一种线结构光驱动全息干涉的精密三维测量方法技术

一种线结构光驱动全息干涉的精密三维测量方法，解决生成全息干涉传感器测量路径的问题，采用的方法是：线结构光扫描测量与全息干涉测量的坐标统一标定；扫描测量与曲线拟合；曲线的分割和延长处理；曲线的全局坐标系统一变换；生成全息干涉测量的全部测量路径。有益效果是：采用成本低廉的线结构光传感器和高精度点光测距传感器组合的方式，降低测量过程中装夹定位难度，将传统批量测量过程中每一零件都要重新进行坐标系配准的难题转化为只需要一次全局标定的稳定求解问题，实现了叶片批量免配准的自动化快速精密三维测量。

A Precise Three-Dimensional Measurement Method for Linear Structured Light Driven Holographic Interference

A precise three-dimensional measurement method of holographic interferometry driven by linear structured light solves the problem of generating the measurement path of holographic interferometric sensor. The methods adopted are: coordinate calibration of line structured light scanning measurement and holographic interferometry; scanning measurement and curve fitting; curve segmentation and extension; global coordinate system-transformation of curve; generation of all holographic interferometry measurements. Measuring path. The beneficial effect is that the combination of low-cost linear structured light sensor and high-precision point light ranging sensor reduces the difficulty of clamping and positioning in the measurement process, and transforms the difficulty of coordinate system registration for each part in the traditional batch measurement process into a stable solution problem which only needs one global calibration, thus realizing the automation, fast and accurate of blade batch registration-free. Dense three-dimensional measurement.

