线结构光多分辨率测量系统

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1、·６·重型机械２０１３Ｎｏ３·新技术新设备·线结构光多分辨率测量系统张维光（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；反函数组定律中图分类号：ＴＥ９６８文献标识码：

2、Ａ文章编号：１００１－１９６Ｘ（２０１３）０３－０００６－０５ＭｏｄｅｌｉｎｇｆｏｒｍｕｌｔｉｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｌｉｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｌｉｇｈｔＺＨＡＮＧＷｅｉｇｕａｎｇ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＸｉａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｎ７１００３２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｐｅｒｆｏｒｍｔｈｅｃｏｎｔｏｕｒｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆａｅｒｏｅｎｇｉｎｅｂｌａｄｅｓａｎｄｏｔｈｅｒｏｂｊｅｃｔｓｗｉｔｈｃｏｍｐｌｅｘｓｕｒｆａｃｅｓ，ａｍｕｌｔｉｒｅｓｏｌ

3、ｕｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈｉｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｍｕｌｔｉｐｌｅｌｉｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｌｉｇｈｔｓｕｂｓｙｓｔｅｍｓａｎｄｃａｍｅｒａｓ，ｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｌｅｎｓｐｉｎｈｏｌｅｍｏｄｅｌ，ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｍｏｄｅｌａｎｄｔｈｅｌａｗｏｆｉｎｖｅｒｓｅｆｕｎｃｔｉｏｎｇｒｏｕｐａｒｅｕｓｅｄｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈａｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｒａｎｇｅｗｉｔｈｓｙｓｔｅｍｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｓｏｍｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｃｈａｒｔｓａｒｅｄｒａｗｎａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅ

4、ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ．Ｔｈｅｓｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｃｈａｒｔｓｃａｎｂｅａｄｏｐｔｅｄａｓａｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｔｏｓｅｔｓｙｓｔｅｍｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎｏｒｔｅｓｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．Ｍｅａｓｕｒｅｄｄａｔａｏｆａｂｌａｄｅｆｒｏｍｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｄｓｙｓｔｅｍｓｈｏｗｓｔｈｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｓｙｓｔｅｍｍｏｄｅｌｉｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｓｙｓｔｅｍｍｏｄｅｌｉｎｇ；ｌｉｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｌｉｇｈｔ；ｍｕｌｔｉｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ；ｌａｗｏｆｉｎｖｅ

5、ｒｓｅｆｕｎｃｔｉｏｎｇｒｏｕｐ［１］结果。复杂型面物体测量常见的方法之一是０前言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［２３］用，这些工件的测量一般采用间接检测方法。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［４］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：２０１３－０２－

6、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（５１１０５３０１）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－），男，西安工业大学光电工程学院副教授，博士。主要研究方向：智能化光电检测及统参数设置的参考图表，设计完成一种单相机机器人视觉技术。成像系统组成结构。并通过测量系统完成了对２０１３Ｎｏ３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性。１测量

7、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［１］片几何形状信息参量。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１００ｍｍ，尾缘处曲线的半径最小图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２Ｓｃｈｅｍｅｏｆｂｌａｄｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｔｅｃｈ