[发明专利]一种测量航空部件表面微缺陷的高精度实时三维测量系统及方法

说明书

本发明提供一种测量航空部件表面微缺陷的高精度实时三维测量系统及方法，系统包括沿光路依次设置的光源系统、偏振光调制子系统、待测目标和探测采集系统，以及计算机处理系统；偏振光调制子系统包括沿光路依次设置的光束准直组件和偏振态调制组件两部分。本发明采用偏振光栅实现两束旋向相反的圆偏振光的调制，系统简单、紧凑，便于集成和便携；本发明采用分焦平面型偏振探测器，可以同时获取四幅偏振图像，单次曝光可以实现四个相移下的图像，实时解算出待测部件表面缺陷的三维形貌；本发明采用偏振光成像，光束稳定性好，精确度高，可以有效地消除部件表面强烈的反射耀光，使得成像效果更好。

技术领域

本发明属于航空工业无损检测领域，涉及一种用于高精度、实时测量航空部件表面微缺陷三维形貌的系统及方法。

背景技术

飞机在长期的工作过程中受到气流冲蚀、高温氧化、机械磨损等多种因素的影响，极易在表面产生微缺陷，如表面划痕、裂纹、各类涂层的氧化腐蚀和表面脱落等，这些早期的微缺陷在高温高压、高速气流冲蚀、大载荷作用下极易发生扩展，形成无法修理的宏观裂纹和缺陷，造成部件失效报废，严重影响飞行安全。

现行一线大多数部件表面缺陷检测主要靠肉眼或者放大镜，缺陷的发现也主要依赖检测人员的经验，因此只能对尺寸较大的缺陷进行识别，且经验丰富检测人员的流动也会带来很大影响。二线维护和大修厂，对缺陷的检测采取的技术有：超声波、磁粉、工业内窥镜技术等。超声检测设备可以对形状简单平整的工件表面进行检测，但检测结果缺乏直观性、需富有经验的检测人员才能辨别缺陷种类；磁粉检测法整套设备体积大，便携性差，且定量精度较差；工业内窥镜可以对被测件肉眼不易观察的隐蔽部位进行直接快速的检测，但图像分辨率低，仅适合部件表面缺陷较大的情况。新时代的发展要求航空部件的缺陷检测必须要早、准、快，为实现部件表面微缺陷形状、大小、损伤模式等信息的智能检测识别与安全性评估预测，必须实现实时、高精度三维检测。

随着科技的日益发展，光学三维测量技术和设备被广泛应用于工业部件的检测，如3D光学轮廓仪，3D激光扫描、结构光三维测量技术等，这类技术可以被用于检测航空部件表面的缺陷，但是，3D光学轮廓仪只能检测小样件和缺陷的表面轮廓，且操作人员必须是专业人员，测量周期长，设备体积大，主要用于实验室测量，无法应用到外场条件下进行实时测量；3D激光扫描技术可以大面积快速地获取被测对象表面的三维数据，具有手持性、实时性等特点，但是对于高光泽度的目标(比如金属)，测量精度会降低；结构光三维测量技术用于微小尺寸的目标测量时，通常系统中需要一个空间光调制器件，导致整个系统不便于集成手持，且造价昂贵。

相移干涉技术三维成像方法通过获得不同相移的干涉图像，计算目标的相位信息，进而得到目标表面的高度信息，可以实现对目标的三维测量，这种方法具有系统简单易实现、非接触性、精确度高、可靠性强的优点。最简单的时间相移干涉技术通过在不同时刻获取不同相移图像来计算目标的三维信息，无法实现实时的三维成像，测量时间效率低，并且环境的振动会直接降低测量的精确度，不满足实际场景测量需求。基于偏振技术的动态偏振相移干涉技术，可以在同一时刻不同空间位置处同时获取多幅具有恒定相移的干涉图像，能够克服时间相移技术无法实现实时的三维成像，测量时间效率低，并且环境的振动直接降低测量精确度的缺点，因此，既提高了测量时间效率，又避免了环境振动对测量结果的影响。但是传统的动态偏振相移干涉技术，在光路中需要采用大量的棱镜、反射镜和波片，元器件数目多、系统复杂、光路调准难度大，可集成性、便携性差，难以用于工业部件检测。

发明内容

为了解决现有的动态偏振相移干涉技术系统元器件数目多、系统复杂，用于航空部件检测可集成性、便携性差的缺点，本发明提供一种测量航空部件表面微缺陷的高精度实时三维测量系统及方法。

本发明的技术方案为：

一种测量航空部件表面微缺陷的高精度实时三维测量系统，包括沿光路依次设置的光源系统、偏振光调制子系统、待测目标和探测采集系统，以及计算机处理系统；

所述光源系统满足非相干光，可以根据待检测目标的材料特性选择恰当的波长范围；