本發(fā)明涉及冰形測量，尤其涉及一種二維冰形數(shù)字化采集裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、在結(jié)冰風(fēng)洞試驗(yàn)完成后，需要采用冰形測量方法來獲取冰形。現(xiàn)有冰形測量方法分為接觸式測量、非接觸式測量兩類。其中，接觸式測量的熱刀法，熱刀由前緣切割與飛行器模型截面相同型線的銅薄片制成，使用時(shí)將加熱后的熱刀水平插入需要獲取冰形的飛行器模型前緣積冰中，利用銅薄片的余熱使接觸部位積冰融化，切割完成后抽出熱刀，再插入預(yù)制的飛行器模型前緣相匹配的方格紙使用鉛筆進(jìn)行冰形描繪。之后對(duì)描繪的方格紙記錄進(jìn)行人工確認(rèn)、二次掃描和數(shù)字化識(shí)別。這一過程自動(dòng)化程度低、流程緩慢、多步驟疊加引起的誤差相對(duì)較大。

2、因此，提供一種能提高冰形測量效率及降低測量誤差的二維冰形數(shù)字化采集裝置及方法，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明公開了一種維冰形數(shù)字化采集裝置及方法，以解決相關(guān)技術(shù)中的熱刀法存在的效率低、誤差大的技術(shù)問題。

2、為了解決上述問題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

3、第一方面，公開了一種二維冰形數(shù)字化采集裝置，包括：

4、連接件，具有與飛行器表面貼合的固定槽；

5、兩個(gè)拉線位移傳感器，設(shè)置在連接件上，且兩個(gè)拉線位移傳感器的拉線端分別與測繪筆的球鉸連接；

6、測繪筆，還具有測繪部和傾角傳感器；

7、傾角傳感器用于獲取測繪筆在第一方向的投影中，測繪筆與連接件之間的夾角，以及獲取測繪筆在第二方向的投影中，測繪筆與連接件之間的夾角；

8、其中，第一方向和第二方向被配置為：與連接件平行，且相互垂直。

9、在一些方案中，測繪筆具有壓力感應(yīng)開關(guān)和電源開關(guān)；

10、當(dāng)壓力感應(yīng)開關(guān)和電源開關(guān)同時(shí)打開時(shí)，測繪部可輸出數(shù)據(jù)。

11、在一些方案中，測繪筆的長度大于附著在飛行器上的冰層的最大厚度。

12、在一些方案中，測繪筆的長度為附著在飛行器上的冰層的最大厚度的2-10倍。

13、在一些方案中，測繪筆的長度小于30cm。

14、在一些方案中，拉線位移傳感器的分辨率小于拉線端的直徑。

15、在一些方案中，測繪部為壓敏筆尖，且壓敏筆尖的壓力觸發(fā)閾值可調(diào)。

16、在一些方案中，測繪筆的固定點(diǎn)具有球鉸，兩個(gè)拉線端分別與球鉸連接。

17、第二方面，公開了一種二維冰形數(shù)字化采集方法，應(yīng)用于第一方面中的二維冰形數(shù)字化采集裝置，包括以下步驟：

18、以連接件任意一點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，以第一方向?yàn)閤軸，第二方向?yàn)閥軸，第三方向?yàn)閦軸，建立三維坐標(biāo)系；

19、獲取其中一個(gè)拉線位移傳感器與固定點(diǎn)的距離l1，另一個(gè)拉線位移傳感器與固定點(diǎn)的距離l2；獲取測繪筆在第一方向的投影中，測繪筆與連接件之間的夾角α，以及獲取測繪筆在第二方向的投影中，測繪筆與連接件之間的夾角β；

