[发明专利]螺旋桨桨叶重量的自动测量新方法

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重量的非接触式自动测量新方法。

技术背景：

螺旋桨是船舶推进最重要的设备之一，由于螺旋桨是悬挂在艉轴管外的，螺旋桨重量的作用势必对其推进效果有着重要的影响。为了确保螺旋桨的制造质量，国家技术监督部门对各种规格螺旋桨的重量进行了规范，各螺旋桨生产厂为了保证螺旋桨生产的质量，在螺旋桨制造过程中需要对螺旋桨桨叶的重量进行反复的测量。通过螺旋桨桨叶重量的测量，可以为满足螺旋桨设计的技术要求而进行桨叶加工量的准确调整提供依据。因此方便准确地测量螺旋桨桨叶的重量，对于控制螺旋桨制造质量具有重要的意义。

由于大型螺旋桨的体积巨大，不可能应用直接称重的方法进行重量的测量。目前，螺旋桨桨叶重量一般是通过测量机测量出叶片各点坐标来计算螺旋桨桨叶体积，然后计算得到重量。这些坐标测量机是通过测杆和测头直接接触螺旋桨桨叶的方式来获得叶片测量点的坐标，因此测量时需要逐一确定测量的位置，有的坐标测量机还需要人工记录测量数据。在测量过程中，现有坐标测量机需要逐点确定每个截面和测量点的位置，由此引起的繁重工作常常造成人为的测量错误。此外，现有坐标测量机测量时测头需要接触桨叶的金属表面，长期使用造成的磨损也会引起测量误差。因此，上述因素影响现有坐标测量机进行螺旋桨桨叶的准确测量。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杆测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结构非线性变形，也影响测量精度的进一步提高。

本发明是有关螺旋桨桨叶重量自动测量的新方法。本发明提出的螺旋桨桨叶重量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重量的测量。由于本发明提出的是非接触数字化测量方法，与现有螺旋桨重量测量的原理不同，因此可以解决现有螺旋桨测量方法的不足。以本发明提出的螺旋桨桨叶重量测量新方法为基础，可以进行螺旋桨桨叶重量的自动测量。因此，本发明将为确保螺旋桨制造质量提供了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重量的非接触式全自动测量。利用该方法进行螺旋桨桨叶重量的测量时，不需要测量设备的测头接触螺旋桨金属表面，属于非接触式全自动测量方法。

为了达到上述目标，本发明采用的技术方案是：利用数字投影仪将计算机自动生成的投影点阵投射在待测螺旋桨表面，利用CCD摄像机获得螺旋桨桨叶的图像，对桨叶图像进行数字化处理，得到所有投影点的二维图像坐标系像素坐标，利用经过标定的摄像机模型进行桨叶所有投影点二维像素坐标向三维现实世界坐标系的映射，根据双目视觉理论计算得到所有投影点在三维现实世界坐标系的三维坐标，构建桨叶的三维坐标模型，并利用计算机计算螺旋桨桨叶的重量。

本发明包括投影点阵的计算机生成及桨叶图像的采集、所有投影点二维图像坐标系像素坐标获取、所有投影点三维现实世界坐标系坐标计算、螺旋桨桨叶三维坐标模型的构建以及桨叶重量的计算等几个步骤。本发明包括的具体步骤如下：

1)投影点阵的计算机生成及桨叶图像的采集

根据叶片形状通过计算机编程生成点阵，利用投影仪将点阵投射在待测螺旋桨桨叶表面，利用2个CCD摄像机建立双目视觉图像采集系统，必要时采用适当光照，分别采集包含投影点的桨叶叶面和叶背的清晰图像各2幅。

2)投影点二维图像坐标系像素坐标获取

针对采集到的桨叶叶面和叶背的图像，进行图像的数字化处理，以此获取所有投影点的二维图像坐标系像素坐标。

3)投影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，建立反映螺旋桨桨叶表面所有投影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所有投影点三维现实世界坐标系坐标的计算模型。利用双目视觉原理计算得到所有投影点的三维现实世界坐标系坐标。

4)螺旋桨桨叶三维坐标模型的构建

以桨叶叶面和叶背表面投影点的三维现实世界坐标系坐标为基础，对叶背表面投影点的三维坐标进行变换，使其与螺旋桨桨叶叶面投影点的三维坐标形成一一对应的相对位置关系，构建螺旋桨桨叶的三维坐标模型。

5)螺旋桨桨叶重量的计算

以构建的螺旋桨桨叶三维坐标模型为基础，通过利用计算机计算桨叶单位正方体的体积和重量，最终累加得到螺旋桨桨叶的重量。