【技术实现步骤摘要】
一种线结构光驱动全息干涉的精密三维测量方法
本专利技术属于精密测量领域，具体涉及线结构光驱动全息干涉的精密测量方法。它尤其适用于航空发动机、燃气轮机叶片等复杂曲面零件的非接触快速精密测量。
技术介绍
现有技术中对于形状复杂的异形件，如透平叶片或叶轮等由于具有高性能表面，形状复杂，测量难度大，现有的技术无法同时实现高精度、高效率无涂覆测量的目的。叶片作为航空发动机、燃气轮机中极为关键的零件，它的工作环境十分恶劣，同时承受气动力和离心力等多重载荷，任何制造缺陷都会影响到发动机的最终工作效率和使用寿命。因此，越来越多的叶片生产制造企业提出了百分之百全检的要求。叶片型面是根据其截面线形状或带有轮廓、弯角、扭曲等参数的三维特征曲面设计的。目前主要应用的测量方法为专用量具、三坐标测量机和光学测量法。光学测量法最近得到了越来越多的应用，如：结构光扫描法、光学三角法、全息干涉测量法等。结构光扫描法通过曝光控制优化、图像增强、多视角测量优化等算法与技术，已经能够对一般精加工表面进行直接测量，快速获得自由曲面的完整数据（万点/秒）。但是，由于测量原理的限制，无法实现高曲率、小半径特征的精确测量，测量精度低。而基于光点的三角法和全息干涉等点光源测量技术（光斑直径最小可达3.5μm），具有可以测量高反光表面的能力、不需要半径补偿，配合精密运动控制系统，在测量路径规划后可以实现高曲率、小半径特征精确测量，测量精度高，但是测量效率低。光学测量法已成为复杂曲面零件检测的发展趋势。但是，单一的光学测量法存在着明显的技术局限性，难以满足测量速度快、精度高和数据完整等多种需求。因此，充分利用结构光扫描测量速度快和全息干涉测量精度高的技术优势，是实现复杂异形零件如透平叶片的快速精确全尺寸测量的有效手段，进而满足叶片全测全检的测量需求。全息干涉方法虽然可以测量任何光亮度的金属表面，但是要保证测量精度，在测量的过程中必须保持在有效的景深范围内（保证测头与曲面之间保持稳定的测量距离）。这就需要进行路径规划，而路径规划的前提是要进行测量坐标系与CAD模型坐标系的统一。由于如叶片型面为无特征的复杂曲面，坐标系配准问题是困扰该类零件快速精密检测的一大难题。本专利技术将线结构光扫描测量和全息干涉方法相结合，不需要前期的测量测量坐标系与CAD模型坐标系的统一。快速实现叶片表面的全尺寸稠密点云数据获取。综上，专利技术一种新的快速、精密、低成本的测量系统与方法将是十分有意义的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种线结构光驱动全息干涉的精密三维测量方法。该方法借助于四轴联动设备，基于双目图像传感器和激光发生器构成的线结构光扫描测量系统测量结果规划全息干涉测量系统的路径进行测量，四轴联动设备按规划出的测量路径驱动全息干涉测量系统实施对形状复杂的异形被测工件的扫描测量。本专利技术实现专利技术目的采用的技术方案包括如下步骤：步骤1.线结构光扫描测量系统与全息干涉测量系统的全局坐标系的统一参数标定；步骤2.线结构光扫描测量与曲线拟合；使用线结构光扫描测量系统对固定在四轴联动设备旋转工作台上的被测工件进行扫描测量，获取被测工件零件表面的一组测量线上的点云数据，依据一组测量线上的点云数据进行曲线拟合；步骤3.对步骤2拟合后一组曲线中的每条曲线进行排序，并对每条曲线进行该曲线按中点分割进行，将该曲线分割后获得的两条曲线，分别将两个端点的切线方向按规划长度进行延长处理，获得与该曲线对应的两条延长曲线，直至完成全部拟合后曲线的分割和延长处理；步骤4.重复步骤2和步骤3完成被测工件全部测量面的扫描测量，对扫描测量获得的全部测量线上的点云数据进行曲线拟合，并对拟合后的曲线进行排序、分割和延长处理；步骤5.对步骤4分割和延长处理后的全部曲线，根据步骤1全局坐标系统一参数进行坐标统一变换，生成全息干涉测量系统的全部测量路径，四轴联动设备带动全息干涉测量系统按测量路径实施对被测工件的扫描测量，获得被测工件表面的精密点云数据。本专利技术的有益效果是：采用点光测距传感器对透平叶片类复杂曲面零件测量时，要获取高精度必须对测量路径进行规划。然而，规划测量路径需要进行测量坐标系与CAD模型坐标系进行统一，存在着件耗时、不稳定和精度无法保障等问题。本专利技术采用成本低廉的线结构光传感器和高精度点光测距传感器组合的方式，在全局坐标系统一的基础上，应用结构光扫描数据点云生成自规划全息干涉测量，降低测量过程中装夹定位难度，将传统批量测量过程中每一零件都要重新进行坐标系配准的难题转化为只需要一次全局标定的稳定求解问题，实现了叶片批量免配准的自动化快速三维测量。下面结合附图和实例对本专利技术做进一步详细的说明。附图说明图1本专利技术测量方法全局坐标系标定流程图。图2结构光扫描测量点云示意图。图3拟合曲线及编号曲线示意图。具体实施方式本专利技术测量方法的工作原理是：首先对线结构光传感器和全息干涉传感器进行全局坐标系标定，使得线结构光视觉传感器和全息干涉传感器工作在同一坐标系下；然后线结构光传感器对异形零件如透平叶片进行快速扫描测量，获得零件的多条线性三维点云数据，对点云数据进行曲线拟合与数据处理，生成全息干涉测量路径，由四轴控制系统带动全息干涉传感器按照生成的路径进行精细测量，最终获得零件的完整的高精度点云数据。一种线结构光驱动全息干涉的精密三维测量方法，该方法借助于四轴联动设备，基于双目图像传感器和激光发生器构成的线结构光扫描测量系统测量结果规划出全息干涉测量系统的测量路径，四轴联动设备按规划出的测量路径驱动全息干涉测量系统实施对被测工件的扫描测量，该方法由以下步骤实现：步骤1.线结构光扫描测量系统与全息干涉测量系统的全局坐标系的统一参数标定。由于本专利技术的测量系统的线结构光传感器和全息干涉传感器都是对同一位姿下的标定板进行测量，每个测量数据描述的都是同一个物体，因此可以认为是被测物体经过刚体变换，从全局坐标系中从一个位置变换到另外一个位置。因此求解出全局坐标统一转换矩阵和平移向量，就完成了全局坐标系标定统一，使得线结构光传感器和全息干涉传感器工作在同一坐标系下。步骤2.线结构光扫描测量与曲线拟合；使用线结构光扫描测量系统对固定在四轴联动设备旋转工作台上的被测工件进行扫描测量，获取被测工件零件表面的一组测量线上的点云数据，依据一组测量线上的点云数据进行曲线拟合。步骤3.对步骤2拟合后一组曲线中的每条曲线进行排序，并对每条曲线进行该曲线按中点分割进行，将该曲线分割后获得的两条曲线，分别将两个端点的切线方向按规划长度进行延长处理，获得与该曲线对应的两条延长曲线，直至完成全部拟合后曲线的分割和延长处理。步骤4.重复步骤2和步骤3完成被测工件全部测量面的扫描测量，对扫描测量获得的全部测量线上的点云数据进行曲线拟合，并对拟合后的曲线进行排序、分割和延长处理。步骤5.对步骤4分割和延长处理后的全部曲线，根据步骤1全局坐标系统一参数进行坐标统一变换，生成全息干涉测量系统的全部测量路径，四轴联动设备带动点光测距传感器构成的全息干涉测量系统按测量路径实施对被测工件的扫描测量，获得被测工件表面的精密点云数据。本专利技术实施例中，步骤1中线结构光扫描测量系统与全息干涉测量系统的全局坐标系的统一参数标定方法是：A.将带有规则排列标志点的平面标定板固定在四轴联动设备本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种线结构光驱动全息干涉的精密三维测量方法，该方法借助于四轴联动设备，基于双目图像传感器和激光发生器构成的线结构光扫描测量系统测量结果规划出全息干涉测量系统的测量路径，四轴联动设备按规划出的测量路径驱动全息干涉测量系统实施对被测工件的扫描测量，其特征在于：该方法由以下步骤实现：步骤1.线结构光扫描测量系统与全息干涉测量系统的全局坐标系的统一参数标定；步骤2.线结构光扫描测量与曲线拟合；使用线结构光扫描测量系统对固定在四轴联动设备旋转工作台上的被测工件进行扫描测量，获取被测工件零件表面的一组测量线上的点云数据，依据一组测量线上的点云数据进行曲线拟合；步骤3.对步骤2拟合后一组曲线中的每条曲线进行排序，并对每条曲线进行该曲线按中点分割进行，将该曲线分割后获得的两条曲线，分别将两个端点的切线方向按规划长度进行延长处理，获得与该曲线对应的两条延长曲线，直至完成全部拟合后曲线的分割和延长处理；步骤4.重复步骤2和步骤3完成被测工件全部测量面的扫描测量，对扫描测量获得的全部测量线上的点云数据进行曲线拟合，并对拟合后的曲线进行排序、分割和延长处理；步骤5.对步骤4分割和延长处理后的全部曲线，根据步骤1全局坐标系统一参数进行坐标统一变换，生成全息干涉测量系统的全部测量路径，四轴联动设备驱动全息干涉测量系统按测量路径实施对被测工件的扫描测量，获得被测工件表面的精密点云数据。...