20、根據(jù)l1、l2、α、β以及測繪部到固定點(diǎn)的距離l0，得到測繪部實(shí)時(shí)的坐標(biāo)位置；

21、將測繪部的坐標(biāo)位置局域平滑得到冰形曲線。

22、在一些方案中，步驟將測繪部的坐標(biāo)位置局域平滑得到冰形曲線，還包括：

23、根據(jù)測繪部的觸發(fā)閾值對(duì)噪點(diǎn)進(jìn)行消除。

24、本發(fā)明采用的技術(shù)方案能夠達(dá)到以下有益效果：

25、本申請(qǐng)的二維冰形數(shù)字化采集裝置，在對(duì)冰形進(jìn)行測繪之前，對(duì)連接件進(jìn)行加熱，使得連接件具有一定熱量。飛行器上的結(jié)冰在與連接件接觸的部分融化，通過固定槽將連接件連接在飛行器上。在對(duì)冰形進(jìn)行測繪的過程中，測繪筆的測繪部放置于冰層與連接件的交界處，并通過測繪部輸出此處的數(shù)據(jù)。操作者沿著冰層的外表面移動(dòng)測繪筆，進(jìn)而完成對(duì)冰形的測繪。在測繪筆沿著冰層的外表面移動(dòng)的過程中，傾角傳感器實(shí)時(shí)獲取測繪筆在第一方向的投影中，測繪筆與連接件之間的夾角，以及實(shí)時(shí)獲取測繪筆在第二方向的投影中，測繪筆與連接件之間的夾角；兩個(gè)拉線位移傳感器實(shí)時(shí)獲取拉線端分別與測繪筆的球鉸的距離，進(jìn)而能得到測繪筆固定點(diǎn)的實(shí)時(shí)位置，再由于固定點(diǎn)距離測繪部的長度固定，進(jìn)而能得到測繪部的實(shí)時(shí)位置，再經(jīng)過后期的處理，進(jìn)而得到冰形曲線。相比于現(xiàn)有技術(shù)中的熱刀法而言，本申請(qǐng)無需手繪冰形二次人工確認(rèn)、掃描和數(shù)字化識(shí)別等環(huán)節(jié)，節(jié)省了步驟，增加了測繪效率，同時(shí)降低了因步驟繁瑣和人工帶來的測量誤差。

技術(shù)特征：

1.一種二維冰形數(shù)字化采集裝置，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二維冰形數(shù)字化采集裝置，其特征在于，所述測繪筆具有感應(yīng)開關(guān)和電源開關(guān)；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二維冰形數(shù)字化采集裝置，其特征在于，所述測繪筆的長度大于附著在飛行器上的冰層的最大厚度。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種二維冰形數(shù)字化采集裝置，其特征在于，所述測繪筆的長度為附著在飛行器上的冰層的最大厚度的2-10倍。

5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種二維冰形數(shù)字化采集裝置，其特征在于，所述測繪筆的長度小于30cm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二維冰形數(shù)字化采集裝置，其特征在于，所述拉線位移傳感器的分辨率小于所述拉線端的直徑。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二維冰形數(shù)字化采集裝置，其特征在于，所述測繪部為壓敏筆尖，且所述壓敏筆尖的壓力觸發(fā)閾值可調(diào)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二維冰形數(shù)字化采集裝置，其特征在于，所述測繪筆的固定點(diǎn)具有球鉸，兩個(gè)所述拉線端分別與所述球鉸連接。

9.一種二維冰形數(shù)字化采集方法，其特征在于，應(yīng)用于權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的二維冰形數(shù)字化采集裝置，包括以下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種二維冰形數(shù)字化采集方法，其特征在于，步驟將測繪部的坐標(biāo)位置局域平滑得到冰形曲線，還包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及冰形測量的技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種二維冰形數(shù)字化采集裝置及方法。二維冰形數(shù)字化采集裝置包括：連接件，具有與飛行器表面貼合的固定槽；兩個(gè)拉線位移傳感器，設(shè)置在連接件上，且兩個(gè)拉線位移傳感器的拉線端分別與測繪筆的球鉸連接；測繪筆，還具有測繪部和傾角傳感器；傾角傳感器用于獲取測繪筆在第一方向的投影中，測繪筆與連接件之間的夾角，以及獲取測繪筆在第二方向的投影中，測繪筆與連接件之間的夾角；其中，第一方向和第二方向被配置為：與連接件平行，且相互垂直。二維冰形數(shù)字化采集方法應(yīng)用于二維冰形數(shù)字化采集裝置。本發(fā)明通過上述技術(shù)方案，可以解決相關(guān)技術(shù)中的熱刀法存在的效率低、誤差大的技術(shù)問題。

技術(shù)研發(fā)人員：胡站偉,顧興士,曾逸怡,柳慶林,王強(qiáng),易賢,關(guān)先磊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心低速空氣動(dòng)力研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8