[发明专利]基于结构光相机的航空叶片表面量测方法及量测设备

说明书

本发明涉及一种基于结构光相机的航空叶片表面量测方法及量测设备，包括以下步骤：通过两台相对设置的结构光相机采集航空叶片两个表面的点云数据，形成三维的叶片点云；对所述叶片点云沿着轴向切片，获得截面点云，所述轴向为叶片截面法矢方向；将所述截面点云降维至二维空间中；在所述二维空间中对所述截面点云进行轮廓提取，形成叶片截面多边形；通过迭代搜索方法获得所述叶片截面多边形的最大内切圆半径，从而获得叶片厚度。与现有技术相比，本发明在保证量测精度的同时，提高航空叶片的量测效率。

技术领域

本发明涉及航空发动机参数测量技术领域，尤其是涉及一种基于结构光相机 的航空叶片表面量测方法及量测设备。

背景技术

航空发动机叶片制造水平对发动机研制起着至关重要的作用。现阶段航空发动机叶片制造通常无法一步到位做到无余量加工，需要在前序加工后开展精密测量工 序，并且由测量结果进一步指导后续加工。发动机叶片维修过程中同样需要对叶片 开展叶片测量来提取叶片磨损量等型面参数，从而保证修复精度。并且，航空发动 机叶片作为航空发动机的一种核心部件，同时它又是一种典型的高精度自由曲面零 件，其精确的物理尺寸参数直接影响了航空发动机的性能。在航空发动机内部，绝 不允许有微弱的装配尺寸误差，而且航空发送机的内部构造十分复杂，况且叶片又 是发动机内部工作环境最为恶劣的零件之一，正因为叶片要在恶劣复杂的环境下长 时间持续工作，若叶片的设计尺寸出现差错，极易导致发动机在正常运转时叶身受 到不均匀的循环应力，产生断裂失效的风险。目前，航空叶片检测存在一系列难题， 包括：1)测量精度要求高，叶片型面测量精度直接影响到叶片制造精度。2)测量 效率要求高。由于叶片是大批量生产的零件，生产数量成千上万，提高测量速度和 效率是非常重要的一项任务。3)测量可靠性要求高。叶片测量数据处理结果要准 确反应叶片的实际状态，这样才可以保证叶片的制造质量达到要求。

当前，为满足航空叶片高精度的量测要求，传统航空叶片的量测方法使用三坐 标机对航空叶片进行表面量测。三坐标机测量法是一种高精度的三维空间检测方法， 主要通过测量叶片轮廓上各测量点的坐标值，再利用一些建模与数据分析软件，得 到叶片截面参数和形状误差等。作为接触式测量方法，三坐标测量机是目前叶片检 测手段中精度最高的一种。然而，三坐标测量机测量时需要接触被测物表面，将不 可避免地对叶片造成一定的损伤，并且，三坐标测量机测量范围小、体积大且不易 拆卸，受被测工件的尺寸限制大，叶片点云生成速度慢。这些都给快速精确量测叶 片参数带来挑战。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于结构光 相机的航空叶片表面量测方法及量测设备，在保证量测精度的同时，提高航空叶片 的量测效率。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于结构光相机的航空叶片表面量测方法，包括以下步骤：

通过两台相对设置的结构光相机采集航空叶片两个表面的点云数据，形成三维的叶片点云；

对所述叶片点云沿着轴向切片，获得截面点云，所述轴向为叶片截面法矢方向；

将所述截面点云降维至二维空间中；

在所述二维空间中对所述截面点云进行轮廓提取，形成叶片截面多边形；

通过迭代搜索方法获得所述叶片截面多边形的最大内切圆半径，从而获得叶片厚度。

进一步地，两台所述结构光相机经标定后进行所述点云数据的采集，所述标定 具体为：

将一标定块放置于两台结构光相机中间，该标定块至两台结构光相机的距离相等；

使用结构光相机采集该标定块的点云数据；

使用迭代最邻近点算法将标定块的两帧点云匹配到同一坐标框架下，得到的旋转矩阵和平移矩阵，即获得结构光相机的相机外参，完成标定。