【技术特征摘要】
1.一种线结构光驱动全息干涉的精密三维测量方法，该方法借助于四轴联动设备，基于双目图像传感器和激光发生器构成的线结构光扫描测量系统测量结果规划出全息干涉测量系统的测量路径，四轴联动设备按规划出的测量路径驱动全息干涉测量系统实施对被测工件的扫描测量，其特征在于：该方法由以下步骤实现：步骤1.线结构光扫描测量系统与全息干涉测量系统的全局坐标系的统一参数标定；步骤2.线结构光扫描测量与曲线拟合；使用线结构光扫描测量系统对固定在四轴联动设备旋转工作台上的被测工件进行扫描测量，获取被测工件零件表面的一组测量线上的点云数据，依据一组测量线上的点云数据进行曲线拟合；步骤3.对步骤2拟合后一组曲线中的每条曲线进行排序，并对每条曲线进行该曲线按中点分割进行，将该曲线分割后获得的两条曲线，分别将两个端点的切线方向按规划长度进行延长处理，获得与该曲线对应的两条延长曲线，直至完成全部拟合后曲线的分割和延长处理；步骤4.重复步骤2和步骤3完成被测工件全部测量面的扫描测量，对扫描测量获得的全部测量线上的点云数据进行曲线拟合，并对拟合后的曲线进行排序、分割和延长处理；步骤5.对步骤4分割和延长处理后的全部曲线，根据步骤1全局坐标系统一参数进行坐标统一变换，生成全息干涉测量系统的全部测量路径，四轴联动设备驱动全息干涉测量系统按测量路径实施对被测工件的扫描测量，获得被测工件表面的精密点云数据。2.根据权利要求1所述的一种线结构光驱动全息干涉的精密三维测量方法，其特征在于：步骤1中线结构光...

【专利技术属性】
技术研发人员：何万涛，郭延艳，马鹤瑶，车向前，孟祥林，边莉，
申请(专利权)人：黑龙江科技大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23