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一種噴孔結(jié)構(gòu)參數(shù)自動(dòng)測(cè)量方法
【專(zhuān)利摘要】一種噴孔結(jié)構(gòu)參數(shù)自動(dòng)測(cè)量方法,基于噴孔三維數(shù)字結(jié)構(gòu)，在三維數(shù)字空間中任取一與噴孔相交的平面截取噴孔，找到使截面為圓形（或最接近圓形）的平面；獲得噴孔的軸線，經(jīng)過(guò)上述圓形平面的圓心且垂直于圓面的直線即為該孔的中軸線；利用垂直噴孔軸線的平面逐像素對(duì)噴孔進(jìn)行截取，找到噴孔最外側(cè)和最內(nèi)側(cè)的截面，即為噴口出口和入口截面，從而可以獲得噴孔的各參數(shù)；利用經(jīng)過(guò)噴孔軸線的平面對(duì)噴孔進(jìn)行截取，從所截圖像中即可計(jì)算出噴孔與噴嘴內(nèi)部壓力室連接處的入口圓角半徑；對(duì)多孔噴嘴而言，在獲得各噴孔的軸線之后，還可以計(jì)算噴孔之間的夾角以及張角等各類(lèi)參數(shù)。本發(fā)明減少了人為誤差，測(cè)量結(jié)果精確，操作過(guò)程方便快捷。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種噴孔結(jié)構(gòu)參數(shù)自動(dòng)測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于內(nèi)燃機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及噴油器，尤其是測(cè)量噴油器的噴孔結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前噴油器噴嘴內(nèi)部結(jié)構(gòu)和尺寸的測(cè)量方法多種多樣，但很難精確地對(duì)噴油器噴嘴內(nèi)部結(jié)構(gòu)和尺寸進(jìn)行直接測(cè)量，能夠直接測(cè)量噴油器內(nèi)部尺寸的方法主要有光學(xué)診斷測(cè)量、探針測(cè)量、剖面測(cè)量和硅樹(shù)脂噴孔鑄模測(cè)量等。
[0003]光學(xué)診斷測(cè)量通過(guò)對(duì)噴孔直接成像獲得噴油器噴孔的尺寸參數(shù)，但噴油器內(nèi)部結(jié)構(gòu)中能夠直接拍攝的部分十分有限。探針測(cè)量方法利用微米級(jí)的探針對(duì)噴孔內(nèi)部的表面進(jìn)行探測(cè)，能夠獲得噴孔的直徑、長(zhǎng)度以及表面粗糙度等信息，該方法所需設(shè)備比較復(fù)雜，測(cè)量要求較高。剖面測(cè)量需將噴孔剖開(kāi)，直接對(duì)內(nèi)部尺寸結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量，這是一種破壞性的測(cè)量手段，剖面的位置及厚度對(duì)測(cè)量結(jié)果影響很大。硅樹(shù)脂噴孔鑄模測(cè)量方法通過(guò)將一種特殊的硅樹(shù)脂導(dǎo)入噴油器內(nèi)部，使其填滿噴油器前端的壓力室和噴孔，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間待樹(shù)脂凝固后將成型的樹(shù)脂模型拔出來(lái)，利用電子顯微鏡拍得模型圖片，導(dǎo)入CAD軟件中進(jìn)行參數(shù)的測(cè)量。為了獲得完整且不失真的樹(shù)脂模型，該方法對(duì)噴孔的清潔度要求非常高。
[0004]李治龍，高原等人在“基于同步輻射高能X射線的噴油器噴嘴內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)及尺寸的測(cè)量”(吉林大學(xué)學(xué)報(bào)工學(xué)版，2011.01)的研究中介紹了一種利用高能高通量同步輻射X射線，對(duì)噴油器進(jìn)行X線層析掃描，獲得了高精度的噴油器內(nèi)部三維結(jié)構(gòu)模型，并基于該模型實(shí)現(xiàn)了柴油機(jī)噴油器的噴孔孔徑、噴孔間夾角、噴孔錐角以及噴孔上下倒角半徑的測(cè)量方法，該方法較上述幾種方法有很多優(yōu)點(diǎn)，但此方法需要將圖片導(dǎo)入CAD進(jìn)行測