CN101915561B - 基于投影图像的直升机旋翼共锥度测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供基于投影图像的直升机旋翼共锥度测量装置及方法。包括旋翼头、桨叶、光源、相机，暗箱和接近开关，标准桨叶和伴随桨叶安装在旋翼头上，旋翼头上还设置有安装被测桨叶的螺栓孔，暗箱置于旋翼头旁，光路为斜下方向的光源置于旋翼头的上方、且当桨叶纵轴线与光源中轴线在一个平面时光源发射的光部分照射到桨叶叶尖部位、部分越过叶尖，光源和叶尖投影到暗箱底部，CCD相机位于暗箱的上方、且镜头竖直向下，第一接近开关和第二接近开关置于旋翼头的一侧。本发明具有安装维修简捷，调节方便，工作稳定可靠，精度高等特点。可实现对旋翼快速、简单、高精度地测量。

Description

基于投影图像的直升机旋翼共锥度测量装置及方法

技术领域

本发明涉及的是一种用于测量领域的共锥度测量装置及方法。

背景技术

直升机旋翼共锥度是旋翼动平衡测量的一个主要指标，它直接关系到直升机的安全和其他各项重要性能的优劣，是直升机生产、维护中的重要检查项目。共锥度测试的目的就是保证桨叶出厂后可以达到单片互换。当直升机飞行时，桨叶会微微往上翘，形成一个倒置的圆锥体，若升力一致，则各桨叶运动在同一个椎体上，通常称为共锥面。若升力不一致，那么各桨叶运动的轨迹不共锥，此时桨叶高度就不等高。被测桨叶的共锥度特性可通过被测桨叶锥度与标准桨叶锥度的差来表述，差值越小说明旋翼共锥度特性越好。共锥度的测量是在旋翼高速旋转动态下进行，过去由于技术的限制，一直较难进行精确的测量。随着光电技术、电子技术，特别是信息技术的发展，现在已经出现了多种测量方法。

目前国内的测量系统大多是国外的产品，常见的方法是采用组成激光光路利用几何原理测量或是采用CCD相机进行测量，激光光路具有光路调节不方便等缺点，传统的CCD相机测量方案通过采集桨叶边缘的成像信息进行测量。

发明内容

本发明的目的在于提供实现对旋翼快速、简单、高精度地测量基于投影图像的直升机旋翼共锥度测量装置及方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明基于投影图像的直升机旋翼共锥度测量装置，包括旋翼头、桨叶、光源、CCD相机和接近开关，其特征是：还包括暗箱，标准桨叶和伴随桨叶安装在旋翼头上，旋翼头上还设置有安装被测桨叶的螺栓孔，暗箱置于旋翼头旁，光路为斜下方向的光源置于旋翼头的上方、且当桨叶纵轴线与光源中轴线在一个平面时光源发射的光部分照射到桨叶叶尖部位、部分越过叶尖，光源和叶尖投影到暗箱底部，CCD相机位于暗箱的上方、且镜头竖直向下，第一接近开关和第二接近开关置于旋翼头的一侧。

本发明基于投影图像的直升机旋翼共锥度测量装置还可以包括：

所述的光源为柱状光源。

本发明基于投影图像的直升机旋翼共锥度测量方法，其特征是：

(1)标准桨叶和伴随桨叶安装在旋翼头上，旋翼头上还设置有安装被测桨叶的螺栓孔，暗箱置于旋翼头旁，光路为斜下方向的光源置于旋翼头的上方、且当桨叶纵轴线与光源中轴线在一个平面时光源发射的光部分照射到桨叶叶尖部位、部分越过叶尖，光源和叶尖投影到暗箱底部，CCD相机位于暗箱的上方、且镜头竖直向下，第一接近开关和第二接近开关置于旋翼头的一侧；

(2)旋转旋翼头，采用第一接近开关产生脉冲信号标定桨叶顺序，第二接近开关产生同步脉冲信号标定桨叶位置，当桨叶叶尖遮挡部分光线时，第二接近开关产生同步脉冲信号，触发CCD相机采集光源和叶尖在暗箱底部的投影；

(3)对采集到的图像去噪、滤波、边缘提取，获得光斑边缘距桨叶叶尖距离信息，从而得到桨叶的高度信息、实现直升机旋翼共锥度的测量。

本发明的优势在于：本发明具有安装维修简捷，调节方便，工作稳定可靠，精度高等特点。可实现对旋翼快速、简单、高精度地测量。

附图说明

图1为本发明的基于投影图像的直升机旋翼共锥度测量装置的结构示意图；

图2为本发明的高度差计算原理图；

图3为本发明暗箱底部添加与桨叶圆周同曲率圆弧后俯视示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～3，基于投影图像的直升机旋翼共锥度测量装置，包括旋翼头、桨叶4、光源、CCD相机3和接近开关，其特征是：还包括暗箱2，标准桨叶和伴随桨叶安装在旋翼头上，旋翼头上还设置有安装被测桨叶的螺栓孔，暗箱2置于旋翼头旁，光路为斜下方向的光源1置于旋翼头的上方、且当桨叶4纵轴线与光源1中轴线在一个平面时光源1发射的光部分照射到桨叶4叶尖部位、部分越过叶尖，光源1和叶尖投影到暗箱2底部，CCD相机3位于暗箱2的上方、且镜头竖直向下，第一接近开关5和第二接近开6关置于旋翼头的一侧。所述的光源1采用柱状光源。测量时，被测桨叶安装在旋翼头上。

