[发明专利]一种多工位全场条纹图相移辅助散斑大长宽比间隙测量方法

说明书

本发明公开了一种多工位全场条纹图相移辅助散斑大长宽比间隙测量方法，针对飞机结构大长宽比间隙和阶差在多工位上布置单组间隙测量系统，进行全场间隙和阶差测量；使用投影仪将三步相移条纹图案和散斑图案先后投射到间隙及其上下缘上，提取间隙上下缘图像并校正，进行匹配与重构；搜索左右包裹相位图中每个有效像素的立体对应和绝对条纹顺序，生成初始视差图和绝对相位图；对视差错误的像素进行补偿；使用立体结构光模型，充分利用三视图信息，借助视差图和绝对相位图计算间隙上下缘特征点的三维坐标，进行三重扫描，测得结构间隙与阶差。该方法可以对任意结构间隙进行快速、准确的三维形状测量。

技术领域

本发明属于光学三维测量系统测量技术领域，具体涉及一种多工位全场条纹图相移辅助散斑大长宽比间隙测量方法。

背景技术

随着航空工业的发展，大型飞机的研制需求越来越强烈。大型飞机研制中结构对缝间隙和阶差是衡量飞机气动等性能的重要因素，如舱门，机翼蒙皮对接处等。大型飞机的对缝间隙较长且对应结构偏大，在结构受载时可能会超出允许变形，需要在试验测量间隙与阶差对设计进行验证。飞机强度试验中，试验委托方对间隙和阶差的高精度测量要求强烈，但目前测量手段较为单一，一般使用接触式测量，如塞尺等方法，但对人工操作要求高，效率低，误差大，重复精度不高难以达到委托方的要求，低精度的间隙测量值对结构设计的指导性不足；另外，也有利用涡流传感器测量间隙的，在间隙两侧安装一对涡流传感器测量间隙与阶差，目前该技术仍然在研，而且测量范围较小，成本较大，仍然没有成熟的应用案例。国外使用非接触式二维激光传感器，但成本较大，系统复杂，精度偏低在0.1mm左右。随着现代精密测量技术的进步，三维测量技术，尤其是DIC技术得到了飞速的发展，并被广泛的运用于某些产品设计、质量控制、逆向工程、生物医疗等诸多领域。工程中DIC测量精度仍然不能完全满足需求，所以本发明利用投影仪将三步条纹投射到间隙上下缘的散斑图中，对散斑图像的分辨率进行优化，然后基于立体结构光模型利用DIC方法对提取的间隙图像进行匹配和三维重构，并针对大长宽比间隙和阶差，设置多工位单组测量装置实现间隙和阶差的全场测量。该方法简单，快速，鲁棒性好，精度高，满足试验委托方要求。

发明内容

本发明的目的在于针对大型飞机大长宽比间隙和阶差的测量需求，提供一种操作简单、可靠性好、精度较高的多工位全场相移辅助的散斑大长宽比间隙测量方法。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

本发明公开了一种多工位全场条纹图相移辅助散斑大长宽比间隙测量方法，包括如下步骤：

1)针对结构间隙，设置两部工业摄像机和一个DLP投影仪构成单组间隙测量系统，在多工位上利用单组间隙测量系统进行间隙和阶差的全场测量；

2)使用DLP投影仪将三步相移条纹图案和散斑图案先后投射到间隙及其上下缘上，并同步触发工业摄像机提取间隙上下缘的图像进行匹配与重构；

3)将提取的间隙上下缘的相位图像和散斑图像进行校正，使图像平面共面且极线水平对齐，并使用校正后的条纹图像计算包裹相位图，计算背景强度以消除阴影区域；

4)对于左包裹相位图像中每个像素，通过沿右包裹相位图像中的同一行进行搜索，并选择具有本地最接近相位值的像素来获得，一次遍历搜索获得所有候选对象，完成间隙上下缘图像的相位匹配；

5)利用三视图几何约束排除一些错误的候选，计算3D候选对象并通过重新投影进行滤波；

6)使用数字图像相关法和赢家通吃方法计算视差图并进行视差优化；

7)使用左工业摄像机坐标作为测量坐标，提出立体结构光模型，计算特征点的三维坐标，进行三重扫描，测得结构间隙与阶差。

进一步，工业摄像机提取间隙上下缘的图像，包括捕捉间隙上下缘和覆盖结构间隙变形的条纹和散斑图像。