(cè)量，過(guò)程難免有些繁瑣，測(cè)量過(guò)程存在一定的隨機(jī)性，在此過(guò)程中可能產(chǎn)生人為誤差，測(cè)量精確度和方便程度有待提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)噴孔結(jié)構(gòu)參數(shù)自動(dòng)測(cè)量的方法，彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，去除了人為因素的影響，在給定噴嘴的數(shù)字模型的情況下，只需指定初始截取平面，其結(jié)構(gòu)參數(shù)能夠根據(jù)算法直接輸出結(jié)果，提高了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和操作的便捷性。
[0006]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用以下解決方案:
[0007]本發(fā)明的方法包括以下步驟:
[0008](I)基于噴孔三維數(shù)字結(jié)構(gòu)，在三維數(shù)字空間中任取一與噴孔相交的平面截取噴孔，找到使截面為圓形(或最接近圓形)的平面；
[0009](2)獲得噴孔的軸線，經(jīng)過(guò)步驟(I)中圓形平面的圓心且垂直于圓面的直線即為該孔的中軸線；
[0010](3)利用垂直噴孔軸線的平面逐像素對(duì)噴孔進(jìn)行截取，找到噴孔最外側(cè)和最內(nèi)側(cè)的截面，即為噴孔出口和入口截面，從而可以獲得噴孔的各參數(shù)；
[0011](4)利用經(jīng)過(guò)噴孔軸線的平面對(duì)噴孔進(jìn)行截取，從所截圖像中即可計(jì)算出噴孔與噴嘴內(nèi)部壓力室連接處的入口圓角半徑。
[0012]步驟(I)所截平面若為橢圓形，則通過(guò)數(shù)字圖像處理計(jì)算其圓心和長(zhǎng)短軸，繞短軸沿一個(gè)方向?qū)υ撈矫孢M(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并對(duì)其與噴孔相交的截面進(jìn)行圓形識(shí)別，檢測(cè)其圓度，直到找到使截面為圓形(或最接近圓形)的平面；如截面為圓形，則無(wú)需進(jìn)行此步操作。
[0013]將步驟(I)中截面繞短軸沿一個(gè)方向?qū)υ撈矫孢M(jìn)行旋轉(zhuǎn)，如果圓度變小則反方向旋轉(zhuǎn)。
[0014]步驟(2)為避免隨機(jī)誤差，可隨機(jī)選取若干平面截取噴孔，利用以下方法獲得圓截面:所截平面若為橢圓形，則通過(guò)數(shù)字圖像處理計(jì)算其圓心和長(zhǎng)短軸，繞短軸沿一個(gè)方向?qū)υ撈矫孢M(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并對(duì)其與噴孔相交的截面進(jìn)行圓形識(shí)別，檢測(cè)其圓度，直到找到使截面為圓形或最接近圓形的平面；之后，連接這些圓截面的圓心擬合出噴孔的軸線。
[0015]步驟(3)由于在噴孔外側(cè)(液體流出一側(cè))噴孔不存在，截面面積會(huì)突然變?yōu)镺 ;而在噴孔內(nèi)側(cè)，噴孔與噴嘴內(nèi)部壓力室連接，其截面積會(huì)突然增大。因此在平移平面尋找噴孔出口截面和入口截面的過(guò)程中，當(dāng)截面面積發(fā)生突變時(shí)即表明所截取的截面已經(jīng)不屬于噴孔，應(yīng)停止平移。
[0016]步驟(3)中噴孔各參數(shù)包括噴孔入口直徑、出口直徑、噴孔長(zhǎng)度。獲得噴孔的入口和出口圓形截面后，噴孔入口直徑即為入口圓形截面的直徑，噴孔出口直徑即為出口圓形截面的直徑，噴孔長(zhǎng)度為兩截面之間的距離。
[0017]步驟(4)中平面可沿噴孔軸線進(jìn)行任意角度的旋轉(zhuǎn)，因此可以獲得噴孔任意位置的入口圓角半徑。
[0018]對(duì)多孔噴嘴而言，在步驟(2)獲得各噴孔的軸線之后，還可以計(jì)算噴孔之間的夾角以及張角等各類(lèi)參數(shù)；此外，還可以計(jì)算噴孔軸線與噴嘴軸線之間的距離(單孔噴嘴可以據(jù)此反映噴孔與噴嘴軸線是否重合，多孔噴嘴可反映各個(gè)噴孔的對(duì)中情況)。
