CN201917326U - 一种基于立体视觉的直升机旋翼共锥度测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的是一种基于立体视觉的直升机旋翼共锥度测量装置。主要包括支架、一台摄像机、两个反光镜；摄像机安装在支架上，两个反光镜安装在摄像机的前端的支架上。本直升机旋翼共锥度测量立体视觉装置通过在支架上设置一台摄像机以及反光镜，实现对桨叶的立体信息的获取，具有结构简单、使用方便、精度较高、支架非结构性形变对测量结果无影响的优点。

Description

一种基于立体视觉的直升机旋翼共锥度测量装置

技术领域

本实用新型涉及的是一种测量装置，具体地说是一种直升机旋翼共锥度测量装置。

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，利用不同位置的桨叶，在CCD相机上的成像位置不同的原理进行测量。

发明内容

本申请的目的在于提供一种结构简单，使用方便、精度较高、支架非结构性形变对测量结果无影响的基于立体视觉的直升机旋翼共锥度测量装置。

本实用新型的基于立体视觉的直升机旋翼共锥度测量装置，主要包括支架、一台摄像机、两个反光镜；摄像机安装在支架上，两个反光镜安装在摄像机的前端的支架上。

本实用新型还可以包括：

所述的两个反光镜通过转轴安装在支架上，支架上设置有反光镜角度调节旋钮和位置调节旋钮。

反光镜上有纵中轴刻线和纵中轴刻线。

反光镜上有以反光镜中轴线为对称轴的矩形刻线。

本直升机旋翼共锥度测量立体视觉装置通过在支架上设置一台摄像机以及反光镜，实现对桨叶的立体信息的获取，具有结构简单、使用方便、精度较高、支架非结构性形变对测量结果无影响的优点。

本装置采用基于视差理论的机器立体视觉方法，仅采用一个摄像机，通过反光镜，获得桨 叶的两个成像信息，大多是运用两个或多个摄像机对同一景物从不同位置成像获得立体像对，通过各种算法匹配出相应像点，从而计算出视差，然后采用基于三角测量的方法恢复深度(距离)信息。可实现对直升机旋翼锥度值的测量。

附图说明

图1a直升机旋翼共锥度测量立体视觉装置结构示意图。

图2b是本实用新型的接近开关安装示意图。

图2桨叶距离计算原理图。

图3反光镜正面示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本实用新型做更详细的描述：

结合图1和图3。本直升机旋翼共锥度测量立体视觉装置，主要由支架1，一台摄像机2，反光镜3、4，接近开关9、10组成。反光镜3、4通过支架1固定在摄像机2的前端，所述的反光镜3、4可通过调节旋钮6调节，绕转轴5转动，实现角度调节，通过调节旋钮7，实现与摄像机2相对位置的调节。反光镜3、4的横向中心位置由横中轴刻线11、12标示出来，反光镜3、4纵向中心位置由纵中轴刻线13、14标示出来。测量时接近开关一9产生脉冲信号标定桨叶顺序，接近开关二10产生同步脉冲信号标定桨叶位置，触发摄像机2采集桨叶8的成像信息。

拍摄图像时，通过调节旋钮6、7调节反光镜3、4与摄像机2的角度和相对位置，使图像具有较好的拍摄效果。在摄像机靶面上得到桨叶的两个成像。然后对得到的图像进行处理，通过各种算法匹配出相应像点，从而计算出视差，然后恢复深度(距离)信息。

下面对深度信息的求取计算进行介绍：

图2所示为桨叶距离计算原理图，以摄像机轴线与靶面平面的交点为原点，以反光镜纵中心线在靶面平面成像所在直线为x轴，指向被测点的方向为x轴正方向，摄像机轴线为y轴，指向反光镜的方向为y轴正方向。图中P(k，n)为桨叶被测点，W3(h3，L3)为被测点光路与反光镜1的交点，M3(x3，y3)为被测点P在靶面上的成像点，W1(h1，L1)为反光镜1矩形刻线的前边在成像光路平面上的点，M1(x1，y1)为W1在靶面上的成像点，W(h，L)为反光镜1中心线在成像光路平面的点，M(x，y)为W在靶面上的成像点，W2(h2，L2)为反光镜1矩形刻线的前边在成像光路平面上的点，M2(x2，y2)为W2在靶面上的成像点，F1坐标为(k1，n1)，F2坐标为(k2，n2)，E(q，r)为被测点光路与反光镜2的交点，摄像机焦距为f，反光镜上矩形刻线纵向边长为S，其中f、S为已知量。根据透镜成像原理有公式：

