[发明专利]螺旋桨桨叶宽度的自动测量新方法

说明书

技术领域：

本发明属于螺旋桨测量相关领域，特别涉及一种基于图像的螺旋桨桨叶宽度的非接触式自动测量新方法。

技术背景：

螺旋桨为船舶航行提供推力，是船舶推进系统的关键零件。螺旋桨的质量直接影响着船舶推进效率。为了确保螺旋桨的制造质量，国家技术监督局发布了有关金属螺旋桨技术要求的国家标准，对包括螺旋桨桨叶宽度等许多技术指标进行了规范。螺旋桨桨叶是实现螺旋桨的推进性能的重要保证，桨叶的宽度等属性是确保螺旋桨生产质量的重要因素，在螺旋桨的生产过程中要对桨叶的宽度进行反复的测量，以便为桨叶的进一步加工提供依据。桨叶宽度在螺旋桨的设计、制造和测量中均作为一项重要的指标。螺旋桨桨叶宽度的准确测量，对于保障螺旋桨的制造精度，实现螺旋桨的设计性能具有非常重要的意义。

船用螺旋桨叶型是相当复杂的空间曲面，该叶型曲面影响到船舶推进效率、船舶振动、操纵性能及桨叶本身的强度。军舰用螺旋桨，由于快速性、机动性及降噪等要求，桨叶曲面变化更大。由于桨叶曲面的复杂性，桨叶的宽度的测量验收和设计要求不相一致，这对螺旋桨的制造、性能测试、改型设计及出口贸易均会产生一定的影响。随航运事业的发展和螺旋桨进出口业务的增加，桨叶各参数的测量和验收显得尤为重要。目前，螺旋桨桨叶宽度一般通过坐标测量机测量出叶片各点坐标来进行计算得到的。现有坐标测量机采用的接触式方式进行螺旋桨桨叶测量，还难以进行桨叶宽度测量时需要的叶面对应轮廓点的准确定位。这些测量机体积巨大，不能实现自动测量，在螺旋桨制造过程中需要对每个桨叶不同的测量轮廓边缘都进行逐点坐标测量，测量过程费时费力，严重影响了测量的效率。另外，现有坐标测量机利用旋转轴系、悬臂梁式横臂和滑动架来支撑和移动测量头进行螺旋桨不同截面的测量，这种由于自重等因素引起的横臂等结构非线性变形，也影响测量精度的进一步提高。现有坐标测量机接触式测量方式，还难以为螺旋桨加工过程进行在线测量提供手段。

本发明是有关螺旋桨桨叶宽度测量的新方法。本发明提出的桨叶宽度测量新方法是利用图像进行螺旋桨桨叶的非接触式和数字化测量。利用本发明提出的测量方法可以方便、快捷地进行螺旋桨桨叶宽度的测量。由于本发明提出的是非接触数字化测量方法，与现有螺旋桨坐标测量机的原理不同，因此可以解决现有螺旋桨坐标测量机的不足。以本发明提出的螺旋桨桨叶宽度测量新方法为基础，可以进行螺旋桨桨叶宽度的自动测量，为确保螺旋桨制造质量提供新的有效的检测手段。

发明内容：

本发明的目的是以图像为基础进行螺旋桨桨叶任意位置处宽度的自动测量。该方法进行螺旋桨桨叶宽度测量时，不需要直接接触桨叶的金属表面进行桨叶边缘轮廓点坐标的测量，属于非接触式自动测量方法。

为了达到上述目标，本发明采用的技术方案是：利用2个CCD摄像机建立双目视觉图像采集系统，采集螺旋桨叶片的2幅图像，对桨叶图像进行数字化处理，得到螺旋桨桨叶轮廓点的二维图像坐标系像素坐标，以双目视觉理论为基础，利用经过标定的摄像机模型进行螺旋桨桨叶轮廓点的二维像素坐标向三维现实世界坐标系的映射，计算得到螺旋桨桨叶轮廓点在三维现实世界坐标系的三维坐标。通过计算机计算桨叶任意位置的宽度。本发明包括的具体步骤如下：

本发明包括螺旋桨桨叶图像的采集、螺旋桨桨叶轮廓点二维图像坐标系像素坐标获取、轮廓点三维现实世界坐标系中三维坐标的计算、螺旋桨桨叶宽度值计算等几个主要步骤：

1)采集螺旋桨桨叶图像

利用2个CCD摄像机建立双目视觉图像采集系统，必要时采用适当的照明，采集螺旋桨叶片的2幅图像。

2)螺旋桨桨叶边缘轮廓点二维像素坐标获取

对螺旋桨桨叶图像进行图像预处理、螺旋桨桨叶边缘轮廓点的提取以及拟合等，通过对桨叶图像的数字化处理，得到桨叶边缘轮廓点的二维图像坐标系像素坐标。

3)螺旋桨桨叶边缘轮廓点三维现实世界坐标系坐标计算

根据摄像机成像模型、摄像机坐标系和三维现实世界坐标系之间的变换关系，建立反映螺旋桨叶片边缘轮廓点像素坐标与三维现实世界坐标关系的投影矩阵，通过投影矩阵的标定建立以像素坐标为基础的边缘轮廓点三维现实世界坐标系坐标的计算模型。利用边缘轮廓点的三维现实世界坐标系坐标计算模型，计算得到螺旋桨桨叶边缘轮廓点的三维现实世界坐标系坐标。

4)螺旋桨桨叶宽度值计算

以计算得到的螺旋桨桨叶边缘轮廓点三维现实世界坐标系坐标为基础，通过将截面圆弧展开并利用螺旋桨的螺旋角进行计算，最终利用计算机实现桨叶任意位置的宽度。