基于分段扫描与拼接融合相结合的叶片三维数据采集方法技术

本发明专利技术公开了基于分段扫描与拼接融合相结合的叶片三维数据采集方法，包括以下两步：第一步、分段采集：对叶片的各个部分进行分段采集，得到有重叠区域的叶片三维数据；第二步、拼接融合：将上述分段采集的叶片三维数据进行拼接融合，得到完整的叶片三维数据。本发明专利技术采用线结构光传感器进行叶片的分段扫描，采集不同区域但有重叠区域的叶片三维数据，最后进行拼接合成完整的叶片的高精度三维数据，不仅能对低纹理的叶片实现高精度的三维数据采集，准确率更高，而且适用于对高精度的物体进行三维数据测量，可广泛应用于航空发动机叶片三维重建。

【技术实现步骤摘要】
基于分段扫描与拼接融合相结合的叶片三维数据采集方法
本专利技术涉及一种叶片三维数据采集方法，尤其涉及一种基于分段扫描与拼接融合相结合的叶片三维数据采集方法。
技术介绍
随着我国航空事业的迅速发展，航空发动机的需求数量不断攀升，其叶片的表面缺陷，如划痕、裂纹、凸点等，会直接影响发动机的使用寿命和安全性能。目前通常使用测量范围大的3D双目相机来获取三维数据，或者速度较快的面阵结构光相机获取三维数据，但其受物体纹理影响较大和精度低。现有技术存在着以下缺点：1、基于双目相机，其基于物体在左右相机的成像的视差以及与物体的远近的关系，通过三角原理测出。而基于3D双目相机的方案并不适用于纹理低的物体，对于低纹理的物体会因其在左右相机的匹配点不准确导致三维数据准确率低。2、使用面阵结构光相机直接获取物体的三维数据，该技术成像速度快，若测量范围越大，成本越高；所以使用面阵结构光相机的方案并不适用高精度的物体三维数据测量，且成本高。
技术实现思路
为了解决上述技术所存在的不足之处，本专利技术提供了一种基于分段扫描与拼接融合相结合的叶片三维数据采集方法。为了解决以上技术问题，本专利技术采用的技术方案是：基于分段扫描与拼接融合相结合的叶片三维数据采集方法，包括以下两步：第一步、分段采集：对叶片的各个部分进行分段采集，得到有重叠区域的叶片三维数据；第二步、拼接融合：将上述分段采集的叶片三维数据进行拼接融合，得到完整的叶片三维数据。进一步地，采集方法的具体过程为：>第一步：使用线结构光传感器来获取叶片的三维数据，且叶片的长度大于线结构光传感器的有效扫描宽度，通过线结构光传感器对叶片进行分段采集，采集叶片的各个部分得到有重叠区域的三维数据；第二步：对第一步采集到的叶片的分段三维数据C1，C2，…，CT进行拼接融合，最后合成完整的叶片三维数据。进一步地，对叶片进行分段采集的具体过程为：将线结构光传感器固定于伺服电机上，由伺服电机控制其进行X轴匀速运动，以获取被测物叶片Y方向上的某区域的三维数据；被测物叶片由机械臂控制其进行Y轴的运动，以使X轴上的线结构光传感器能获取不同Y方向上的被测物叶片的三维数据，从而获取被测物叶片的不同区域的三维数据。进一步地，对叶片三维数据的分段采集包括以下步骤：S1、已知叶片的长和宽分别为W和H；S2、已知线结构光传感器的有效扫描长度为W1；S3、设分段扫描的重合宽度为A，故可确定分段扫描的次数T，T＝W/(W1–A)；S4、确定线结构光传感器的移动距离为H1，确保H1大于H，在起始和结束位置能够完整扫描叶片的最大宽度H；S5、线结构光传感器开始工作，采集叶片的三维数据，即伺服电机带动的线结构光传感器开始匀速运动；S6、移动H1距离后，伺服电机停止运动，线结构光传感器停止采集数据；S7、伺服电机带动的线结构光传感器回到原始位置；S8、机械臂带动叶片在Y轴上运动(W1-A)；S9、重复步骤S5-S8；S10、重复T次步骤S9后，共得到T个不同位置区域的叶片的高精度三维数据。进一步地，拼接融合将采集到的叶片的不同区域但有重叠区域的各部分叶片的三维数据进行拼接融合，以此合成完整的叶片三维数据，具体过程为：首先对上述采集到的叶片的分段1和分段2的三维数据进行拼接融合，输出分段1和分段2拼接融合后的三维数据C12，然后再对分段3的三维数据C3和C12进行拼接融合，输出分段1和分段2以及分段3的三维数据C123，以此重复，直到遍历最后一段的三维数据CT，最后输出完整的叶片的三维数据。进一步地，拼接融合包括以下步骤：A1、假设上述步骤采集到的叶片的分段三维数据，使用图像矩阵表示依次为C1，C2，C3，…，CT，其中对应坐标(X，Y)的像素值即为该坐标下的高度数据Z；A2、提取C1和C2的重合区域内的各自的三维数据的图像矩阵D1，D2；A3、对图像矩阵D1，D2进行曲面特征查找，得到曲面特征向量B1，B2，其中，曲面特征定于如下：A3.1、定义领域区域N为11*11；设图像矩阵D1的长宽为W*H；A3.2、在D1[W-5，H-5]区域内遍历每个像素，求该像素到领域区域N的拟合平面的距离，得到大小为[W-5，H-5]的曲面特征向量B1；A3.3、同理得到D2的曲面特征向量B2；A4、设定变换矩阵H1，使得B1*H1＝B2，使用最小二乘法求得H1；A5、设C1变换到C2坐标系的图像矩阵为C1’,有C1*H1＝C1’,故求得与C2同坐标系的图像矩阵数据C1’；A6、将C1’和C2的重叠区域进行线性融合得到融合拼接后的新图像矩阵数据C12，假设重叠区域为A(Xa，Yb)，融合拼接后的新图像：C12＝(1-k)C1’(A)+kC2(A)，k＝1/Xa，K＝[0,1]；A7、同理对C12和C3进行上述A2-A6的步骤，即可求出C12和C3的融合拼接后的图像矩阵C123，以此循环直到融合拼接出最后一段三维数据CT；A8、最后得到完整的叶片的三维数据。本专利技术采用线结构光传感器进行叶片的分段扫描，采集不同区域但有重叠区域的叶片三维数据，最后进行拼接合成完整的叶片的高精度三维数据，不仅能对低纹理的叶片实现高精度的三维数据采集，准确率更高，而且适用于对高精度的物体进行三维数据测量，可广泛应用于航空发动机叶片三维重建。附图说明图1为本专利技术的整体流程图。图2为本专利技术进行分段采集时所使用的结构图。图3为本专利技术分段采集的流程图。图4为本专利技术拼接融合的流程图。图5为本专利技术以其中两段叶片的三维数据C1,C2为例进行拼接融合的流程图。图6为本专利技术实施例一以图片形式表示叶片三维数据的效果图。图中：1、伺服电机；2、机械臂；3、线结构光传感器；4、被测物叶片。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。如图1所示的基于分段扫描与拼接融合相结合的叶片三维数据采集方法，包括以下两步：第一步、叶片三维数据的分段采集：对叶片的各个部分进行分段采集，得到有重叠区域的叶片三维数据；即使用高精度的线结构光传感器来获取叶片的三维数据，且叶片的长度大于线结构光传感器的有效扫描宽度，通过线结构光传感器对叶片进行分段采集，采集叶片的各个部分得到有一定重叠区域的三维数据；如图2所示为进行分段采集时所使用的结构图，对叶片进行分段采集的具体过程为：将线结构光传感器3固定于伺服电机1上，由伺服电机1控制其进行X轴匀速运动，以获取被测物叶片Y方向上的某区域的三维数据；被测物叶片4由机械臂2控制其进行Y轴的运动，以使X轴上的线结构光传感器1能获取不同Y方向上的被测物叶片的三维数据，从而获取被测物叶片的不同区域的三维数据。由于后续的拼接融合技术需要每段叶片有一定的重合区域以便求出投影变换矩阵，故采集的叶片的不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于分段扫描与拼接融合相结合的叶片三维数据采集方法，其特征在于：所述采集方法包括以下两步：/n第一步、分段采集：对叶片的各个部分进行分段采集，得到有重叠区域的叶片三维数据；/n第二步、拼接融合：将上述分段采集的叶片三维数据进行拼接融合，得到完整的叶片三维数据。/n

