基于USB內窺鏡的航空發動機孔探教學系統

張瑩　史曉強　胡國臣

【摘要】孔探是航空發動機維護的重要檢測手段之一，可協助維護人員確定發動機內部狀況。由于設備昂貴，無法在相關教學領域進行大范圍的孔探教學。為提高航空類院校在孔探檢測方面的教學能力，研究開發基于工業內窺鏡的航空發動機孔探教學系統。該系統由USB內窺鏡、計算機和孔探教學軟件組成，可在教室內實現孔探演示和教學，同時與實際發動機結合，模擬真實孔探過程，可在維修實習等實踐教學中進行推廣。

【關鍵詞】航空發動機 孔探 教學 內窺鏡

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）03-0115-02

對于航空發動機特別是民航中常用的高涵道比渦扇發動機，由于其高溫、高壓、高轉速的工作環境，如不能及時發現發動機內部的故障隱患，很可能會導致災難性的后果。隨著現代科學技術的快速發展以及發動機維修設備和手段的多樣化，采用孔探技術對發動機損傷和故障隱患進行診斷并判定損傷等級是新型維修方式的關鍵環節[1]。目前幾乎所有的航空發動機在維護時對于核心機部分的內部檢查，尤其是一些不易拆卸且可達性較差的零部件，都要用到孔探技術[2-3]。隨著孔探技術的不斷發展，對于孔探人員的技能要求越來越高，因此，針對孔探人員進行專業技能培訓就很有必要。

我國民航目前從事發動機孔探工作的有近600人，這與目前運輸飛機擁有量、維修規模和深度及未來幾年的預期規模相比極不適應。由于機隊規模和發動機孔探工作量分布不均，也導致人員分布不均勻。為了提高孔探人員的檢測技能，強化安全意識，需要從基層的航空類院校抓起。由于專業設備價格昂貴，導致用于教學的孔探儀數量短缺，在孔探教學中，普遍出現了理論多、實踐少、二者結合不佳的教學問題。為此，設計研發了一套低成本、易于操作的航空發動機孔探教學系統，該系統可以直接應用在真實發動機孔探口，對課堂教學和實踐教學都具有較高的實用價值，可有效提高孔探教學質量。

一、系統基本功能與組成

航空發動機孔探教學系統由兩部分組成。其中，硬件部分為用于捕獲圖像的USB內窺鏡以及用于顯示圖像的計算機；軟件部分利用C#語言編寫，主要完成調用攝像頭進行拍照，并對所拍攝圖片進行尺寸分析等功能。在系統中，計算機相當于一個用于視頻輸出的屏幕，內窺鏡相當于獲取視頻源的攝像頭，而軟件是使內窺鏡與電腦完美連接的內在驅動。

系統開發中，使用帶有USB接口的內窺鏡來模擬真實的孔探儀探頭部分。該工業內窺鏡擁有6盞可調亮度的LED燈、200萬像素、8.5毫米口徑，其固定焦距為3～8厘米。成像穩定，清晰，尤其適用于狹小空間和難以察視的位置的檢查。

教學軟件是整個教學系統的核心部分，基于Windows系統和C#語言進行編寫。程序為C#的窗體應用程序；內窺鏡攝像頭的調用通過引用AForge.Net類庫來實現，該庫是一個開源項目，提供很多圖像的處理和視頻處理功能。軟件設計了兩個窗體，主窗體實現USB內窺鏡攝像頭的調用并進行拍照；另外一個窗體對圖片進行孔探分析，主要是損傷尺寸的分析與記錄等。由于探頭本身不能旋轉，利用軟件設計實現立體測量功能，可自動測量損傷的長度、面積和深度。

二、系統在孔探教學中的應用

為模擬孔探檢測的整個過程，選取了我們民航常見CFM56-3發動機的高壓渦輪區域作為觀察對象，該區域有用于檢測的孔探口。圖1為孔探教學系統應用于民航發動機的現場教學照片。

在將內窺鏡的探頭插入CFM56-3發動機高壓渦輪內部并獲得圖像的時候，點擊拍照按鈕，就會在電腦的指定位置記錄下當前圖像。然后單擊菜單欄文件下面的孔探分析按鈕，就會彈出孔探分析界面，此時需要打開圖片進行分析，通過測量圖片上任意兩點之間的距離即可實現對損傷的分析。為得到測量真實值，使用比較法獲取所要測量的尺寸。即需要事先知道所拍攝圖片上作為參考兩點之間的真實距離，并以它作為參考值，在程序中輸入此參考值以及參考兩點之間的圖上距離，和所需測量尺寸的圖上距離，點擊尺寸計算按鈕，便可得到所需測量尺寸的真實距離，并顯示在孔探分析界面上，如圖2所示。

三、結束語

開發基于USB內窺鏡的航空發動機孔探教學系統，可彌補在航空類院校中由于孔探設備昂貴、數量短缺而導致理論與實踐不能很好結合的問題。該系統安裝使用方便，適用性強，既可將系統連接在教學用電腦上，利用投影儀演示整個孔探檢測的過程，又可配備一定數量價格低廉的工業內窺鏡，在實習和實踐教學中進行推廣，具有較高的實用價值。

參考文獻：

[1]徐超群，閆國華. 航空維修管理[M]. 北京：中國民航出版社， 2012.

[2]陳果，湯洋. 基于孔探圖像紋理特征的航空發動機損傷識別方法[J]. 儀器儀表學報. 2008，29（8）： 1709-1713.

[3]石宏，項松等. 無損檢測在航空發動機維修中的應用[J]. 航空制造技術. 2008，4（5）： 72-74.