线结构光多分辨率测量系统.pdf

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1、·6·重型机械·新技术新设备·线结构光多分辨率测量系统～羞一一一一～一=～_三主一蚕一～～一一～．～一一张维光(西安工业大学光电工程学院，陕西西安710032)摘要：针对航空发动机叶片等复杂型面物体轮廓检测问题，提出多线结构光及多图像传感器测量技术方案。采用透镜针孔模型和畸变模型及多元函数的反函数组定律，建立了系统测量精度、测量范围与系统参数之间的关系，绘制了系统设计过程中的参考图表。这些参考图表也可以作为系统设计过程系统参数选择及检测过程中进行系统参数设置的依据。测量系统实例化及对叶片测量数据

2、验证了所建系统模型的有效性。．关键词：三维测量；系统建模；线结构光；多分辨率；反函数组定律_墓中图分类号：TE968文献标识码：A文章编号：1001—196X(2013)03—0006—05d剐．naeModelingformulti-resolutionmeasuringsystemwithlinestructuredlight～ZHANGWei-guang(SchoolofOptoeleetronicEngineering，Xi’anTechnologicalUniversity，Xi’an

3、710032，China)一一一一～一一结果。复杂型面物体测量常见的方法之一是U日U吾基于三坐标测量机的逐点检测法。这种方法的在航空航天、矿山机械、大型水电机组等优点是单点检测数据精度高，缺点是检测速度重型机械应用领域，复杂型面工件被大量采慢，检测轨迹及人为因素对检测结果影响用，这些工件的测量一般采用问接检测方法。大。光学精密测量方法是应用于大尺寸、通过对工件表面点的位置坐标或一些几何量测复杂型面物体测量的一种有效方法，具有非接量后，再通过推演解算获得对工件的测量评价触、比逐点测量法效率更高等特

4、点。本文针对航空发动机叶片复杂型面工件检测要求，提收稿日期：2013一O2—20；修订日期：2013—04—11出了多个线结构光源系统及多个图像传感器检基金项目：国家自然科学基金(5l105301)测技术方案，讨论了检测系统单相机成像系统西安市科技创新计划资助课题(CXY1007—3)模型，绘制了系统设计过程及测量过程进行系作者简介：张维光(1973一)，男，西安工业大学光电工程学院统参数设置的参考图表，设计完成一种单相机副教授，博士。主要研究方向：智能化光电检测及机器人视觉技术。成像系统组成结

5、构。并通过测量系统完成了对重型机械·7·航空发动机叶片的测量。以及其在空间对准的位置可以根据测量要求进行调整，从而有效地提高测量系统的适应．1生。1测量系统方案设计如图1所示，航空发动机叶片是一种典型的复杂型面工件。其检测是通过测量叶片尾缘棱线垂直截面轮廓曲线，并对曲线进行分析解算出叶片几何形状信息参量¨J。用垂直于叶片棱线的截面截取获得的叶片轮廓线称为气动数据曲线。叶片气动数据曲线叶盆与叶背处曲率小，前缘和尾缘处曲线的曲率大。气动数据曲线外接矩形边长最大值约为1001Tim，尾缘处曲线的半径最

6、小图2叶片测量技术方案值约1mm。测量要求对气动数据曲线上点的空Fig．2Schemeofblademeasuringtechnology问位置误差小于0．05mm。因此叶片整体形貌具有测量范围大，测量精度高等特点。2测量系统建模测量系统的方案确定后，根据测量范围及测量精度确定系统参数，完成系统理论建模是设计过程的重要环节。成像系统建模以像平面光带特征点提取误差作为主要误差源。针对不同的系统尾缘参数，分析光带特征点提取误差所引起的光带截面数据点的空间误差。成像系统建模采用透镜成像针孔模型与径向畸

7、变模型为理论基础J，结合了世界坐标系向像平面坐标系的坐标变换。世界坐标与像平面坐标之间关系示意图如图3所图1被测叶片示。0一Xl，rZ为世界坐标系右手系；0一XYFig．1Bladesundertest为摄像机坐标系；0一XYZ为像平面坐标系，它们都是左手系。光轴与线结构光平面夹角为；基于线结构光的多分辨率测量技术方案如图为了满足成像Scheimpflug条件，像平面法线与2所示，测量系统由四相机成像子系统，多线结光轴夹角为；摄像机光心在0一XYZ坐标系中构光光源子系统及一个闭环控制机械机构组成

8、。的坐标为0(0，Hy，)，世界坐标系0。一相机1和相机3具有大的视场，较小的放大倍率，z中任一点V=[l，z1]在0一用于测量叶片的叶盆和叶背轮廓。相机2和相机4Xz坐标系中的坐标为=[HX日HZ可以绕测量系统中心旋转，放大倍率大视场小，用于对准叶片的前缘与尾缘。光源系统由4个或，根据坐标系变换关系可得多个线结构光激光器组成，当待测物体被机械机=··T·V(1)1000构带动在仪器中心上下运动时，线结构光会在物010Hy体表面形成一条闭合光带，光带的形状包含有三T1=维物体轮廓的截面形状信息。