[发明专利]螺旋桨桨叶螺距测量的新方法

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螺距测量的新方法。

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，对包括螺旋桨桨叶螺距等许多技术指标进行了规范。因此在螺旋桨制造过程中为了控制螺旋桨的质量，需要对螺旋桨桨叶螺距参数进行反复测量。通过螺旋桨桨叶螺距参数的测量，可以为满足螺旋桨桨叶螺距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螺距参数，对于控制螺旋桨制造质量具有重要意义。

目前，螺旋桨桨叶螺距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。极柱坐标测量机和三坐标测量机是螺旋桨常用的坐标测量机设备。这些坐标测量机是通过测杆和测量头以直接接触螺旋桨桨叶的方式来获得叶片测量点的几何坐标，因此测量时需要逐一确定测量的位置。目前，有的坐标测量机还需要人工记录测量数据。由于每个螺旋桨包含多个桨叶，因此在螺旋桨制造过程中需要对每个桨叶不同的测量截面都进行逐点坐标测量。在螺旋桨制造过程中利用现有的坐标测量机进行螺旋桨桨叶测量存在费时费力问题。在测量过程中，现有坐标测量机由于需要逐一确定每个截面和测量点位置，由此引起的繁重工作量常常造成人为的测量错误。另外现有坐标测量机测量时测量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。现有坐标测量机采用的接触式方式进行螺旋桨桨叶螺距的测量，工作量巨大花费时间长。另外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。因而，现有技术还有待进一步的改进和提高。

本发明是有关螺旋桨桨叶螺距测量的新方法。本发明提出的螺距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螺距的测量。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测量新方法为基础，可以进行螺旋桨桨叶螺距的自动化测量，还将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：

本发明针对现有螺旋桨桨叶螺距测量方法的不足，提出了一种基于图像的螺旋桨桨叶螺距测量新方法，该方法利用图像处理技术及双目视觉成像原理进行螺旋桨桨叶螺距准确、便捷的非接触式测量。

为了达到上述目标，本发明采用的技术方案是：利用CCD摄像机构建双目视觉图像采集系统，获得螺旋桨桨叶的清晰图像，对桨叶图像进行数字化处理，得到桨叶待测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待测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待测点在三维现实世界坐标系的三维坐标，构建桨叶的三维数字化模型，并利用计算机计算螺旋桨桨叶待测点的螺距。

本发明包括螺旋桨桨叶图像的采集、待测点和桨毂圆心点二维图像坐标系像素坐标获取、待测点和桨毂圆心点三维现实世界坐标系坐标计算、螺旋桨待测点螺距的计算等几个步骤。本发明包括的步骤如下：

1)螺旋桨桨叶图像的采集

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，采集包含待测点的螺旋桨叶片的2幅图像。

2)螺旋桨桨毂圆心点二维图像坐标系像素坐标获取

对两幅图像进行图像的数字化处理，并检测螺旋桨桨毂的圆心点，最后获取待测点和桨毂圆心点的二维图像坐标系像素坐标。

3)待测点和桨毂圆心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待测点和桨毂圆心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待测点和桨毂圆心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待测点和桨毂圆心点的三维现实世界坐标系坐标。

4)待测点螺距计算