其中，R表示缺陷在柱坐标系中的极径，θ表示机匣的旋转角度，L表示X射线源的焦距，
Figure BDA0003407903480000072
表示转动前后两张胶片中缺陷影像移动轨迹的弧长，r表示胶片至旋转轴的距离。
具体地，如图6所示，P点位X射线源的位置，
Figure BDA0003407903480000073
表示缺陷影像在两张胶片中移动轨迹的弧长，SS′表示缺陷影像的移动距离，θ′表示缺陷影像在极坐标系中的转动角度，
Figure BDA0003407903480000074
表示两次曝光时缺陷的实际移动轨迹的弧长，QQ′表示两次曝光时缺陷的实际移动距离，θ表示机匣的转动角度，r表示胶片至旋转轴的距离，R表示缺陷在极坐标系中的极径，L1表示X射线源到缺陷的垂直距离，L2表示缺陷与胶片之间的垂直距离，也即缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标Z。则基于相似三角形原理可以得到：
Figure BDA0003407903480000081
Figure BDA0003407903480000082
从而可以得到
Figure BDA0003407903480000083
其中，L、r、θ为已知，
Figure BDA0003407903480000084
可以基于两张胶片得到，从而可以计算得到缺陷在极坐标系中的极径R，即极轴位置ρ，而极角即为机匣的旋转角度θ，从而可以确定缺陷在极坐标系中的空间位置。因此，缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标Z＝L2＝R-r。
可以理解，在所述步骤S4中，基于缺陷的平面坐标可以确定缺陷在投影面维度上的唯一位置，基于缺陷的高度位置坐标则可以确定缺陷在深度维度上的唯一位置，从而可以定位出缺陷在机匣内三维空间的唯一位置，定位精度高。
另外，如图7所示，本发明的另一实施例还提供一种机匣内部缺陷的空间定位***，优选采用上述实施例的方法，该***包括：
平面坐标分析模块，用于在机匣安装至旋转平台上并固定机匣不动，利用X射线透照机匣进行胶片成像后，以胶片的长度方向为X轴、宽度方向为Y轴、胶片长度方向的中点为原点建立平面直角坐标系，并获得缺陷在胶片投影面维度上的平面坐标；
高度位置坐标分析模块，用于在改变X射线源和工件之间的相对位置并分别进行胶片成像，使得位置改变前后形成的两张胶片中缺陷影像产生相对位移后，采用视差法计算得到缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标；
定位分析模块，用于基于缺陷的平面坐标和高度位置坐标定位出缺陷在机匣内的位置。
可以理解，本实施例的机匣内部缺陷的空间定位***，在将机匣安装至旋转平台上后，先采用X射线透照的方式获得缺陷在胶片投影面维度上的平面坐标，然后改变X射线源和工件之间的相对位置并分别进行胶片成像，使得位置改变前后形成的两张胶片中缺陷影像产生相对位移，利用视差法计算得到缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标，从而可以基于缺陷的平面坐标和高度位置坐标确定缺陷在机匣内的位置，整个定位过程自动化进行，无需人为干预，并且采用投影平面坐标和高度位置坐标可以定位出三维空间内的唯一位置，从而可以实现机匣内部缺陷的准确定位，定位精度高，有效降低了返修难度。
其中，所述高度位置坐标分析模块以胶片的长度方向为X轴、宽度方向为Y轴、胶片长度方向的中点为原点建立空间直角坐标系，在固定机匣不动，利用X射线源在平行胶片平面的两个不同位置分别进行胶片成像后，记录下X射线源的移动距离和两次胶片成像中缺陷影像的移动距离，利用第一视差法模型计算得到缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标。其中，所述第一视差法模型为：
Figure BDA0003407903480000091
其中Z表示缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标，D表示两次胶片成像中缺陷影像的移动距离，S表示X射线源的移动距离，L表示X射线源的焦距。
所述高度位置坐标分析模块以旋转平台的旋转轴建立柱坐标系，在固定X射线源对机匣进行水平透照并转动机匣后，采用视差法基于机匣转动前后成像的胶片计算得到缺陷在柱坐标系中的空间位置坐标，从而得到缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标。
其中，采用视差法基于机匣转动前后的胶片计算得到缺陷在柱坐标系中的空间位置坐标，从而得到缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标的过程具体为：
获取转动前后两张胶片中缺陷影像移动轨迹的弧长、机匣的旋转角度、X射线源的焦距和胶片至旋转轴的距离，采用第二视差法模型计算得到缺陷在柱坐标系中的极径，从而得到缺陷在柱坐标系中的空间位置坐标。
其中，所述第二视差法模型为：
Figure BDA0003407903480000101
其中，R表示缺陷在柱坐标系中的极径，θ表示机匣的旋转角度，L表示X射线源的焦距，
Figure BDA0003407903480000102
表示转动前后两张胶片中缺陷影像移动轨迹的弧长，r表示胶片至旋转轴的距离。