$L1=f-\frac{f*h1}{x1}---\left(1\right)$

$L=f-\frac{f*h}{x}---\left(2\right)$

$L2=f-\frac{f*h2}{x2}---\left(3\right)$

$L3=f-\frac{f*h3}{x3}---\left(4\right)$

由几何关系可得：

$L=\frac{L1+L2}{2}---\left(5\right)$

$h=\frac{h1+h2}{2}---\left(6\right)$

(L2-L1)²+(h2-h1)²＝S²    (7)

联立公式(1)、(2)、(3)、(5)、(6)、(7)可求得h1、L1、h、L、h2、L2

$h1=\frac{S*(x-x2)*x1}{\sqrt{{(x*x1+x*x2-2*x1*x2)}^2+{(x1+x2-2*x)}^2*f^2}}---\left(8\right)$

$L1=\frac{S*(x2-x)*f}{\sqrt{{(x*x1+x*x2-2*x1*x2)}^2+{(x1+x2-2*x)}^2*f^2}}+f---\left(9\right)$

$h=\frac{S*(x1-x2)*x}{2\sqrt{{(x*x1+x*x2-2*x1*x2)}^2+{(x1+x2-2*x)}^2*f^2}}---\left(10\right)$

$L2=\frac{S*(x2-x1)*f}{2\sqrt{{(x*x1+x*x2-2*x1*x2)}^2+{(x1+x2-2*x)}^2*f^2}}+f---\left(11\right)$

$h2=\frac{S*(x1-x)*x2}{\sqrt{{(x*x1+x*x2-2*x1*x2)}^2+{(x1+x2-2*x)}^2*f^2}}---\left(12\right)$

$L2=\frac{S*(x-x1)*f}{\sqrt{{(x*x1+x*x2-2*x1*x2)}^2+{(x1+x2-2*x)}^2*f^2}}+f---\left(13\right)$

由几何关系可得：

$\tan \mathrm{\θ}=\frac{h1-h2}{L1-L2}---\left(14\right)$

$\tan \mathrm{\θ}=\frac{h3-h1}{L3-L1}---\left(15\right)$

由式(4)、(14)、(15)得

$h3=\frac{(f*h1-f*h2+L1*h2-L2*h1)*x3}{x3*(L1-L2)+f*(h1-h2)}---\left(16\right)$

$L3=\frac{(f*h2-f*h1-L1*h2+L2*h1)*f}{x3*(L1-L2)+f*(h1-h2)}+f---\left(17\right)$

有：

$\tan \mathrm{\α}=\frac{h3}{L3-f}---\left(18\right)$

β＝π-2*θ+α            (19)

同理可求得E点坐标和角度Φ。

有几何关系可得：

n-r＝(q-k)*tanφ          (20)

n-L3＝(h3-k)*tanβ        (21)

由公式(20)、(21)可得：

$k=\frac{L3-r+h3*\tan \mathrm{\β}-q*\tan \mathrm{\φ}}{\tan \mathrm{\β}-\tan \mathrm{\φ}}---\left(22\right)$

$n=(h3-\frac{L3-r+h3*\tan \mathrm{\β}-q*\tan \mathrm{\φ}}{\tan \mathrm{\β}-\tan \mathrm{\φ}})*\tan \mathrm{\β}+L3---\left(23\right)$

由公式(22)、(23)可以看出，支架非结构性形变对测量结果无影响。在实际应用中为了取得更好的效果，如图3所示，可在反光镜上画上以反光镜中轴线为对称轴的边长已知的矩形刻线15、16，以矩形刻线的两边代替反光镜的前后边缘，进行计算。

Claims (4)

1.一种基于立体视觉的直升机旋翼共锥度测量装置，主要包括支架、一台摄像机、两个反光镜；其特征是：摄像机安装在支架上，两个反光镜安装在摄像机的前端的支架上。

2.根据权利要求1所述的一种基于立体视觉的直升机旋翼共锥度测量装置，其特征是：所述的反光镜通过转轴安装在支架上，支架上设置有反光镜角度调节旋钮和位置调节旋钮。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于立体视觉的直升机旋翼共锥度测量装置，其特征是：反光镜上有纵中轴刻线和纵中轴刻线。

4.根据权利要求3所述的一种基于立体视觉的直升机旋翼共锥度测量装置，其特征是：反光镜上有以反光镜中轴线为对称轴的矩形刻线。 

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