[发明专利]基于结构光的空气预热器转子三维测量与可视化方法

说明书

本发明公开了一种基于结构光的空气预热器转子三维测量与可视化方法。该方法通过提取相邻环状点云交集部分进行ICP配准，省去了相机之间位姿关系的标定过程，避免了外参标定带来的误差，极大缩减了算法复杂度，并提高了测量结果的精确度。同时，使用圆点阵列光源，由于实际情况下圆点有可能缺损，从而导致圆心检测的偏差，本发明提出使用近邻估算的方法进行缺损圆点圆心计算修正，既保证了匹配的准确性，又简单快速。本发明为大型旋转物体，尤其是大型空预器转子的直接三维测量提供了一种新的简单、快速、准确的三维测量方法和新思路。

技术领域

本发明涉及一种三维测量技术，尤其是一种基于转台的结构光三维测量方法。

背景技术

回转式空气预热器是大型工业锅炉的主要辅机之一，简称“空预器”。是火力发电厂中实现锅炉高效燃烧和机组安全经济运行的关键设备。由于空预器上部(热端)输入是烟气(高温近400℃)，下部(冷端)吹入的是空气(低温20℃左右)导致空预器整体受热不均匀，产生“蘑菇”状变形，大量的助燃空气泄露到烟道，造成风机电耗增加，锅炉燃烧热效率下降。

因此，如何检测空预器的形貌和热变形，从而指导空预器设计，对于有效减少空预器漏风，提高锅炉效率非常重要。目前，还没有对整个表面形貌和径向变形量测量的装置，导致空预器设计多依赖理论计算和数值仿真方式。例如采用预留间隙值的方法，但实际生产中这个间隙值是随负荷变化而变化，而且由于空预器半径比较大，沿径向方向的变形量也大小不同，因此预留量普遍偏大，漏风较大。此外，由于空预器运行在密封环境下没有光线，操作人员看不到里面的运行情况，也导致热态运行维护不便。

近年来三维测量技术已经趋于成熟，但在不干扰设备工作的情况下，直接对运行状态中的旋转物体直接进行三维测量并没有取得很大的进展。

空预器属于大型工业零件，而对大型工业零件进行三维测量过程中，受制于单个相机视场范围，很难通过传统的基于结构光的计算机视觉方法实现物体几何外形的三维重构和测量(如文献：宋龙,李广慧,刘保臣,等.基于线结构光双目测量系统有效视区的标定[J].机械工程师,2007,(9):24-26.)。

基于转台的结构光三维测量方法，如专利：ZL201610443919.7，一种桨叶的三维全场变形测量方法，虽然可以解决旋转物体的三维测量问题，但该方法进行了复杂的转轴位姿标定和空间点计算，而大多实际情况并不满足转轴标定所需的条件，因此难以运用于空预器转子三维测量。

因此，如何对运行状态中的大型旋转空预器转子进行三维测量仍然是本领域未能解决的难题。

发明内容

为实现对运行状态中的大型旋转空预器转子进行高效、准确的三维测量，本发明提供了一种基于结构光的空气预热器转子三维测量与可视化方法。

本发明所采用的技术方案是：基于结构光的空气预热器转子三维测量与可视化方法，包括以下步骤：

S1：对所有双目相机进行离线标定，得到相机内参，用于立体视觉矫正；一个组目相机与一个圆点阵列光源组成一组测量单元；

S2：在空预器冷端沿转子的一条半径均匀固定标志块，依据被测物半径尺寸决定标志块数量，作为确定转子旋转一周的起始标志并作为相邻相机测量区域的分界线，为后端点云拼接提供初始值；然后布置与标志块一一对应的测量单元；

S3：打开圆点阵列光源，进行补光，使转子的转轴和所有相机处于待启动状态，转轴进入匀速转动状态后，所有相机同步采集转子旋转一周的图像；对采集到的图像进行拼接，拼接成环状图像，并得到相邻两帧之间的单应变换H；

S4：空预器转子继续旋转，所有相机开始采集包含激光圆点阵列的图像，旋转一周时，激光扫过整个空预器转子表面；