[发明专利]基于图像处理技术的直升机旋翼锥体测量系统实现的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于图像处理技术的直升机旋翼锥体测量系统及测量方法。属于直升机旋翼锥体测量领域。

背景技术

直升机旋翼是直升机的重要组成部分之一，直接关系到直升机飞行过程中的动力稳定性及振动水平。而直升机旋翼桨尖的运动轨迹(旋翼锥体)是影响旋翼工作状态的主要参数。直升机旋翼工作状态的监测与调整方法一直是国内外相关学者的研究重点。虽然旋翼在制造过程中进行了严格的材料、工艺、工装等生产质量控制，但仍难以保证各桨叶特性的一致，这种不一致将会直接影响直升机飞行性能，尤其是直升机在高速飞行时影响更为明显，甚至会造成机毁人亡。据了解，俄罗斯生产的直升机振动较大，这与其在制造过程中的工艺、材料及是否采用了隔震和减震措施有关，而且未采用先进的测量仪器对直升机的旋翼锥体进行测量，从而根据测量数据得到直升机旋翼最佳的调整方案及减震措施。由于我国直升机制造领域长期依赖俄罗斯技术，这使得我国直升机也普遍存在以上问题。目前我国常用的直升机旋翼锥体测量方法有打纸筒法、频闪灯肉眼观察法、光学轨迹传感器(UTD)法。1950年发明了打纸筒法测量旋翼锥体，该方法技术原理简单、成本低，但只能在地面进行测量，误差约6mm左右，并且只能得到旋翼旋转一圈的共锥度值，到目前为止，我国仍在使用该方法；频闪灯方法具有操作简单、测量速度快等优点，但该方法通过操作者对旋翼共锥度进行肉眼估算，测量结果含有主观因素；光学轨迹传感器法是目前国内外普遍采用的方法，具有代表性的仪器有美国Scientific Atlanta公司研发的RADS测量仪，其测量误差约1mm。为了解决我国直升机旋翼锥测量长期依赖国外设备的问题，我国相关研究机构采用激光法、视频采集法等对直升机旋翼锥体进行测量，取得了一定的成果，测量误差约1.5mm。本文在此基础上，提出一种新的基于图像处理技术的可视化、非接触直升机旋翼锥体测量方法，并进行了地面模拟实验。该方法不仅可得到旋翼共锥度值，而且可实时掌握旋翼锥体运动状态，从而得到最佳的旋翼调整方案及减震措施。

发明内容

本发明是为了解决现有的对直升机旋翼锥体的测量存在测量难度大和测量精度低的问题。现提供基于图像处理技术的直升机旋翼锥体测量系统及测量方法。

基于图像处理技术的直升机旋翼锥体测量系统，它包括工业摄像机、磁转速传感器、 信号调理模块、PC104微处理器和LED频闪灯，

磁转速传感器的转速信号输出端连接信号调理模块的转速信号输入端，所述磁转速传感器用于检测直升机旋翼的转速信号，信号调理模块的串口信号输出端连接PC104微处理器的串口信号输入端，PC104微处理器的数据信号输出端连接工业摄像机的数据信号输入端，

信号调理模块的倍频信号输出端连接工业摄像机的倍频信号输入端，工业摄像机的图像处理信号输出端连接PC104微处理器的图像处理信号输入端，信号调理模块的倍频信号输出端连接LED频闪灯的倍频信号输入端。

基于图像处理技术的直升机旋翼锥体测量系统实现的测量方法，所述方法为：

磁转速传感器安装在直升机自动倾斜器上，直升机基准桨叶浆尖位置贴有矩形反光靶标，被测桨叶浆尖位置贴有尺寸已知的圆形靶标，直升机桨毂每转一圈输出一个尖峰脉冲，尖峰脉冲通过信号调理模块进行整形、滤波、放大后，计算得出旋翼转速为v₁，然后根据桨叶数量对信号进行信号频率的倍频，将倍频的频率信号作为频闪灯及工业摄像机的触发信号，当每片桨叶进入工业摄像机视场时，频闪灯亮起，摄像机拍摄一幅照片后，频闪灯灭，从而增大靶标对比，将得到的图像数据通过USB传送至PC104微处理器，当拍摄的照片达到设定值时，在PC104微处理器中将得到的图像进行图像处理，计算出被测桨叶与基准桨叶间的高度差，从而得到旋翼的共锥度。

基于图像处理技术的直升机旋翼锥体测量系统实现的测量方法，根据桨叶数量对信号进行信号频率的倍频的过程为：

根据公式：

f_s＝a/v₁

获得倍频信号频率f_s，a为桨叶数量。

基于图像处理技术的直升机旋翼锥体测量系统实现的测量方法，在PC104微处理器中将得到的图像进行图像处理，计算出被测桨叶与基准桨叶间的高度差，从而得到旋翼的共锥度的过程为：

在PC104微处理器中采用二值化分割算法获得二值化阈值、采用边缘检测算法获得中心像素坐标和采用靶标判别算法获得圆形靶标图像的真圆度和矩形靶标图像的真圆度，最终以反光靶标作为零点，得到三个被测靶标高度差，从而得到旋翼共锥度值。