【技术实现步骤摘要】
基于结构光的空气预热器转子三维测量与可视化方法
本专利技术涉及一种三维测量技术,尤其是一种基于转台的结构光三维测量方法。
技术介绍
回转式空气预热器是大型工业锅炉的主要辅机之一,简称“空预器”。是火力发电厂中实现锅炉高效燃烧和机组安全经济运行的关键设备。由于空预器上部(热端)输入是烟气(高温近400℃),下部(冷端)吹入的是空气(低温20℃左右)导致空预器整体受热不均匀,产生“蘑菇”状变形,大量的助燃空气泄露到烟道,造成风机电耗增加,锅炉燃烧热效率下降。因此,如何检测空预器的形貌和热变形,从而指导空预器设计,对于有效减少空预器漏风,提高锅炉效率非常重要。目前,还没有对整个表面形貌和径向变形量测量的装置,导致空预器设计多依赖理论计算和数值仿真方式。例如采用预留间隙值的方法,但实际生产中这个间隙值是随负荷变化而变化,而且由于空预器半径比较大,沿径向方向的变形量也大小不同,因此预留量普遍偏大,漏风较大。此外,由于空预器运行在密封环境下没有光线,操作人员看不到里面的运行情况,也导致热态运行维护不便。近年来三维测量技术已经趋于成熟,但在不干扰设备工作的情况下,直接对运行状态中的旋转物体直接进行三维测量并没有取得很大的进展。空预器属于大型工业零件,而对大型工业零件进行三维测量过程中,受制于单个相机视场范围,很难通过传统的基于结构光的计算机视觉方法实现物体几何外形的三维重构和测量(如文献:宋龙,李广慧,刘保臣,等.基于线结构光双目测量系统有效视区的标定[J].机械工程师,2007,(9):24-26.)。< ...
【技术保护点】
1.基于结构光的空气预热器转子三维测量与可视化方法,包括以下步骤:/nS1:对所有双目相机进行离线标定,得到相机内参,用于立体视觉矫正;一个组目相机与一个圆点阵列光源组成一组测量单元;/nS2:在空预器冷端沿转子的一条半径均匀固定标志块,依据被测物半径尺寸决定标志块数量,作为确定转子旋转一周的起始标志并作为相邻相机测量区域的分界线,为后端点云拼接提供初始值;然后布置与标志块一一对应的测量单元;/nS3:打开圆点阵列光源,进行补光,使转子的转轴和所有相机处于待启动状态,转轴进入匀速转动状态后,所有相机同步采集转子旋转一周的图像;对采集到的图像进行拼接,拼接成环状图像,并得到相邻两帧之间的单应变换H;/nS4:空预器转子继续旋转,所有相机开始采集包含激光圆点阵列的图像,旋转一周时,激光扫过整个空预器转子表面;/nS5:利用立体视觉原理计算转子局部三维空间坐标,对采集到的激光左右图像,根据对极约束和圆点阵列特征计算当前相机视场范围内转子表面的空间点坐标,得到转子局部三维点云;/nS6:利用步骤S3得到的单应变换H,对步骤S5得到的局部三维点云进行拼接,还原每帧图像测量结果的真实位置,得到环状 ...
【技术特征摘要】
1.基于结构光的空气预热器转子三维测量与可视化方法,包括以下步骤:
S1:对所有双目相机进行离线标定,得到相机内参,用于立体视觉矫正;一个组目相机与一个圆点阵列光源组成一组测量单元;
S2:在空预器冷端沿转子的一条半径均匀固定标志块,依据被测物半径尺寸决定标志块数量,作为确定转子旋转一周的起始标志并作为相邻相机测量区域的分界线,为后端点云拼接提供初始值;然后布置与标志块一一对应的测量单元;
S3:打开圆点阵列光源,进行补光,使转子的转轴和所有相机处于待启动状态,转轴进入匀速转动状态后,所有相机同步采集转子旋转一周的图像;对采集到的图像进行拼接,拼接成环状图像,并得到相邻两帧之间的单应变换H;
S4:空预器转子继续旋转,所有相机开始采集包含激光圆点阵列的图像,旋转一周时,激光扫过整个空预器转子表面;
S5:利用立体视觉原理计算转子局部三维空间坐标,对采集到的激光左右图像,根据对极约束和圆点阵列特征计算当前相机视场范围内转子表面的空间点坐标,得到转子局部三维点云;
S6:利用步骤S3得到的单应变换H,对步骤S5得到的局部三维点云进行拼接,还原每帧图像测量结果的真实位置,得到环状点云;
S7:对所有双目相机采集的图像重复步骤S5和S6,得到对应的环状点云;
S8:提取两个相邻环状点云的交集部分,利用最近迭代算法通过迭代极小化匹配误差,得到两组点云之间的位姿关系R、t,完成该两组环状点云的拼接;
S9:对所有环状点云重复步骤S8,完成整个空预器转子的三维点云测量,并在显示终端进行三维可视化显示。
2.根据权利要求1所述的基于结构光的空气预热器转子三维测量与可视化方法,其特征在于:所述测量单元的数量为n组,n≥3。
3.根据权利要求2所述的基于结构光的空气预热器转子三维测量与可视化方法,其特征在于:步骤S2中测量单元的布置方式具体为:沿转子表面一条半径前方,均匀布置n组测量单元,使其满足条件:n组测量单元可拍摄到转子的一条完整半径且相邻两个测量单元可以观察到同一个标志块。
4.根据权利要求3所述的基于结构光的空气预热器转子三维测量与可视化方法,其特征在于:步骤S3中所述的对采集到的图像进行拼接的步骤具体为...
【专利技术属性】
技术研发人员:刘君,杨延西,黄雪飞,邓毅,魏永贵,宋念龙,潘正权,蒲亨林,刘朝成,金明峰,易广宙,周龙龙,
申请(专利权)人:东方电气集团东方锅炉股份有限公司,
类型:发明
国别省市:四川;51
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