[發明專利]用于旋轉葉片全場動態變形的隨動實時測量裝置及其方法

在審

• 申請號: 201810104021.6
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108387183A
• 公開（公告）日: 2018-08-10
• 發明（設計）人: 裘祖榮;張然;李浩鵬;胡文川;尤悅
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

1.一種用于旋轉葉片全場動態變形的隨動實時測量裝置，所涉及到的旋翼包括槳轂(5)和葉片(4)，所述葉片(4)作為待測對象，其特征在于，該測量裝置包括標志點圖像傳感單元、光電計數單元、基于嵌入式的數據實時處理單元、基于無線傳輸的數據通訊單元和上位機人機交互單元；

所述的標志點圖像傳感單元包括多個標志點(1)、多個雙目相機(2)和濾光暗室(3)；所述多個標記點(1)布置在每片葉片(4)的全場范圍內，所述標志點(1)由熒光光源涂料構成；雙目相機(2)的數量與葉片(4)的片數相同，多個雙目相機(2)均布置在槳轂(5)上且與每片葉片(4)的位置一一對應；在葉片(4)旋轉過程中，所述雙目相機(2)與所述葉片(4)保持周向相對靜止，所述雙目相機(2)用以實時拍攝與之對應位置的葉片(4)全場范圍內的標志點(1)圖像；所述濾光暗室(3)由殼體(31)和濾光窗口(32)組成，用于減小外界氣流和抗環境雜光干擾；

所述基于嵌入式的數據實時處理單元(6)包括設置在所述槳轂(4)內的嵌入式模塊和蓄電池，所述蓄電池用于為所述雙目相機(2)和所述嵌入式模塊供電；

所述光電計數單元包括激光發生器(7)和光電計數器(8)，所述光電計數器(8)安裝在所述槳轂(5)上，所述激光發生器(7)安裝在所述槳轂(5)下方的機身(9)上，所述光電計數器(7)隨所述槳轂(5)旋轉至與所述激光發生器(7)正對位置時觸發計數，用以確定旋轉零相位；

所述基于無線傳輸的數據通訊單元包括設置在基于嵌入式的數據實時處理單元(6)一側的無線通訊模塊A和設置在上位機人機交互單元一側的無線通訊模塊B；所述無線通訊模塊A和所述無線通訊模塊B之間進行無線收發通訊；

所述上位機人機交互單元包括上位機。

2.根據權利要求1所述用于旋轉葉片全場動態變形的隨動實時測量裝置，其特征在于，所述嵌入式模塊是FPGA芯片、STM32芯片和C51芯片中的任何一種。

3.一種用于旋轉葉片全場動態變形的隨動實時測量方法，其特征在于，利用如權利要求1或2所述用于旋轉葉片全場動態變形的隨動實時測量裝置，其中，所述基于嵌入式的數據實時處理單元為下位機，所述上位機內安裝有上位機軟件，所述下位機內安裝有下位機軟件，所述上位機和所述下位機之間的通訊由所述的基于無線傳輸的數據通訊單元來實現；該測量方法包括以下過程：

步驟一、啟動上位機軟件，設置測量相位間隔，使上位機軟件每隔一個相位間隔讀取一次葉片(4)對應的變形量；打開雙目相機(2)內外參數標定功能標定雙目相機(2)內外參數，上位機向下位機發出指令，下位機軟件開始工作，并完成參數標定；下位機完成參數標定后，測量裝置處于測量預備狀態；上位機向下位機發出啟動測量指令；

步驟二、下位機實時讀取所述雙目相機(2)拍攝的圖像，并且完成圖像濾波和二值化處理，完成標志點(1)的提取，然后進行標志點圖像匹配；

步驟三、如果匹配失敗，則返回步驟二，進行下一幀標志點圖像的讀取、處理、提取和匹配，如果匹配成功，則解算出標志點的空間坐標，輸出該幀標志點圖像對應的標志點空間坐標數據；

步驟四、所述標志點坐標數據通過基于無線傳輸的數據通訊單元傳輸至上位機，并被實時存儲，將未變形時的直升機標準槳葉的原始位置數據作為參考點坐標，當所述上位機軟件接收到下位機軟件發送的數據時，根據采樣間隔讀取所需數據，并與參考點坐標進行比較，得出三維變形量，通過該三維變形量繪制葉片的變形-時間曲線和變形-相位曲線，并顯示和存儲在上位機；

步驟五、返回步驟二，直至上位機軟件下達停止測量命令為止，如果上位機發出停止測量命令，下位機隨之關閉，至此結束整個測量過程。

4.根據權利要求3所述用于旋轉葉片全場動態變形的隨動實時測量方法，其特征在于，步驟四中，所述光電計數器(7)隨所述槳轂(5)旋轉至與所述激光發生器(7)正對位置時觸發計數，以光電計數觸發時刻的位置作為零相位處，由于直升機正常工作時采用定轉速飛行，其角速度確定，因此，每個旋轉周期內距計數時刻的時間間隔代表旋轉過的角度，即相位，從而繪制出葉片的變形-相位曲線。