[发明专利]一种精密小孔三维测量方法及装置

说明书

一种精密小孔三维测量方法，设置至少一台光场相机，用于拍摄所述待测精密小孔区域图像；设置合适光源照射被测精密小孔区域，以至于精密小孔能被光场相机良好成像；通过所述光场相机拍摄被测精密三维小孔区域，获得所述待测精密小孔区域图像，并进行光场多视角渲染及深度计算，获得光场多视角图像及深度图像；根据光场多视角图像及深度图像对被测精密小孔进行位置识别和定位；根据光场多视角图像及深度图像，得到被测精密小孔的三维几何参数。

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，特别涉及一种精密小孔三维测量方法及装置。

背景技术

精密三维小孔在工业精密零件中应用广泛，如航空发动机、燃气轮机叶片气膜孔、内燃机燃油雾化器喷嘴等，精密零件中的小孔有三维几何形状复杂、加工难度大、检测困难的特点。精密三维小孔指孔直径10μm到1mm之间的，一般由电火花加工技术、激光加工技术加工的非圆异性孔。精密零件中的异形精密小孔根据工作要求，会有簸箕孔、扇形孔、后倾孔、锥形孔等不同的三维几何形状，异形设计有助于较大幅度提高工作效率。

然而，受零件材料结构强度要求的制约以及加工工艺、检测方法的限制，目前工程实际中应用最为广泛的仍是圆形孔和扇形孔。特种加工技术在保证小孔形状的一致性和可靠性方面也存在诸多挑战。如广泛应用的电火花加工技术采取“先打孔，后涂层，再扩孔”的流程，导致小孔成型质量得不到保证；激光加工特别是超短脉冲激光加工(飞秒激光)虽然有助于提高小孔成形质量，但易受加工环境(空气、真空等)和激光参数(脉冲能量、光通量密度、离焦量、扫描路径)等影响，且光路偏振容易导致小孔变形。加工误差所导致的小孔几何参数(横截面积/等效直径、出射角、方位角等)的变化，会极大地改变设备的运行效率，缩短设备的运行寿命。小孔的加工三维几何参数对设备运行性能的影响极大，加工参数与设计参数有偏差时会很大程度影响设备运行效率，甚至引发重大故障和事故，因此必须采取有效手段对加工的小孔几何参数进行检测。

而目前通用的检测方式有塞规测量、三坐标测量、二维成像测量等方法，但各种测量方式有测量效率低或精度低等问题，如塞规测量中量棒难以固定于气膜孔中且容易变形，导致无法获得准确测量结果而沦为定性测量；三坐标测量受限于本身测头尺寸，无法精确测量小直径三维小孔；二维成像测量在测量过程中要以机械的方式对准气膜孔中心轴线与相机光轴，测量效率和精度易受影响。

光场相机的出现为精密三维小孔三维测量提供了新的解决方向。光场相机在常规相机的传感器和主镜头中间增加了微透镜阵列，进而记录光线的传播方向，形成独特的经过透镜阵列编码的光场图像，对该光场图像进行处理渲染，继而可以得到三维信息，并且光场相机具有很大的景深范围、具有生成多视角图片及重聚焦图片的功能，极大的解决现有设备遇到的景深较小及小孔的遮挡问题。

发明内容

本发明提供一种精密小孔三维测量方法，目的在于解决现有机械零件中诸如精密小孔的三维测量难题。

本发明实施例之一，一种精密小孔三维测量方法，

设置至少一台光场相机，用于拍摄所述待测精密小孔区域图像；

设置合适光源照射被测精密小孔区域，以至于精密小孔能被光场相机良好成像；

通过所述光场相机拍摄被测精密三维小孔区域，获得所述待测精密小孔区域图像，并进行光场多视角渲染及深度计算，获得光场多视角图像及深度图像；

根据光场多视角图像及深度图像对被测精密小孔进行位置识别和定位；

根据光场多视角图像及深度图像，得到被测精密小孔的三维几何参数。

本发明的有益效果包括：

1、本发明可通过一次拍摄得到精密三维小孔的多个视角的图像信息，且景深范围足够大，能从不同角度观察到精密三维小孔的情况，解决小孔遮挡的问题。