CN101943573A - 基于光斑尺度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光斑尺度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、CCD相机和接近开关，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，光源和采集光源在桨叶上光斑成像的CCD相机置于旋翼头的斜上方、且CCD相机轴线与光源轴线在同一竖直面内、两者组成的竖直面垂直于标准桨叶所在的平面，第一接近开关和第二接近开关置于旋翼头的一侧。本发明具有调节方便，安装维修简捷，工作稳定可靠，精度高等特点。可实现对旋翼简单、快速、高精度地测量。

Description

基于光斑尺度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***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

本发明的目的在于提供结构简单、调节方便、安装维修简捷、工作稳定可靠的基于光斑尺度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： 

本发明基于光斑尺度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：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，光源和采集光源在桨叶上光斑成像的CCD相机置于旋翼头的斜上方、且CCD相机轴线与光源轴线在同一竖直面内、两者组成的竖直面垂直于标准桨叶所在的平面，第一接近开关和第二接近开关置于旋翼头的一侧。 

本发明基于光斑尺度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。 

本发明基于光斑尺度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，光源和采集柱状光源在桨叶上光斑成像的CCD相机置于旋翼头的斜上方、且CCD相机轴线与光源轴线在同一竖直面内、两者组成的竖直面垂直于标准桨叶所在的平面，第一接近开关和第二接近开关置于旋翼头的一侧； 

(2)旋翼头旋转，第一接近开关产生脉冲信号标定桨叶顺序，桨叶旋转到光源正下方时遮挡光源产生的可见光，同时第二接近开关产生同步信号、触发CCD相机采集桨叶上的光斑信息； 

(3)对采集到的图像去噪、滤波、边缘提取，获得光斑沿桨叶方向的直径信息，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：本发明具有结构简单，调节方便，安装维修简捷，工作稳定可靠等优点。可用于直升机共锥度测量。具有很高的实用价值。 

附图说明

图1为本发明基于光斑尺度的直升机旋翼共锥度测量装置的结构示意图； 

图2为本发明的光斑沿桨叶方向直径成像示意图； 

图3-图5为本发明的光源形状图及其在CCD靶面上的投影和激光代替光源。 

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，基于光斑尺度的直升机旋翼共锥度测量装置，包括旋翼头、桨叶3、光源1、CCD相机2和接近开关，其特征是：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，光源1和采集光源1在桨叶3上光斑成像的CCD相机2置于旋翼头的斜上方、且CCD相机2轴线与光源1轴线在同一竖直面内、两者组成的竖直面垂直于标准桨叶所在的平面，第一接近开关4和第二接近开关5置于旋翼头的一侧。所述的光源1为柱状光源。测量时，被测桨叶安装在旋翼头上。 

基于光斑尺度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，光源1和采集光源1在桨叶3上光斑成像的CCD相机2置于旋翼头的斜上方、且CCD相机2轴线与光源1轴线在同一竖直面内、两者组成的竖直面垂直于标准桨叶所在的平面，第一接近开关4和第二接近开关5置于旋翼头的一侧，测量时，被测桨叶安装在旋翼头上； 

(2)旋翼头旋转，第一接近开关4产生脉冲信号标定桨叶3顺序，桨叶3旋转到光源1正下方时遮挡光源1产生的可见光，同时第二接近开关5产生同步信号、触发CCD相机2采集桨叶3上的光斑信息； 

(3)对采集到的图像去噪、滤波、边缘提取，获得光斑沿桨叶3方向的直径信息，从而得到桨叶3的高度信息、实现直升机旋翼共锥度的测量。 

具体的计算方法有如下两种： 

一、共锥度高度差计算方法1： 

假设R为桨叶3上光斑直径，h为光斑距成像物镜的距离，f为CCD成像***的焦距，δ为光斑在CCD靶面上的成像尺寸。根据小孔成像原理可得桨叶3距相机2距离计算公式为： 

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

如果标准桨叶距相机2距离为h₁，被测桨叶距相机2距离为h₃，则有： 

$h_1=\frac{f}{{\mathrm{\δ}}_1}R+f---\left(2\right)$

$h_3=\frac{f}{{\mathrm{\δ}}_3}R+f---\left(3\right)$

故被测桨叶与标准桨叶的高度差为： 

$\mathrm{\Δh}=h_3-h_1=(\frac{1}{{\mathrm{\δ}}_3}-\frac{1}{{\mathrm{\δ}}_1})\mathrm{fR}---\left(4\right)$

二、共锥度高度差计算方法2： 

由于旋翼在旋转过程中，桨叶3形成一定的锥度。故桨叶3上光斑在CCD靶面上成像为椭圆。可通过图像分析求出椭圆的圆心和长、短半径尺寸信息。桨叶3上光斑沿桨叶3方向直径成像示意图如图2所示。其中，δ11和δ12分别表示椭圆的长、短半径长度，r表示摄像机中轴线距光斑最外边缘的水平距离。 由公式(1)可得： 

$h11=\frac{f}{{\mathrm{\δ}}_{11}}(R-r)+f---\left(5\right)$

$h12=\frac{f}{{\mathrm{\δ}}_{12}}r+f---\left(6\right)$

h11和h12分别表示桨叶3切割光束所得光斑的两个纵向边缘点的高度。同理可求得另外两片桨叶3在光斑两个纵向边缘点的高度。进而可求得高度差。由公式(5)和公式(6)以及光斑直径还可以直接求得旋翼的锥度。 

根据式(5)和(6)有： 

$h12-h11=\frac{f}{{\mathrm{\δ}}_{12}}r-\frac{f}{{\mathrm{\δ}}_{11}}(R-r)---\left(7\right)$

进而求得旋翼的锥度为： 

$\mathrm{\θ}=\arctan \left(\frac{h12-h11}{R}\right)=\arctan \left(\frac{{\mathrm{\δ}}_{11}r-{\mathrm{\δ}}_{12}(R-r)}{{\mathrm{\δ}}_{11}{\mathrm{\δ}}_{12}R}f\right)---\left(8\right)$

同理，通过椭圆形光斑成像在桨叶3横截面方向的长、短半径，可求得桨叶3的桨矩角。 

为了更方便、更准确的测量，在实际测量中在圆形光源的前端放置如图3所示中心带十字图案的圆环，则在CCD靶面上成像为光斑的内部有如图4所示内部有十字交叉线的椭圆阴影。圆心即为十字交叉点。计算时，无需寻找圆心和长、短半径。也可用图5所示十字形激光光源代替圆形光源。 

Claims (3)

1.基于光斑尺度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：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，光源和采集光源在桨叶上光斑成像的CCD相机置于旋翼头的斜上方、且CCD相机轴线与光源轴线在同一竖直面内、两者组成的竖直面垂直于标准桨叶所在的平面，第一接近开关和第二接近开关置于旋翼头的一侧。

2.根据权利要求1所述的基于光斑尺度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.基于光斑尺度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，光源和采集柱状光源在桨叶上光斑成像的CCD相机置于旋翼头的斜上方、且CCD相机轴线与光源轴线在同一竖直面内、两者组成的竖直面垂直于标准桨叶所在的平面，第一接近开关和第二接近开关置于旋翼头的一侧；

(2)旋翼头旋转，第一接近开关产生脉冲信号标定桨叶顺序，桨叶旋转到光源正下方时遮挡光源产生的可见光，同时第二接近开关产生同步信号、触发CCD相机采集桨叶上的光斑信息；

(3)对采集到的图像去噪、滤波、边缘提取，获得光斑沿桨叶方向的直径信息，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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