[發明專利]一種基于計算機視覺的成圈葉片結構振動固有頻率的測量方法

有效

• 申請號: 201910965805.2
• 申請日: 2019-10-12
• 公開（公告）號: CN110553716B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 徐自力;辛存;王存俊
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

1.一種基于計算機視覺的成圈葉片結構振動固有頻率的測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1)使用圓形貼片對成圈葉片結構的轉軸和葉片分別進行標記，利用高速攝影機對轉動狀態下的成圈葉片結構運動進行記錄；

步驟2)構建梯度算子，逐幀計算所得圖像的像素梯度幅值，獲取各幀轉軸、葉片上貼片的邊緣像素坐標；

步驟3)對同一貼片的邊緣像素坐標進行圓擬合，計算轉軸、葉片上貼片的中心點像素坐標；

步驟4)對各幀轉軸上貼片的中心點像素坐標進行圓擬合，計算轉軸軸心坐標和轉軸的旋轉速度；

步驟5)通過逐幀計算葉片上貼片中心點運動獲取葉片的絕對運動，利用葉片的絕對運動和轉軸的旋轉速度獲取葉片的振動的時域信息；

步驟6)對葉片振動的時域信息進行傅里葉變換，計算結構的固有頻率。

2.根據權利要求1所述的基于計算機視覺的成圈葉片結構振動固有頻率的測量方法，其特征在于，所述步驟1)中，在成圈葉片結構轉軸上用貼片做一個標記，在被測葉片上根據需要用貼片做一定數目的標記。

3.根據權利要求1所述的基于計算機視覺的成圈葉片結構振動固有頻率的測量方法，其特征在于，所述貼片與結構表面色彩具有高對比度。

4.根據權利要求1所述的基于計算機視覺的成圈葉片結構振動固有頻率的測量方法，其特征在于，所述步驟2)中，構建x方向上的梯度算子H_x和y方向上的梯度算子H_y如下：

逐幀計算圖像像素梯度，不同位置的像素在x方向上的梯度和在y方向上的梯度計算如下：

式中：f代表圖像內像素的灰度值，代表卷積運算；

通過像素在x、y方向上的梯度，計算像素的梯度幅值公式如下：

設定邊界梯度幅值閾值獲取貼片的邊緣像素坐標。

5.根據權利要求1所述的基于計算機視覺的成圈葉片結構振動固有頻率的測量方法，其特征在于，所述步驟3)中，貼片邊緣點像素坐標集合為其中x_i,y_i為貼片邊緣點i時刻的像素坐標，M表示同一貼片所檢測出的邊緣點數目，設其邊界曲線方程為x²+y²+ax+by+c＝0，通過擬合獲取參數a、b、c，即：

從而得到圓形貼片中心點像素坐標

6.根據權利要求1所述的基于計算機視覺的成圈葉片結構振動固有頻率的測量方法，其特征在于，所述步驟4)中，轉軸上的貼片隨著結構做圓周運動，不同時刻轉軸上貼片中心點像素坐標集合為其中為貼片中心點i時刻的像素坐標，N表示視頻序列的幀數，設其圓周運動曲線方程為x²+y²+dx+ey+f＝0，通過擬合獲取參數d、e、f，即：

從而得到轉軸軸心O的坐標(m,n)，表示為

7.根據權利要求6所述的基于計算機視覺的成圈葉片結構振動固有頻率的測量方法，其特征在于，所述步驟4)中，結構做勻速圓周運動，轉軸軸心坐標為O，其坐標為(m,n)，在0時刻時，轉軸上貼片的中心點位置為A₀，其坐標為在t時刻時，轉軸上貼片的中心點位置運動到A_t，其坐標為其轉動角度表示為：

8.根據權利要求1所述的基于計算機視覺的成圈葉片結構振動固有頻率的測量方法，其特征在于，所述步驟4)中，選擇結構在轉動過程同一圓周內中間隔較大的5幀，計算轉軸上貼片的中心點相對于第1幀轉動的角度，分別為(θ₁、θ₂、θ₃、θ₄、θ₅)，通過最小二乘擬合方程θ-ωt＝0，獲取結構旋轉速度ω，

9.根據權利要求8所述的基于計算機視覺的成圈葉片結構振動固有頻率的測量方法，其特征在于，所述步驟5)中，成圈葉片結構在旋轉運動過程中，其運動狀態呈現復合運動形式，即：

S＝S_R+S_V

式中，S代表結構的絕對運動，S_R代表結構的牽連運動，S_V代表結構的相對運動即葉片振動；

轉軸旋轉中心點即轉軸軸心O的坐標為(m,n)，在0時刻，葉片上貼片的中心點位置為B₀，其坐標為在t時刻，葉片上貼片的中心點運動到為B_t，其坐標為對于結構的牽連運動，在t時刻時，葉片上貼片的中心點運動到設其坐標為其滿足關系：

對于結構的相對運動，其在x,y方向的位移分別表示為Δx和Δy，計算如下：

進而可得葉片振動位移為：