[發明專利]螺旋槳槳葉重量的自動測量新方法

無效

• 申請號: 201010106005.4
• 申請日: 2010-02-05
• 公開（公告）號: CN101865721A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 陸金桂;陳鳳馨;張建德;韓海冰
• 申請（專利權）人: 陸金桂
• 主分類號: G01G19/00
• 分類號: G01G19/00;G01F17/00
• 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重量的非接觸式自動測量新方法。

技術背景：

螺旋槳是船舶推進最重要的設備之一，由于螺旋槳是懸掛在艉軸管外的，螺旋槳重量的作用勢必對其推進效果有著重要的影響。為了確保螺旋槳的制造質量，國家技術監督部門對各種規格螺旋槳的重量進行了規范，各螺旋槳生產廠為了保證螺旋槳生產的質量，在螺旋槳制造過程中需要對螺旋槳槳葉的重量進行反復的測量。通過螺旋槳槳葉重量的測量，可以為滿足螺旋槳設計的技術要求而進行槳葉加工量的準確調整提供依據。因此方便準確地測量螺旋槳槳葉的重量，對于控制螺旋槳制造質量具有重要的意義。

由于大型螺旋槳的體積巨大，不可能應用直接稱重的方法進行重量的測量。目前，螺旋槳槳葉重量一般是通過測量機測量出葉片各點坐標來計算螺旋槳槳葉體積，然后計算得到重量。這些坐標測量機是通過測桿和測頭直接接觸螺旋槳槳葉的方式來獲得葉片測量點的坐標，因此測量時需要逐一確定測量的位置，有的坐標測量機還需要人工記錄測量數據。在測量過程中，現有坐標測量機需要逐點確定每個截面和測量點的位置，由此引起的繁重工作常常造成人為的測量錯誤。此外，現有坐標測量機測量時測頭需要接觸槳葉的金屬表面，長期使用造成的磨損也會引起測量誤差。因此，上述因素影響現有坐標測量機進行螺旋槳槳葉的準確測量。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桿測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結構非線性變形，也影響測量精度的進一步提高。

本發明是有關螺旋槳槳葉重量自動測量的新方法。本發明提出的螺旋槳槳葉重量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重量的測量。由于本發明提出的是非接觸數字化測量方法，與現有螺旋槳重量測量的原理不同，因此可以解決現有螺旋槳測量方法的不足。以本發明提出的螺旋槳槳葉重量測量新方法為基礎，可以進行螺旋槳槳葉重量的自動測量。因此，本發明將為確保螺旋槳制造質量提供了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重量的非接觸式全自動測量。利用該方法進行螺旋槳槳葉重量的測量時，不需要測量設備的測頭接觸螺旋槳金屬表面，屬于非接觸式全自動測量方法。

為了達到上述目標，本發明采用的技術方案是：利用數字投影儀將計算機自動生成的投影點陣投射在待測螺旋槳表面，利用CCD攝像機獲得螺旋槳槳葉的圖像，對槳葉圖像進行數字化處理，得到所有投影點的二維圖像坐標系像素坐標，利用經過標定的攝像機模型進行槳葉所有投影點二維像素坐標向三維現實世界坐標系的映射，根據雙目視覺理論計算得到所有投影點在三維現實世界坐標系的三維坐標，構建槳葉的三維坐標模型，并利用計算機計算螺旋槳槳葉的重量。

本發明包括投影點陣的計算機生成及槳葉圖像的采集、所有投影點二維圖像坐標系像素坐標獲取、所有投影點三維現實世界坐標系坐標計算、螺旋槳槳葉三維坐標模型的構建以及槳葉重量的計算等幾個步驟。本發明包括的具體步驟如下：

1)投影點陣的計算機生成及槳葉圖像的采集

根據葉片形狀通過計算機編程生成點陣，利用投影儀將點陣投射在待測螺旋槳槳葉表面，利用2個CCD攝像機建立雙目視覺圖像采集系統，必要時采用適當光照，分別采集包含投影點的槳葉葉面和葉背的清晰圖像各2幅。

2)投影點二維圖像坐標系像素坐標獲取

針對采集到的槳葉葉面和葉背的圖像，進行圖像的數字化處理，以此獲取所有投影點的二維圖像坐標系像素坐標。

3)投影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，建立反映螺旋槳槳葉表面所有投影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所有投影點三維現實世界坐標系坐標的計算模型。利用雙目視覺原理計算得到所有投影點的三維現實世界坐標系坐標。

4)螺旋槳槳葉三維坐標模型的構建

以槳葉葉面和葉背表面投影點的三維現實世界坐標系坐標為基礎，對葉背表面投影點的三維坐標進行變換，使其與螺旋槳槳葉葉面投影點的三維坐標形成一一對應的相對位置關系，構建螺旋槳槳葉的三維坐標模型。

5)螺旋槳槳葉重量的計算

以構建的螺旋槳槳葉三維坐標模型為基礎，通過利用計算機計算槳葉單位正方體的體積和重量，最終累加得到螺旋槳槳葉的重量。