[发明专利]螺旋桨桨叶厚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厚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，对包括螺旋桨桨叶厚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，桨叶的厚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厚度进行反复的测量，以便为桨叶的进一步加工提供依据。因此，叶厚的准确测量，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。

目前，螺旋桨桨叶厚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。螺旋桨桨叶是一组多向倾斜、变化曲率的螺旋扭曲体，表征桨叶几何形状的面和线多数呈既弯曲，又倾斜，并扭旋的特点，各厚度线的长度是决定桨叶截面形状的基本参数，各截面的形状是构成桨叶整体形状的基础。因此，在测量桨叶厚度时，往往很难同时找准某一参数在各有关方向上的定位基准，或是不易直接测得某些参数的量值，常需采用专项检测工具和特定的检测方法，甚至还要采用某些假设的近似参数去替代那些复杂的参数。现有坐标测量机采用的接触式方式进行螺旋桨桨叶测量，还难以进行桨叶厚度测量时需要的叶面和叶背对应测量点的准确定位。这些测量机体积巨大，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，测量过程费时费力，严重影响了测量的效率，不能实现自动测量。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厚度测量的新方法。本发明提出的桨叶厚度测量新方法属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厚度的测量。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厚度测量新方法为基础，可以进行螺旋桨桨叶厚度的自动测量，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厚度的非接触式全自动化测量。利用该方法进行螺旋桨桨叶厚度的测量时，不需要叶面和叶背对应测量点的准确定位，属于非接触式全自动测量。

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厚度。

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厚度的计算等几个步骤。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，必要时采用适当照明，分别采集包含投影点的桨叶叶面和叶背图像各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表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)螺旋桨桨叶厚度的计算