【技术特征摘要】
1.基于分段扫描与拼接融合相结合的叶片三维数据采集方法，其特征在于：所述采集方法包括以下两步：
第一步、分段采集：对叶片的各个部分进行分段采集，得到有重叠区域的叶片三维数据；
第二步、拼接融合：将上述分段采集的叶片三维数据进行拼接融合，得到完整的叶片三维数据。


2.根据权利要求1所述的基于分段扫描与拼接融合相结合的叶片三维数据采集方法，其特征在于：所述采集方法的具体过程为：
第一步：使用线结构光传感器来获取叶片的三维数据，且叶片的长度大于线结构光传感器的有效扫描宽度，通过线结构光传感器对叶片进行分段采集，采集叶片的各个部分得到有重叠区域的三维数据；
第二步：对第一步采集到的叶片的分段三维数据C1，C2，…，CT进行拼接融合，最后合成完整的叶片三维数据。


3.根据权利要求2所述的基于分段扫描与拼接融合相结合的叶片三维数据采集方法，其特征在于：对叶片进行分段采集的具体过程为：
将线结构光传感器固定于伺服电机上，由伺服电机控制其进行X轴匀速运动，以获取被测物叶片Y方向上的某区域的三维数据；被测物叶片由机械臂控制其进行Y轴的运动，以使X轴上的线结构光传感器能获取不同Y方向上的被测物叶片的三维数据，从而获取被测物叶片的不同区域的三维数据。


4.根据权利要求3所述的基于分段扫描与拼接融合相结合的叶片三维数据采集方法，其特征在于：对叶片三维数据的分段采集包括以下步骤：
S1、已知叶片的长和宽分别为W和H；
S2、已知线结构光传感器的有效扫描长度为W1；
S3、设分段扫描的重合宽度为A，故可确定分段扫描的次数T，T＝W/(W1–A)；
S4、确定线结构光传感器的移动距离为H1，确保H1大于H，在起始和结束位置能够完整扫描叶片的最大宽度H；
S5、线结构光传感器开始工作，采集叶片的三维数据，即伺服电机带动的线结构光传感器开始匀速运动；
S6、移动H1距离后，伺服电机停止运动，线结构光传感器停止采集数据；
S7、伺服电机带动的线结构光传感器回到原始位置；
S8、机械臂带动叶片在Y轴上运动(W1-A)；
S9、重复步骤S5-S8；
S10、重复T次步骤S9后，共得...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐洪浩，习勇，张家业，
申请(专利权)人：广州信邦智能装备股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44