[發(fā)明專利]旋轉(zhuǎn)機(jī)械葉尖間隙與葉片轉(zhuǎn)速綜合測量系統(tǒng)及方法、圖像處理程序

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810255783.6
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN108645602B
• 公開（公告）日: 2019-12-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉偉民;胡忠志
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01D21/02
• 代理公司: 32249 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 秦秋星

1.一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械葉尖間隙與葉片轉(zhuǎn)速綜合測量系統(tǒng)，其特征在于，包括圖像采集器、圖像采集卡、圖像處理單元；所述圖像采集器用以采集旋轉(zhuǎn)葉片葉尖部分與機(jī)匣的實(shí)時(shí)圖像，并傳輸至圖像采集卡；所述圖像采集卡用于將接收到的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并傳輸至圖像處理單元；所述圖像處理單元用于對接收到的圖像進(jìn)行圖像處理與計(jì)算，同時(shí)得出被測旋轉(zhuǎn)葉輪葉尖間隙與葉片轉(zhuǎn)速；

所述圖像處理單元包括圖像采集與預(yù)處理模塊、轉(zhuǎn)速測量模塊、間隙測量模塊；所述圖像采集與預(yù)處理模塊將圖像采集器采集到的每一幀RGB圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像，并取特定像素點(diǎn)在每一幀灰度圖像中的灰度值與圖像采集與預(yù)處理模塊接收到該幀灰度圖像的時(shí)間組成數(shù)據(jù)隊(duì)列，并將此數(shù)據(jù)隊(duì)列發(fā)送到轉(zhuǎn)速測量模塊；所述轉(zhuǎn)速測量模塊對接收到的數(shù)據(jù)隊(duì)列進(jìn)行處理和計(jì)算，獲取旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速值；所述圖像采集與預(yù)處理模塊實(shí)時(shí)監(jiān)聽圖像采集與預(yù)處理模塊與轉(zhuǎn)速測量模塊之間的通信，當(dāng)灰度值突變時(shí)，通信隊(duì)列觸發(fā)，圖像采集與預(yù)處理模塊將當(dāng)前采集到的單幀灰度圖像發(fā)送到間隙測量模塊；所述間隙測量模塊對接收到的單幀灰度圖像進(jìn)行處理和計(jì)算，得出間隙的物理寬度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械葉尖間隙與葉片轉(zhuǎn)速綜合測量系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像采集器的采樣頻率滿足香農(nóng)采樣定理，即每秒至少可采集幀圖像，其中N為旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速，X為旋轉(zhuǎn)機(jī)械上安裝的葉片數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械葉尖間隙與葉片轉(zhuǎn)速綜合測量系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像處理單元還包括圖像顯示模塊；所述圖像采集與預(yù)處理模塊實(shí)時(shí)傳輸采集到的圖像至圖像顯示模塊，所述轉(zhuǎn)速測量模塊將計(jì)算得出的轉(zhuǎn)速值發(fā)送到圖像顯示模塊，所述間隙測量模塊將計(jì)算得出的間隙物理寬度發(fā)送到圖像顯示模塊；所述圖像顯示模塊顯示包含間隙位置、物理寬度，轉(zhuǎn)速信息的視頻圖像。

4.一種基于權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械葉尖間隙與葉片轉(zhuǎn)速綜合測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：所述圖像采集器標(biāo)定間隙的物理寬度與間隙寬度的像素值之間的對應(yīng)關(guān)系，得到標(biāo)定信息；

步驟2：所述圖像采集器采集旋轉(zhuǎn)葉片葉尖部分與機(jī)匣實(shí)時(shí)圖像，并傳輸至圖像采集卡；

步驟3：所述圖像采集卡將接收到的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并傳輸至圖像采集與預(yù)處理模塊；

步驟4：所述圖像采集與預(yù)處理模塊將圖像采集器采集到每一幀RGB圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像，并取特定像素點(diǎn)在每一幀灰度圖像中的灰度值與圖像采集與預(yù)處理模塊接收到該幀灰度圖像的時(shí)間組成數(shù)據(jù)隊(duì)列，并將此數(shù)據(jù)隊(duì)列發(fā)送到轉(zhuǎn)速測量模塊；

步驟5：所述轉(zhuǎn)速測量模塊對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和計(jì)算，獲取旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速值；

步驟6：圖像采集與預(yù)處理模塊實(shí)時(shí)監(jiān)聽圖像采集與預(yù)處理模塊與轉(zhuǎn)速測量模塊之間的通信，當(dāng)灰度值突變時(shí)，通信隊(duì)列觸發(fā)，圖像采集與預(yù)處理模塊將當(dāng)前采集到的單幀灰度圖像發(fā)送到間隙測量模塊，所述間隙測量模塊對接收到的單幀灰度圖像進(jìn)行處理和計(jì)算，得出間隙寬度的像素值，然后圖像采集與預(yù)處理模塊訪問所述圖像采集器獲得標(biāo)定信息，找到間隙寬度的像素值對應(yīng)的間隙的物理寬度，從而得出間隙的物理寬度。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械葉尖間隙與葉片轉(zhuǎn)速綜合測量方法，其特征在于，步驟5中所述轉(zhuǎn)速測量模塊計(jì)算轉(zhuǎn)速的步驟包括：

步驟5.1：設(shè)定每T時(shí)刻更新一次轉(zhuǎn)速值，將圖像采集與預(yù)處理模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)隊(duì)列分隔為時(shí)間長度為T的數(shù)組[(h_a,t_a),(h_a+1,t_a+1),…,(h_b,t_b)]，其中t_b-t_a≈T；a和b分別表示數(shù)據(jù)隊(duì)列中第一個(gè)和最后一個(gè)數(shù)組的下標(biāo)；

步驟5.2：將上述數(shù)組中的灰度值提取，組成灰度數(shù)組[h_a,h_a+1,…,h_b]；

步驟5.3：取采樣時(shí)間為對灰度數(shù)組進(jìn)行快速傅里葉變換，并提取最大幅值對應(yīng)的頻率f；

步驟5.4：根據(jù)頻率f與葉片數(shù)X得出轉(zhuǎn)速值N，

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械葉尖間隙與葉片轉(zhuǎn)速綜合測量方法，其特征在于，步驟6中所述間隙測量模塊計(jì)算葉尖間隙的物理寬度的步驟包括：

步驟6.1：對單幀灰度圖像進(jìn)行降噪處理，得到信噪比較高的圖像；

步驟6.2：對圖像進(jìn)行邊緣提取，得到邊緣圖像；

步驟6.3：對邊緣圖像進(jìn)行Hough變換，不斷提高Hough變換的閾值，直至Hough變換僅返回兩條平行或近似平行的直線；

步驟6.4：根據(jù)Hough變換返回的直線信息，計(jì)算間隙的像素值；

Hough變換返回直線的信息：[[d_l1,θ_l1],[d_l2,θ_l2]]，

d為截距，單位為像素值，θ為角度；下標(biāo)l1為第一條直線，下標(biāo)l2為第二條直線，

則像素值為：

其中：Δθ＝θ_l1-θ_l2；

步驟6.5：根據(jù)所述標(biāo)定信息找到間隙的像素值對應(yīng)的間隙的物理寬度，即得出間隙的物理寬度。