基于面结构光的航空发动机叶片三维测量研究

发布时间：2017-05-04 00:08

  本文关键词：基于面结构光的航空发动机叶片三维测量研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：航空发动机被称为飞机的“心脏”，叶片是航空发动机的关键部件，，由于叶片必须具有精确的尺寸、准确的形状，所以叶片的三维测量显得尤为重要。尽管国内外关于叶片三维测量的方法很多，每种方法都有各自的特点，但从测量精度、测量速度以及测量成本等方面综合考虑，这些方法都存在各自的局限和不足。因此如何找到一种高精度、高效率、低成本的三维测量方法是目前航空发动机叶片领域的研究热点。本课题提出了基于面结构光的叶片三维测量。由于该方法是基于面扫描的方式，测量精度较高，测量速度很快，测量成本低，能够有效的实现叶片三维测量。 本课题对基于面结构光的叶片三维测量的相关理论和方法做了深入的分析。选择了对复杂表面解相位效果较好，适用性广泛的时间编码方法。并采用了时间编码方法中能够同时提高分辨率和准确度的组合编码。主要研究了以下内容： 首先，研究了7幅格雷编码与四步相移法结合的叶片三维测量。搭建了基于三角法的叶片三维测量实验系统；采用了平面棋盘标定法完成了摄像机内部参数和外部参数的标定；应用了7幅格雷编码图案与四步相移法结合的组合编码实现了叶片三维测量。包括：光栅条纹编码、图像采集以及解相位。此方法涉及的关键技术：一、叶片格雷编码图案二值化，与叶片图案能否进行正确的解相位直接相关。二、周期错位的校正；采用了基于标志点的图像拼接技术以及相关软件处理，最终获得了叶片三维模型。 其次，研究了4幅编码条纹图案与四步相移法结合的叶片三维测量。面结构光技术的关键是解相位。为此，在保证质量的前提下，提高解相位速度成为实现叶片三维测量的关键问题。而格雷编码是通过设计一个独一无二的码字分配给每个2π相位变化的周期。每个码字由二进制序列组成，不同时期码字的变化按照格雷编码规则确定。所以本课题研究并提出了一种新的解相位方法。与格雷编码不同的是此方法设计了4幅编码条纹图案与四步相移法结合的组合编码，将码字嵌入到相位来确定光栅条纹周期次数，获得绝对相位的过程。并在实验室环境条件下对叶片进行了实验研究及仿真。由于该编码方法简单，易于实现，因此能快速的实现叶片解相位。 实验结果表明该方法同时实现了航空发动机叶片高精度、高效率、低成本的三维测量，测量精度达到了0.03mm。
【关键词】：三维测量 叶片 面结构光 组合编码 解相位
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：V232.4;TP391.41
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题研究背景9-11
• 1.2 课题研究意义11-13
• 1.3 国内外研究现状13-15
• 1.4 课题来源及研究的内容15-16
• 第2章 三维测量技术16-24
• 2.1 接触式三维测量17
• 2.2 非接触式三维测量17-24
• 2.2.1 面结构光法18-24
• 2.2.1.1 时间编码18-22
• 2.2.1.2 空间编码22-23
• 2.2.1.3 直接编码23
• 2.2.1.4 编码方法总结23-24
• 第3章 基于面结构光的叶片三维测量原理24-35
• 3.1 三角法系统结构24-25
• 3.2 格雷编码与相移法结合原理25-29
• 3.2.1 相移编码25-27
• 3.2.1.1 四步相移法25-26
• 3.2.1.2 解相位26-27
• 3.2.2 格雷编码27-28
• 3.2.3 格雷编码与相移法结合28-29
• 3.3 叶片 解相位的实现29-34
• 3.3.1 叶片格雷编码图像处理29-31
• 3.3.2 叶片解码31-33
• 3.3.2.1 相移编码的解码32
• 3.3.2.2 格雷编码的解码32-33
• 3.3.2.3 相位解包裹33
• 3.3.3 周期错位校正33-34
• 3.4 叶片三维点云34
• 3.5 本章小结34-35
• 第4章 叶片格雷编码与相移法结合的三维测量实验及仿真35-45
• 4.1 实验系统35-36
• 4.2 系统标定36-37
• 4.3 实验过程及仿真结果37-44
• 4.3.1 叶片37
• 4.3.2 叶片截断相位37-39
• 4.3.3 叶片解码周期39-41
• 4.3.4 叶片绝对相位41-43
• 4.3.5 叶片投射角划分43
• 4.3.6 叶片三维模型43-44
• 4.4 本章小结44-45
• 第5章 改进型叶片解相位原理45-51
• 5.1 光栅投影法系统结构45-46
• 5.2 相移法46-47
• 5.2.1 四步相移法46-47
• 5.2.2 解相位47
• 5.3 编码条纹图案47-49
• 5.4 编码条纹图案与相移法结合49-50
• 5.5 本章小结50-51
• 第6章 改进型叶片解相位实验及仿真51-56
• 6.1 叶片截断相位51-52
• 6.2 叶片解码周期52-54
• 6.3 叶片绝对相位54
• 6.4 叶片三维轮廓54-55
• 6.5 本章小结55-56
• 第7章 结论及误差分析56-59
• 7.1 结论56
• 7.2 误差分析56-59
• 7.2.1 光学成像误差56-57
• 7.2.2 计算方法误差57
• 7.2.3 照明误差57
• 7.2.4 图像噪声误差57-59
• 第8章 总结与展望59-60
• 8.1 总结59
• 8.2 展望59-60
• 参考文献60-64
• 致谢64-65
• 发表论文情况说明65-66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 吕乃光;孙鹏;娄小平;韩建栋;;结构光三维视觉测量关键技术的研究[J];北京信息科技大学学报(自然科学版);2010年01期

2 刘建伟;梁晋;梁新合;刘强;;大型水轮机叶片快速检测的新方法[J];光电工程;2009年08期

3 王亚元;;基于数字摄影的光学三维测量技术[J];工具技术;2005年12期

4 石照耀;韦志会;;精密测头技术的演变与发展趋势[J];工具技术;2007年02期

5 郝煜栋,赵洋,李达成;光栅投影式轮廓测量中两种误差的分析[J];光学学报;2000年03期

6 潘伟,赵毅,阮雪榆;结构光测量中获取高精度相位的新方法[J];光学学报;2004年05期

7 张启灿,苏显渝,曹益平,李勇,向立群,陈文静;利用频闪结构光测量旋转叶片的三维面形[J];光学学报;2005年02期

8 彭翔;韦林彬;邱文杰;田劲东;;广义条纹图序列编码的相位重建[J];光学学报;2006年08期

9 张宏伟,张国雄,李真,刘征;飞机发动机叶片的非接触测量[J];航空精密制造技术;2004年04期

10 孙护国,霍武军;航空发动机涡轮叶片的检测技术[J];航空发动机;2002年01期

  本文关键词：基于面结构光的航空发动机叶片三维测量研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：344025