可以理解，本***实施例的各个模块与上述方法实施例的各个步骤相对应，故各个模块的具体工作过程和工作原理在此不再赘述，参考上述方法实施例即可。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机匣内部缺陷的空间定位方法，其特征在于，包括以下内容：
将机匣安装至旋转平台上；
固定机匣不动，利用X射线透照机匣进行胶片成像，以胶片的长度方向为X轴、宽度方向为Y轴、胶片长度方向的中点为原点建立平面直角坐标系，并获得缺陷在胶片投影面维度上的平面坐标；
改变X射线源和工件之间的相对位置并分别进行胶片成像，使得位置改变前后形成的两张胶片中缺陷影像产生相对位移，采用视差法计算得到缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标；
基于缺陷的平面坐标和高度位置坐标定位出缺陷在机匣内的位置。
2.如权利要求1所述的机匣内部缺陷的空间定位方法，其特征在于，所述改变X射线源和工件之间的相对位置并分别进行胶片成像，使得位置改变前后形成的两张胶片中缺陷影像产生相对位移，采用视差法计算得到缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标的过程具体为：
以胶片的长度方向为X轴、宽度方向为Y轴、胶片长度方向的中点为原点建立空间直角坐标系，固定机匣不动，X射线源在平行胶片平面的两个不同位置分别进行胶片成像，并记录下X射线源的移动距离和两次胶片成像中缺陷影像的移动距离，利用第一视差法模型计算得到缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标。
3.如权利要求2所述的机匣内部缺陷的空间定位方法，其特征在于，所述第一视差法模型为：
Figure FDA0003407903470000011
其中，Z表示缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标，D表示两次胶片成像中缺陷影像的移动距离，S表示X射线源的移动距离，L表示X射线源的焦距。
4.如权利要求2所述的机匣内部缺陷的空间定位方法，其特征在于，X射线源采用垂直照射方式或者倾斜照射方式。
5.如权利要求1所述的机匣内部缺陷的空间定位方法，其特征在于，所述改变X射线源和工件之间的相对位置并分别进行胶片成像，使得位置改变前后形成的两张胶片中缺陷影像产生相对位移，采用视差法计算得到缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标的过程具体为：
以旋转平台的旋转轴建立柱坐标系，固定X射线源对机匣进行水平透照，转动机匣，采用视差法基于机匣转动前后成像的胶片计算得到缺陷在柱坐标系中的空间位置坐标，从而得到缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标。
6.如权利要求5所述的机匣内部缺陷的空间定位方法，其特征在于，所述采用视差法基于机匣转动前后成像的胶片计算得到缺陷在柱坐标系中的空间位置坐标，从而得到缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标的过程具体为：
获取机匣转动前后两张胶片中缺陷影像移动轨迹的弧长、机匣的旋转角度、X射线源的焦距和胶片至旋转轴的距离，采用第二视差法模型计算得到缺陷在柱坐标系中的极径，从而得到缺陷在柱坐标系中的空间位置坐标。
7.如权利要求6所述的机匣内部缺陷的空间定位方法，其特征在于，所述第二视差法模型为：
Figure FDA0003407903470000021
其中，R表示缺陷在柱坐标系中的极径，θ表示机匣的旋转角度，L表示X射线源的焦距，
Figure FDA0003407903470000022
表示转动前后两张胶片中缺陷影像移动轨迹的弧长，r表示胶片至旋转轴的距离。
8.一种机匣内部缺陷的空间定位***，其特征在于，包括：
平面坐标分析模块，用于在机匣安装至旋转平台上并固定机匣不动，利用X射线透照机匣进行胶片成像后，以胶片的长度方向为X轴、宽度方向为Y轴、胶片长度方向的中点为原点建立平面直角坐标系，并获得缺陷在胶片投影面维度上的平面坐标；
高度位置坐标分析模块，用于在改变X射线源和工件之间的相对位置并分别进行胶片成像，使得位置改变前后形成的两张胶片中缺陷影像产生相对位移后，采用视差法计算得到缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标；
定位分析模块，用于基于缺陷的平面坐标和高度位置坐标定位出缺陷在机匣内的位置。
9.如权利要求8所述的机匣内部缺陷的空间定位***，其特征在于，所述高度位置坐标分析模块以胶片的长度方向为X轴、宽度方向为Y轴、胶片长度方向的中点为原点建立空间直角坐标系，在固定机匣不动，利用X射线源在平行胶片平面的两个不同位置分别进行胶片成像后，记录下X射线源的移动距离和两次胶片成像中缺陷影像的移动距离，利用第一视差法模型计算得到缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标。
10.如权利要求8所述的机匣内部缺陷的空间定位***，其特征在于，所述高度位置坐标分析模块以旋转平台的旋转轴建立柱坐标系，在固定X射线源对机匣进行水平透照并转动机匣后，采用视差法基于机匣转动前后成像的胶片计算得到缺陷在柱坐标系中的空间位置坐标，从而得到缺陷在垂直于胶片投影面维度上的高度位置坐标。
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