光学三角法测头的精度优化技术研究

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1、学术论文光学三角法测头的精度优化技术研究王莉平，吕来鹏，张洋，马艺航，范弥纶（中航工业北京航空精密机械研究所，北京100076）[摘要]为了提高光学三角法测头在实际应用中的测量精度，本文在分析光学三角法测量原理的基础上，提出了一种基于自适应区域平均中点匹配算法的光学测头精度优化方法。该方法以空间域滤波思想为基础，可以根据测头的测量值自动判断测量误差的大小以及优化区域的大小，并可以针对不同表面给出相应的精度优化方法。实验结果表明，该优化算法可以准确描述被测物体表面的轮廓特征，并且能够降低测量误差50%以上，从

2、而有效解决了光学扫描测量精度不足的问题，使测头能够达到微米级的测量精度，实现了零件的高效率、高精度测量。[关键词]光学测头；测量误差；精度；滤波[中图分类号]TH74[文献标识码]A[文章编码]1003-5451（2017）04-0020-04StudyonAccuracyOptimizationTechnologyofOpticalDisplacementSensorWANGLi-ping,LVLai-peng,ZHANGYang,etal.(BeijingPrecisionEngineeringInst

3、ituteforAircraftIndustry,Beijing100076）[Abstract]Inordertoimprovethemeasuringaccuracyofopticaldisplacementsensorsusedinactualproductionscene,anaccuracyoptimizationmethodusedforopticaldisplacementsensorsbasedonthealgorithmoftheself-adjustingfieldandaveragem

4、idpointmatchingisproposed.Basedontheideaofspatialfiltering,themethodcoulddeterminethemeasuringerrorsandtheoptimizationareaaccordingtothedifferentmeasuredsurfacesautomatically.Astheexperimentresultsshow,theoptimizationmethodcouldbeusedtodescribethemeasuredo

5、bjectpreciselyanddecreasethemeasuringerrortoupto50%,whichmaydealwiththelowaccuracyoftheopticalscanningandmeasuringtask.Withtheaccuracyoptimizationmethodproposed,thesensorcanreachthemeasuringaccuracyofmicrometerlevel.Themeasurementofhighefficiencyandhighpre

6、cisioncanbeachieved.[Keywords]opticalsensor;measuringerrors;precision;filtering1引言是因为此类零部件的制造精度与一致性是保障航空发动机性能的重要前提。而要实现这些零部件的精密制近年来，随着我国航空工业的飞速发展，迫切需要造，对其进行精确测量是制造过程中的必要环节，而且[3]提高航空发动机的整体性能，对叶片、喷嘴和整体叶盘测量水平直接决定了制造水平。[2]等发动机关键零部件提出了越来越高的制造要求，这当前国内的测量技术明显落后于武

7、器装备制造技作者简介：王莉平(1977-)，女，工程师，长期从事精密制造及检测技术的研究。·20·《航空精密制造技术》2017年第53卷第4期术的发展需要，制约了武器装备的研制，因而对精密测为E点，从而导致反射光的角度发生变化，使测量光斑量技术的需求日益迫切。目前，在国内的精密测量领在PSD上的像点的位置也会发生变化，由C点变为F域中，通常采用接触式的测量方法和设备，而接触式测点。像点的位移和被测表面的位移之间的关系由传感头受到工作原理的限制，测量速度较慢而不能满足工器制造时的几何光路参数所确定，不会随着外

8、界环境[4]程对测量效率的需求；同时，对于复杂型面的测量，的变化而变化，因而被测物体的实际位移可由PSD对[9]接触式测头可能存在测量轨迹与被测物的干涉问题而光斑像点进行检测后通过计算得出。导致无法测量。随着测量技术的进步，越来越多的非根据几何光学原理，有接触式测量手段被引入到了航空领域中。其中，非接a·x·sinβy=（1）触式的光学三角法测头不仅可以实现高速测量，并且b·sinα±x·sin(α+β)由于利用