[0019]由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是:光學(xué)診斷測(cè)量能夠直接拍攝的部分十分有限；探針測(cè)量方法所需設(shè)備比較復(fù)雜，測(cè)量要求較高；剖面測(cè)量需將噴孔剖開(kāi)，是一種破壞性的測(cè)量手段；硅樹(shù)脂噴孔鑄模測(cè)量方法，對(duì)噴孔的清潔度要求非常高，而本發(fā)明克服了上述困難，利用全新的方法進(jìn)行測(cè)量，本發(fā)明通過(guò)平面截取找到截面為圓的平面，利用這些圓截面的圓心擬合出噴孔的軸線，獲得噴孔入口、出口截面，從而得到噴孔各參數(shù)，適用于各種噴孔，操作方便，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)測(cè)量，減少了人為誤差，測(cè)量精度高；通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算，無(wú)需人為將圖片CAD進(jìn)行計(jì)算，使得測(cè)量更加方便快捷。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為噴孔結(jié)構(gòu)參數(shù)自動(dòng)測(cè)量方法流程圖。
[0021]圖2為噴油器噴孔正相三維數(shù)字結(jié)構(gòu)模型圖。
[0022]圖3為壓力室正相三維數(shù)字結(jié)構(gòu)模型圖。
[0023]圖4為噴油器噴孔和壓力室反相三維數(shù)字結(jié)構(gòu)模型圖。
[0024]圖5為一單孔噴嘴噴孔示意圖。
[0025]圖6為經(jīng)過(guò)噴孔軸線的平面截噴孔所得截面圖。[0026]圖7為一八孔噴嘴噴孔俯視圖。
[0027]圖8為一八孔噴嘴其中一個(gè)噴孔的正視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0029]附圖所示為應(yīng)用本發(fā)明提出的測(cè)量方法測(cè)量一噴孔各結(jié)構(gòu)參數(shù)的實(shí)例。圖1為整個(gè)測(cè)量過(guò)程實(shí)施的流程圖。
[0030]發(fā)明人曾利用高能高通量同步輻射X射線，對(duì)噴油器進(jìn)行X線層析掃描，獲得了高精度的噴油器內(nèi)部三維結(jié)構(gòu)模型，并基于該模型實(shí)現(xiàn)了柴油機(jī)噴油器的噴孔孔徑、噴孔間夾角、噴孔錐角以及噴孔上下倒角半徑的測(cè)量方法，該方法需要將圖片導(dǎo)入CAD進(jìn)行測(cè)量，過(guò)程難免有些繁瑣，測(cè)量過(guò)程存在一定的隨機(jī)性，在此過(guò)程中可能產(chǎn)生人為誤差，測(cè)量精確度和方便程度有待提高。請(qǐng)參閱圖5?8為本發(fā)明噴孔結(jié)構(gòu)參數(shù)自動(dòng)測(cè)量的實(shí)施示意圖，該測(cè)量方法克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足和缺陷，包括以下步驟:
[0031]如圖2?4所示，利用高能高通量同步輻射X射線，對(duì)噴油器進(jìn)行X線層析掃描，獲得了高精度的噴油器內(nèi)部三維結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上，如圖5所示，在該數(shù)字空間中任取一與噴孔相交的平面截取噴孔。如果所截圖形為圓截面5，表明該平面與噴孔軸線垂直，否則截面為橢圓截面3。
[0032]如截面為橢圓截面3，則通過(guò)數(shù)字圖像處理計(jì)算其圓心和長(zhǎng)短軸，繞短軸4沿一個(gè)方向?qū)υ撈矫孢M(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并對(duì)其與噴孔相交的截面進(jìn)行圓形識(shí)別，檢測(cè)其圓度，圓度是指工件的橫截面接近理論圓的程度。測(cè)量工具為圓度儀。這里用的方法是擬合橢圓，橢圓擬合法的基本思路是:對(duì)于給定平面上的一組樣本點(diǎn)，尋找一個(gè)橢圓，使其盡可能靠近這些樣本點(diǎn)。也就是說(shuō)到，將圖像中的一組數(shù)據(jù)以橢圓方程為模型進(jìn)行擬合，使某一橢圓方程盡量滿足這些數(shù)據(jù)，并求出該橢圓方程的各個(gè)參數(shù)。看長(zhǎng)短軸之間的差值是否小于一個(gè)百分比，如果小于一個(gè)百分比，最后確定的最佳橢圓的中心即是要確定的靶心。如果圓度變小則反方向旋轉(zhuǎn)，直到找到使截面為圓形(或最接近圓形)的平面；如截面為圓形，則無(wú)需進(jìn)行此步操作。另外，尋找截面為圓形的方法也可按照以下思路進(jìn)行:如圖5中所示的各截面，僅當(dāng)截面垂直時(shí)獲得的截面面積最小(此時(shí)為圓形)，如果往任意方向偏轉(zhuǎn)截面，則截面面積必增大，因此可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)截面來(lái)搜索面積最小的面，所獲得的截面應(yīng)垂直噴孔軸線。
[0033]過(guò)圓截面5圓心且垂直于圓面的直線即為該孔的中軸線。為避免隨機(jī)誤差，可隨機(jī)選取若干平面截取噴孔，利用以下方法獲得圓截面:所截平面若為橢圓形，則通過(guò)數(shù)字圖像處理計(jì)算其圓心和長(zhǎng)短軸，繞短軸沿一個(gè)方向?qū)υ撈矫孢M(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并對(duì)其與噴孔相交的截面進(jìn)行圓形識(shí)別，檢測(cè)其圓度，直到找到使截面為圓形或最接近圓形的平面；之后，連接這些圓截面的圓心擬合出噴孔的軸線。
[0034]利用垂直噴孔軸線的平面逐像素對(duì)噴孔進(jìn)行截取，并記錄其與噴孔相交的截面。由于在噴孔外側(cè)(液體流出一側(cè))噴孔不存在，噴孔出口截面6以下，截面面積會(huì)突然變?yōu)镺;而在噴孔內(nèi)側(cè)，噴孔與噴嘴壓力室I連接，噴孔入口截面2以上，其截面積會(huì)突然增大，。因此在平移平面的過(guò)程中，當(dāng)截面面積發(fā)生突變時(shí)即表明所截取的截面已經(jīng)不屬于噴孔，應(yīng)停止平移。
[0035]步驟(4)中平移平面所獲得的噴孔最外側(cè)，即為噴孔出口截面6，測(cè)量出該圓形截面的直徑為噴孔的出口直徑Dwt ;所獲得的噴孔最內(nèi)側(cè)，即為噴孔入口截面2，測(cè)量出該圓形截面的直徑即為噴孔的入口直徑Din。
[0036](6)由于噴孔出口截面和入口截面平行，可計(jì)算出它們之間的距離L，該距離即為噴孔的長(zhǎng)度。
[0037](7)隨機(jī)生成經(jīng)過(guò)噴孔軸線的平面，并利用其對(duì)噴孔進(jìn)行截取，得到截面7。從該截面即可計(jì)算出噴孔與噴嘴內(nèi)部壓力室連接處的入口圓角半徑r。由于該平面可沿噴孔軸線進(jìn)行任意角度的旋轉(zhuǎn)，因此可以獲得噴孔任意位置的入口圓角半徑。
[0038](8)對(duì)多孔噴嘴而言，如圖3所示，在獲得各噴孔的軸線之后，可以計(jì)算噴孔之間的夾角Θ i以及張角α。
[0039]以下是利用該發(fā)明方法測(cè)得某單孔柴油機(jī)噴嘴和某八孔柴油機(jī)噴嘴的各參數(shù)數(shù)據(jù)。
[0040]單孔柴油機(jī)噴嘴(單位:μ m)
【權(quán)利要求】
1.一種自動(dòng)測(cè)量噴孔結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)基于噴孔三維數(shù)字結(jié)構(gòu)，在三維數(shù)字空間中任取一與噴孔相交的平面截取噴孔，找到使截面為圓形或最接近圓形的平面； (2)獲得噴孔的軸線，經(jīng)過(guò)步驟(I)中圓形平面的圓心且垂直于圓面的直線即為該孔的中軸線； (3)利用垂直噴孔軸線的平面逐像素對(duì)噴孔進(jìn)行截取，并計(jì)算每個(gè)截面中的直徑；找到噴孔最外側(cè)和最內(nèi)側(cè)的截面，即可獲得噴孔出口和入口直徑，從而可以獲得噴孔的各參數(shù)； (4)利用經(jīng)過(guò)噴孔軸線的平面對(duì)噴孔進(jìn)行截取，從所截圖像中即可計(jì)算出噴孔與噴嘴內(nèi)部壓力室連接處的入口圓角半徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述自動(dòng)測(cè)量噴孔結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法，其特征在于:步