基于投影图像的直升机旋翼共锥度测量方法，其特征是：

(1)标准桨叶和伴随桨叶安装在旋翼头上，旋翼头上还设置有安装被测桨叶的螺栓孔，暗箱2置于旋翼头旁，光路为斜下方向的光源1置于旋翼头的上方、且当桨叶4纵轴线与光源1中轴线在一个平面时光源1发射的光部分照射到桨叶4叶尖部位、部分越过叶尖，光源1和叶尖投影到暗箱2底部，CCD相机3位于暗箱2的上方、且镜头竖直向下，第一接近开关5和第二接近开关6置于旋翼头的一侧；

(2)旋转旋翼头，采用第一接近开关5产生脉冲信号标定桨叶4顺序，第二接近开关6产生同步脉冲信号标定桨叶4位置，当桨叶4叶尖遮挡部分光线时，第二接近开关6产生同步脉冲信号，触发CCD相机3采集光源1和叶尖在暗箱2底部的投影；

(3)对采集到的图像去噪、滤波、边缘提取，获得光斑7边缘距桨叶4叶尖距离信息，从而得到桨叶4的高度信息、实现直升机旋翼共锥度的测量。

桨叶4高度差Δh的计算如下：

假设δ为光源1在暗箱2底部光斑7直径，h为光斑7距成像物镜的距离，f为CCD成像系统的焦距，ε为光斑7在CCD靶面上的成像尺寸。根据小孔成像原理可得光斑7直径计算公式为：

$\mathrm{\δ}=\frac{(h-f)\mathrm{\ϵ}}{f}---\left(1\right)$

图2所示为高度差计算原理图，图中Φ为光源1直径，δ为光源1在暗箱2底部光斑7直径，δ₁和δ₂分别为标准桨叶和被测桨叶4叶尖在暗箱2底部阴影成像顶端边缘与光斑7成像边缘的距离。由几何原理很容易得到：

$\mathrm{\Δh}=({\mathrm{\δ}}_2-{\mathrm{\δ}}_1)\frac{\mathrm{\φ}}{({\mathrm{\δ}}^2-{\mathrm{\φ}}^2)}---\left(2\right)$

在实际操作中为了计算方便，如图3所示可在暗箱2底部光斑7中加入与桨叶4尖端旋转所成圆周同等曲率的圆弧8作为边界点，比以光斑7边缘作为边界点容易计算，且更加精确。

Claims (3)

1.基于投影图像的直升机旋翼共锥度测量装置，包括旋翼头、标准桨叶、伴随桨叶、光源、CCD相机、第一接近开关、第二接近开关，其特征是：还包括暗箱，标准桨叶和伴随桨叶安装在旋翼头上，旋翼头上还设置有安装被测桨叶的螺栓孔，暗箱置于旋翼头旁，光路为斜下方向的光源置于旋翼头的上方、且当桨叶纵轴线与光源中轴线在一个平面时光源发射的光部分照射到桨叶叶尖部位、部分越过叶尖，光源和叶尖投影到暗箱底部，CCD相机位于暗箱的上方、且镜头竖直向下，第一接近开关和第二接近开关置于旋翼头的一侧，第一接近开关产生脉冲信号标定桨叶顺序，第二接近开关产生同步脉冲信号标定桨叶位置，当桨叶叶尖遮挡部分光线时，第二接近开关产生同步脉冲信号，触发CCD相机采集光源和叶尖在暗箱底部的投影。

2.根据权利要求1所述的基于投影图像的直升机旋翼共锥度测量装置，其特征是：所述的光源为柱状光源。

3.基于投影图像的直升机旋翼共锥度测量方法，其特征是：

(1)标准桨叶和伴随桨叶安装在旋翼头上，旋翼头上还设置有安装被测桨叶的螺栓孔，暗箱置于旋翼头旁，光路为斜下方向的光源置于旋翼头的上方、且当桨叶纵轴线与光源中轴线在一个平面时光源发射的光部分照射到桨叶叶尖部位、部分越过叶尖，光源和叶尖投影到暗箱底部，CCD相机位于暗箱的上方、且镜头竖直向下，第一接近开关和第二接近开关置于旋翼头的一侧；

(2)旋转旋翼头，采用第一接近开关产生脉冲信号标定桨叶顺序，第二接近开关产生同步脉冲信号标定桨叶位置，当桨叶叶尖遮挡部分光线时，第二接近开关产生同步脉冲信号，触发CCD相机采集光源和叶尖在暗箱底部的投影；

(3)对采集到的图像去噪、滤波、边缘提取，获得光斑边缘距桨叶叶尖距离信息，从而得到桨叶的高度信息、实现直升机旋翼共锥度的测量。

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