[發明專利]基于結構光相機的航空葉片表面量測方法及量測設備

有效

• 申請號: 202011422453.5
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN112964172B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 熊鑫鑫;陳浩;楊光;梁天為;韓建勛;鄭軍
• 申請（專利權）人: 聚時科技（上海）有限公司
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/06;G01B11/24;G01B11/255;G06T3/00;G06T7/80;G06T17/20;G06T7/62;G06T7/30
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 翁惠瑜

本發明涉及一種基于結構光相機的航空葉片表面量測方法及量測設備，包括以下步驟：通過兩臺相對設置的結構光相機采集航空葉片兩個表面的點云數據，形成三維的葉片點云；對所述葉片點云沿著軸向切片，獲得截面點云，所述軸向為葉片截面法矢方向；將所述截面點云降維至二維空間中；在所述二維空間中對所述截面點云進行輪廓提取，形成葉片截面多邊形；通過迭代搜索方法獲得所述葉片截面多邊形的最大內切圓半徑，從而獲得葉片厚度。與現有技術相比，本發明在保證量測精度的同時，提高航空葉片的量測效率。

技術領域

本發明涉及航空發動機參數測量技術領域，尤其是涉及一種基于結構光相機 的航空葉片表面量測方法及量測設備。

背景技術

航空發動機葉片制造水平對發動機研制起著至關重要的作用。現階段航空發動機葉片制造通常無法一步到位做到無余量加工，需要在前序加工后開展精密測量工 序，并且由測量結果進一步指導后續加工。發動機葉片維修過程中同樣需要對葉片 開展葉片測量來提取葉片磨損量等型面參數，從而保證修復精度。并且，航空發動 機葉片作為航空發動機的一種核心部件，同時它又是一種典型的高精度自由曲面零 件，其精確的物理尺寸參數直接影響了航空發動機的性能。在航空發動機內部，絕 不允許有微弱的裝配尺寸誤差，而且航空發送機的內部構造十分復雜，況且葉片又 是發動機內部工作環境最為惡劣的零件之一，正因為葉片要在惡劣復雜的環境下長 時間持續工作，若葉片的設計尺寸出現差錯，極易導致發動機在正常運轉時葉身受 到不均勻的循環應力，產生斷裂失效的風險。目前，航空葉片檢測存在一系列難題， 包括：1)測量精度要求高，葉片型面測量精度直接影響到葉片制造精度。2)測量 效率要求高。由于葉片是大批量生產的零件，生產數量成千上萬，提高測量速度和 效率是非常重要的一項任務。3)測量可靠性要求高。葉片測量數據處理結果要準 確反應葉片的實際狀態，這樣才可以保證葉片的制造質量達到要求。

當前，為滿足航空葉片高精度的量測要求，傳統航空葉片的量測方法使用三坐 標機對航空葉片進行表面量測。三坐標機測量法是一種高精度的三維空間檢測方法， 主要通過測量葉片輪廓上各測量點的坐標值，再利用一些建模與數據分析軟件，得 到葉片截面參數和形狀誤差等。作為接觸式測量方法，三坐標測量機是目前葉片檢 測手段中精度最高的一種。然而，三坐標測量機測量時需要接觸被測物表面，將不 可避免地對葉片造成一定的損傷，并且，三坐標測量機測量范圍小、體積大且不易 拆卸，受被測工件的尺寸限制大，葉片點云生成速度慢。這些都給快速精確量測葉 片參數帶來挑戰。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于結構光 相機的航空葉片表面量測方法及量測設備，在保證量測精度的同時，提高航空葉片 的量測效率。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基于結構光相機的航空葉片表面量測方法，包括以下步驟：

通過兩臺相對設置的結構光相機采集航空葉片兩個表面的點云數據，形成三維的葉片點云；

對所述葉片點云沿著軸向切片，獲得截面點云，所述軸向為葉片截面法矢方向；

將所述截面點云降維至二維空間中；

在所述二維空間中對所述截面點云進行輪廓提取，形成葉片截面多邊形；

通過迭代搜索方法獲得所述葉片截面多邊形的最大內切圓半徑，從而獲得葉片厚度。

進一步地，兩臺所述結構光相機經標定后進行所述點云數據的采集，所述標定 具體為：

將一標定塊放置于兩臺結構光相機中間，該標定塊至兩臺結構光相機的距離相等；

使用結構光相機采集該標定塊的點云數據；

使用迭代最鄰近點算法將標定塊的兩幀點云匹配到同一坐標框架下，得到的旋轉矩陣和平移矩陣，即獲得結構光相機的相機外參，完成標定。