[发明专利]基于摄影测量技术的大型风机叶片模态测试方法

权利要求书

1.一种基于摄影测量技术的大型风机叶片模态测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、在风机叶片表面布设多个反光编码标志，每个反光编码标志形成一个标志点，反光编码标志的布置方式为布满整个叶片，越靠近叶尖分布越密集，反光编码标志采用定向反光材料，为中间带字符的圆形标志，通过字符轮廓匹配识别标志和定位标志圆心；

S2、将风机叶片的根部夹持安装固定后，激励叶片随机振动，其中风机叶片根部通过可旋转的安装夹具夹持安装固定，通过调整安装夹具的旋转角度使叶片的迎风面处于相机的拍摄视场范围内，使用力锤在叶片背面靠近根部60％区域连续持续的随机激励，使叶片处于振动状态；

S3、用一对工业相机组成的双目视觉测试系统对随机激励振动下的风机叶片表面图像进行同步连续采集；

S4、对采集获得的连续照片中的多个标记点进行实时识别和定位，提取标记点中心的亚像素级坐标并进行双目立体视觉匹配；

S5、结合相机标定参数，通过三维重建计算多个标记点中心的三维坐标，得到时域振动位移信号；

S6、对各标记点中心的三维坐标的时域振动位移信号进行微分处理，得到振动速度信号和加速度信号；

S7、通过傅立叶变换将时域信号变换到频域中观察峰值，得出模态频率估计值；

S8、结合模态频率估计值，用随机子空间识别法对叶片的模态参数进行精确计算，获取叶片的固有频率、振型和阻尼比。

2.根据权利要求1所述的基于摄影测量技术的大型风机叶片模态测试方法，其特征在于：在步骤S3中，相机的连续拍摄帧率大于需获取的风机叶片振动频率的2倍。

3.根据权利要求1所述的基于摄影测量技术的大型风机叶片模态测试方法，其特征在于：在步骤S4中对照片依次进行滤波、去噪、阈值分割和特征识别、中心提取、立体视觉匹配。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的基于摄影测量技术的大型风机叶片模态测试方法，其特征在于：双目视觉测试系统中的一对工业相机包括左相机和右相机，在步骤S5中，设左相机像空间坐标系O-xyz与标记点的坐标系重合，像平面坐标系为O₁-u₁v₁，有效焦距为f₁，右相机像空间坐标系O_r-x_ry_rz_r，像平面坐标系为O₂-u_rv_r，有效焦距为f_r；设标记点P在O-xyz中的坐标为(X,Y,Z)，其在左照片中对应的像点p在O-xyz中的坐标为(x,y,-f₁)，标记点P在右照片中对应的像点p_r在O_r-x_ry_rz_r中的坐标为(x_r,y_r,-f_r)；

对于左照片，有O、p和P三点共线有：

即：

对于右照片，由O_r、p_r和P三点共线有

式中，(X’,Y’,Z’)为点P在O_r-x_ry_rz_r中的坐标，即：

O-xyz坐标系与O_r-x_ry_rz_r坐标系之间的相互位置关系通过旋转和平移实现转换，设分别为O-xyz坐标系与O_r-x_ry_rz_r坐标系之间的旋转矩阵和平移矩阵，则有：

将(5)式代入(4)式得：

根据相机焦距参数、待测空间点在左、右照片中的像坐标、旋转矩阵R和平移矩阵T，联合(2)式与(6)式计算标记点的三维坐标。