[发明专利]多角度叶片测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于相位轮廓测量的多角度叶片三维轮廓测量点云数据高精度数据融合的装置及方法，主要应用于叶片表面三维轮廓的测量，特别是航空发动机和燃气轮机的叶片测量，属于物体表面三维轮廓测量领域。

技术背景

叶片是航空发动机和燃气轮机动力系统中重要部件之一，不论在叶片逆向工程测绘还是在叶片质量检查中，叶片表面的三维轮廓测量的重要性不言而喻。然而叶片翼型的多变和空间角度、尺寸的复杂性给叶片的全面测量带来了很大的困难。目前常用的测量方法分为两大类：

(1)接触式测量方法，如三坐标测量机测量法；(2)非接触式测量方法，如相位轮廓测量法。由于非接触式测量方法可以有效克服接触式测量的局限，具有测量效率高等优点，在叶片表面三维轮廓测量领域很有前途的。

在相位轮廓测量的基础上，本发明公开了一种基于叶片多角度三维轮廓测量点云数据高精度数据融合的测量装置及方法。利用该装置和方法获取叶片表面高精度的三维轮廓数据。

发明内容

本发明提供了一种基于相位轮廓测量的叶片多角度三维轮廓测量点云数据高精度数据融合的测量装置及方法。

本发明通过如下技术方案实现：

一种基于叶片多角度三维轮廓测量点云数据高精度数据融合的测量装置，如图1所示，依次顺序是CCD摄像机(1)、铝合金多维度调整桁架(2)、数字投影仪(3)、计算机(4)、参考平板(5)、旋转轴(6)、平台底座(7)、叶片(8)。

测量过程如下：

1)、叶片(8)和参考平板(5)安装在一起，它们的相对位置在测量中保持不变。将待测量叶片(8)和参考平板(5)组合安装在回转平台上，调整铝合金多维度调整桁架(3)上CCD摄像机(2)和数字投影仪(4)在整个共面光轴系统中的位置和初始拍摄测量角度。

2)、利用CCD摄像机(2)和数字投影仪(4)组成的相位轮廓测量系统对叶片(8)和参考平板(5)组合进行高精度的三维轮廓测量拍摄，采集得到它们的点云数据。

3)、绕旋转轴(6)旋转回转平台的角度，叶片和参考平板也随它回转同一角度。

4)、重复上述2)和3)过程，直到测量结束。

多角度叶片三维轮廓测量点云数据高精度数据融合的测量方法的具体步骤如下：

1)、叶片(8)和参考平板(5)安装在一起，其相对位置在测量中保持不变。将它们组合安装到平台底座(7)并放置在回转平台上，调整铝合金多维度调整桁架(3)上CCD摄像机(2)和数字投影仪(4)在整个共面光轴系统中的位置和初始拍摄测量角度。

2)、利用CCD摄像机(2)和数字投影仪(4)组成的相位轮廓测量系统对叶片和参考平板组合进行高精度的三维轮廓测量拍摄，采集得到它们的点云数据。

3)、旋转回转平台的角度，叶片(8)和参考平板(5)也随它回转同一角度，角度大小为±θ。

4)、重复上述2)和3)过程，直到测量结束。具体的旋转方式：如图2(a)、(b)、(c)所示。(a)为叶片和参考平板组合旋转角度为0°，(b)为叶片和参考平板组合旋转角度θ，(c)为叶片和参考平板组合旋转角度-θ。

5)、然后分别对旋转不同角度的三组叶片和平板组合点云数据进行数据分离处理。得到平板平面的点云数据，记为A_i(x_i，y_i，z_i)，i=1，2，3其中平面1，2为待旋转平面，平面3表示目标平面。得到叶片的点云数据，记为B_j(x_j，y_j，z_j)，j=1，2，3，其中叶片1，2为待旋转叶片，叶片3表示目标旋转叶片。

6)、三个角度下，平板的平面方程为：

a_i·x+b_i·y+c_i·z+d_i=0，i＝1，2，3