驟(I)所截平面若為橢圓形，則通過(guò)數(shù)字圖像處理計(jì)算其圓心和長(zhǎng)短軸，繞短軸沿一個(gè)方向?qū)υ撈矫孢M(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并對(duì)其與噴孔相交的截面進(jìn)行圓形識(shí)別，檢測(cè)其圓度，直到找到使截面為圓形或最接近圓形的平面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述自動(dòng)測(cè)量噴孔結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法，其特征在于:將截面繞短軸沿一個(gè)方向?qū)υ撈矫孢M(jìn)行旋轉(zhuǎn)，如果圓度變小則反方向旋轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述自動(dòng)測(cè)量噴孔結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法，其特征在于:步驟(2)為避免隨機(jī)誤差，可隨機(jī)選取若干平面截取噴孔，利用以下方法獲得圓截面:步驟(I)所截平面若為橢圓形，則通過(guò)數(shù)字圖像處理計(jì)算其圓心和長(zhǎng)短軸，繞短軸沿一個(gè)方向?qū)υ撈矫孢M(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并對(duì)其與噴孔相交的截面進(jìn)行圓形識(shí)別，檢測(cè)其圓度，直到找到使截面為圓形或最接近圓形的平面；之后，連接這些圓截面的圓心擬合出噴孔的軸線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述自動(dòng)測(cè)量噴孔結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法，其特征在于:步驟(3)在平移平面尋找噴孔出口截面和入口截面的過(guò)程中，當(dāng)截面面積發(fā)生突變時(shí)即表明所截取的截面已經(jīng)不屬于噴孔，應(yīng)停止平移。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述自動(dòng)測(cè)量噴孔結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法，其特征在于:步驟(3)中噴孔各參數(shù)包括噴孔入口直徑、出口直徑、噴孔長(zhǎng)度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述自動(dòng)測(cè)量噴孔結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法，其特征在于:步驟(3)中獲得噴孔的入口和出口圓形截面后，噴孔入口直徑即為入口圓形截面的直徑，噴孔出口直徑即為出口圓形截面的直徑，噴孔長(zhǎng)度為兩截面之間的距離。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述自動(dòng)測(cè)量噴孔結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法，其特征在于:步驟(4)中通過(guò)平面沿噴孔軸線進(jìn)行任意角度的旋轉(zhuǎn)獲得噴孔任意位置的入口圓角半徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述自動(dòng)測(cè)量噴孔結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法，其特征在于:對(duì)多孔噴嘴而言，通過(guò)步驟(2)獲得各噴孔的軸線之后進(jìn)一步獲得噴孔之間的夾角、張角及噴孔軸線與噴嘴軸線之間的距離。
【文檔編號(hào)】G01B15/00GK103868479SQ201410100412
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】吳志軍, 李治龍, 朱敏婧, 朱正東, 黃魏迪 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)