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更新时间：2025-09-12
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桨距角视觉测量系统方案
核心原理：基于高速视觉追踪与图像处理技术，通过在涡轮叶片表面设置高反光标记点（如反光贴或 LED），利用高速摄像机实时捕捉叶片旋转过程中标记点的位置变化，结合图像识别算法解算叶片弦线与旋转平面的夹角（即桨距角）。
工作原理：
数字图像相关法（DIC）可用于测量物体的旋转角度，尤其在分析旋转部件（如机械叶片、旋转轴等）的运动特性时具有独特优势。以下是 DIC 测量旋转角度的核心原理、步骤及关键要点：1、预校准与坐标系建立使用圆点校准板（精度 ±0.01mm）标定相机内参（焦距、畸变系数）和外参（相机与叶片的相对位置）。2、核心原理DIC 通过对比物体表面散斑图案在不同状态下的图像，计算特征点的位移与变形，进而推导旋转角度。基本假设：物体表面的散斑图案具有唯性，且旋转过程中散斑随物体整体刚性转动（或伴随局部变形）。数学基础：通过追踪两点之间的相对位移变化，利用几何关系计算旋转角度。例如，对于平面内绕某中心点旋转的物体，两点的切向位移与旋转半径、角度满足：Δs=r*Δθ，得出Δθ=Δs/r；其中，Δs为切向位移，r为点到旋转中心的距离，Δθ为旋转角度。平面旋转模型：若物体绕固定中心 （x_0, y_0）旋转角度θ，任意点 (x, y)的位移满足： u=−(y−y_0)θ+u_0,v=(x−x_0)θ+v_0,其中 u_0, v_0 为平移分量。通过最小二乘法拟合全场位 移数据，可求解旋转中心 (x_0, y_0)和角度θ。
桨距角视觉测量系统方案测量步骤
1. 散斑制备与图像采集•散斑喷涂：在旋转物体表面喷涂高对比度散斑（如哑光白底漆 + 黑色随机斑点），确保散斑在旋转过程中清晰可辨。•高速成像：使用高速摄像机（配合同步触发装置）采集物体旋转前（初始状态）和旋转后（目标状态）的图像，帧率需匹配旋转速度，避免运动模糊。2. 图像预处理与特征点选取•预处理：对图像进行灰度化、去噪、对比度增强等操作，提升散斑特征的清晰度。•特征点定位：•手动选取：在旋转物体上选择两个或多个已知间距的标志点（或天然特征点，如边缘角点），作为旋转分析的参考点。•自动检测：通过角点检测算法（如 Harris、SIFT）自动识别散斑中的特征点。3. 位移计算与旋转角度推导•特征点匹配：利用 DIC 算法（如基于灰度互相关或特征描述子）匹配初始图像与目标图像中的特征点，获取其坐标变化。•平面旋转角度计算：•若物体绕平面内某点（非特征点）旋转，选取两个特征点A(x_1, y_1)和B(x_2, y_2)，旋转后对应点为A'(x_1’, y_1')和B'(x_2', y_2')。计算两点的位移向量；•利用向量叉乘或旋转矩阵求解旋转角度；•若物体绕自身某点旋转（如圆心），可通过极坐标变换分析特征点的径向与切向位移，直接求解角度。
1、摄像机安装：在涡轮试验台架侧面或上方固定高速摄像机，镜头光轴垂直于涡轮旋转平面，确保叶片旋转区域覆盖在视场内；若需多角度校准，可配置 2 台摄像机交叉拍摄。2、光源布置：在摄像机同侧或对侧安装高频频闪光源，采用漫射板均匀化照明，避免直射强光导致标记点过曝或背景噪声。3、记点位置：在每片叶片端（或叶身中部）粘贴 1～2 个反光标记点，形成特征标识（如不同形状 / 颜色区分叶片）。4、参考基准：在涡轮固定支架上设置静态参考标记（如十字标），作为旋转平面坐标系的基准原点。
间隙面差检测-检测原理基本原理是基于平面三角几何，用一束激光以某一角度聚焦在被测物体表面，然后从另一角度对物体表面上的激光光斑进行成像，物体表面激光照射点的位置高度不同，所接受散射或反射光线的角度也不同，用CCD光电探测器测出光斑像的位置，就可以计算出主光线的角度，从而计算出物体表面激光照射点的位置高度。当物体沿激光线方向发生移动时，测量结果就将发生改变，从而实现用激光测量物体的位移。
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