[發明專利]螺旋槳槳葉寬度的自動測量新方法

無效

• 申請號: 201010105998.3
• 申請日: 2010-02-05
• 公開（公告）號: CN101907449A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發明（設計）人: 陸金桂;朱躍釗;張建德;韓海冰
• 申請（專利權）人: 陸金桂
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B11/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明屬于螺旋槳測量相關領域，特別涉及一種基于圖像的螺旋槳槳葉寬度的非接觸式自動測量新方法。

技術背景：

螺旋槳為船舶航行提供推力，是船舶推進系統的關鍵零件。螺旋槳的質量直接影響著船舶推進效率。為了確保螺旋槳的制造質量，國家技術監督局發布了有關金屬螺旋槳技術要求的國家標準，對包括螺旋槳槳葉寬度等許多技術指標進行了規范。螺旋槳槳葉是實現螺旋槳的推進性能的重要保證，槳葉的寬度等屬性是確保螺旋槳生產質量的重要因素，在螺旋槳的生產過程中要對槳葉的寬度進行反復的測量，以便為槳葉的進一步加工提供依據。槳葉寬度在螺旋槳的設計、制造和測量中均作為一項重要的指標。螺旋槳槳葉寬度的準確測量，對于保障螺旋槳的制造精度，實現螺旋槳的設計性能具有非常重要的意義。

船用螺旋槳葉型是相當復雜的空間曲面，該葉型曲面影響到船舶推進效率、船舶振動、操縱性能及槳葉本身的強度。軍艦用螺旋槳，由于快速性、機動性及降噪等要求，槳葉曲面變化更大。由于槳葉曲面的復雜性，槳葉的寬度的測量驗收和設計要求不相一致，這對螺旋槳的制造、性能測試、改型設計及出口貿易均會產生一定的影響。隨航運事業的發展和螺旋槳進出口業務的增加，槳葉各參數的測量和驗收顯得尤為重要。目前，螺旋槳槳葉寬度一般通過坐標測量機測量出葉片各點坐標來進行計算得到的?，F有坐標測量機采用的接觸式方式進行螺旋槳槳葉測量，還難以進行槳葉寬度測量時需要的葉面對應輪廓點的準確定位。這些測量機體積巨大，不能實現自動測量，在螺旋槳制造過程中需要對每個槳葉不同的測量輪廓邊緣都進行逐點坐標測量，測量過程費時費力，嚴重影響了測量的效率。另外，現有坐標測量機利用旋轉軸系、懸臂梁式橫臂和滑動架來支撐和移動測量頭進行螺旋槳不同截面的測量，這種由于自重等因素引起的橫臂等結構非線性變形，也影響測量精度的進一步提高。現有坐標測量機接觸式測量方式，還難以為螺旋槳加工過程進行在線測量提供手段。

本發明是有關螺旋槳槳葉寬度測量的新方法。本發明提出的槳葉寬度測量新方法是利用圖像進行螺旋槳槳葉的非接觸式和數字化測量。利用本發明提出的測量方法可以方便、快捷地進行螺旋槳槳葉寬度的測量。由于本發明提出的是非接觸數字化測量方法，與現有螺旋槳坐標測量機的原理不同，因此可以解決現有螺旋槳坐標測量機的不足。以本發明提出的螺旋槳槳葉寬度測量新方法為基礎，可以進行螺旋槳槳葉寬度的自動測量，為確保螺旋槳制造質量提供新的有效的檢測手段。

發明內容：

本發明的目的是以圖像為基礎進行螺旋槳槳葉任意位置處寬度的自動測量。該方法進行螺旋槳槳葉寬度測量時，不需要直接接觸槳葉的金屬表面進行槳葉邊緣輪廓點坐標的測量，屬于非接觸式自動測量方法。

為了達到上述目標，本發明采用的技術方案是：利用2個CCD攝像機建立雙目視覺圖像采集系統，采集螺旋槳葉片的2幅圖像，對槳葉圖像進行數字化處理，得到螺旋槳槳葉輪廓點的二維圖像坐標系像素坐標，以雙目視覺理論為基礎，利用經過標定的攝像機模型進行螺旋槳槳葉輪廓點的二維像素坐標向三維現實世界坐標系的映射，計算得到螺旋槳槳葉輪廓點在三維現實世界坐標系的三維坐標。通過計算機計算槳葉任意位置的寬度。本發明包括的具體步驟如下：

本發明包括螺旋槳槳葉圖像的采集、螺旋槳槳葉輪廓點二維圖像坐標系像素坐標獲取、輪廓點三維現實世界坐標系中三維坐標的計算、螺旋槳槳葉寬度值計算等幾個主要步驟：

1)采集螺旋槳槳葉圖像

利用2個CCD攝像機建立雙目視覺圖像采集系統，必要時采用適當的照明，采集螺旋槳葉片的2幅圖像。

2)螺旋槳槳葉邊緣輪廓點二維像素坐標獲取

對螺旋槳槳葉圖像進行圖像預處理、螺旋槳槳葉邊緣輪廓點的提取以及擬合等，通過對槳葉圖像的數字化處理，得到槳葉邊緣輪廓點的二維圖像坐標系像素坐標。

3)螺旋槳槳葉邊緣輪廓點三維現實世界坐標系坐標計算

根據攝像機成像模型、攝像機坐標系和三維現實世界坐標系之間的變換關系，建立反映螺旋槳葉片邊緣輪廓點像素坐標與三維現實世界坐標關系的投影矩陣，通過投影矩陣的標定建立以像素坐標為基礎的邊緣輪廓點三維現實世界坐標系坐標的計算模型。利用邊緣輪廓點的三維現實世界坐標系坐標計算模型，計算得到螺旋槳槳葉邊緣輪廓點的三維現實世界坐標系坐標。

4)螺旋槳槳葉寬度值計算

以計算得到的螺旋槳槳葉邊緣輪廓點三維現實世界坐標系坐標為基礎，通過將截面圓弧展開并利用螺旋槳的螺旋角進行計算，最終利用計算機實現槳葉任意位置的寬度。