基于参数可调无衍射柵型结构光投影的叶片测量及相关理论研究
航空发动机在航空器械中的作用相当于“心脏”，而作为“心脏中的心脏”之称的航空叶片，其重要程度不言而喻。现有的使用较普遍的航空叶片检测方法大多为接触式测量法，由于叶片面型十分复杂同时尺寸跨度又大，因此这些方法无法同时满足叶片高效率与高精度的测量要求。为解决这一问题，本文提出一种参数可调无衍射柵型结构光的实现方法，利用这种结构光作投影光源进行测量时，可以根据叶片的不同表面调整条纹的宽度和景深（也即无衍射范围），以达到最佳的测量状态，结合投影系统测量模型，并综合摄像机标定相关技术及条纹相位获取相关方法，本论文实现了叶片等实物表面的三维形貌精密测量。主要工作如下： 提出一种基于两个可转动的光学平面反射镜实现柵型结构光的方法。对该结构光投影系统进行了理论研究和ZEMAX光学建模仿真，仿真结果表明得到的结构光光强成正弦分布、景深大，条纹具有无衍射特性且间距、无衍射范围及无衍射中心最大传播距离可以随着平面反射镜的转动而改变。 对投影系统产生的细密栅型条纹进行扩束和降噪，在此基础上深入研究了所采集物面变形条纹图像的相位提取技术，包括利用5幅相互间相位差为π/2的相移图像来获取包裹相位信息以及基于路径选择的包裹相位展开算法。最后对影响相位获取精度的各种误差来源作了分析，提出后续改进措施。 采用一种基于远心投影测量模型的标定方法对系统进行了标定研究，借助摄像机针孔模型以及投影光平面与参考平面的几何关系建立了物面高度与相位的关系。对系统进行了标定实验，验证了所提模型的可行性与准确性，同时对影响系统标定精度的误差作了适当分析。 基于相位测量原理搭建平台进行实验，通过对标准物面的测量，评估了系统的测量精度，证实了系统的实施可行性；对影响系统精度的误差做了定性与定量分析，提出误差补偿措施并进行了相关实验；最后对某型号叶片表面的几个特征曲面进行了测量，并将测量结果与柔性关节臂测量机的测量结果做比对，评估了匹配精度。整个系统为解决航空叶片类复杂曲面的非接触三维测量提供了新的研究思路。
航空叶片;三维形貌;精密测量;栅型结构光;条纹图像;相位提取
华中科技大学
硕士
测试计量技术及仪器
周莉萍
2015
中文
V263
104
2016-05-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）