面向航空发动机叶片三维测量的双向非均匀条纹生成算法研究

发布时间：2017-07-16 00:08

  本文关键词：面向航空发动机叶片三维测量的双向非均匀条纹生成算法研究

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【摘要】：随着航空工业的飞速发展,航空飞行器保有量逐年增长,航空飞行器维修产业越来越受到重视。发动机叶片是航空飞行器中的关键零部件,因其具有数量多、形状复杂、制造成本高、易损坏等特点,已成为维修产业的重点修复对象。在航空发动机叶片自动焊接修复装备中,叶片三维形貌测量能够获得叶片三维尺寸,为叶片精密焊接修复提供数据依据,因此研究叶片三维测量技术具有重大意义。在叶片相位轮廓测量系统中,向参考平面倾斜投影横、纵向均匀条纹时,会得到周期渐变的非均匀条纹,从而导致相位展开结果中像素-相位之间的非线性关系,造成测量误差。针对这一问题,提出了双向非均匀条纹生成算法。提出了纵向分段非均匀正弦条纹生成算法,生成的非均匀条纹像素-相位之间满足分段非线性关系,从而改善投影结果中像素-相位的非线性关系。对平面进行仿真实验证明,这种非均匀条纹测量误差均值为0.4882mm,均匀条纹测量误差均值为3.0648mm。对拱桥进行仿真对比实验证明,投影纵向分段非均匀正弦条纹测得拱桥对称度误差范围为0.23%-2.31%,投影均匀条纹对称度误差范围为24%-27%。因此投影分段非均匀正弦条纹能够提高测量精度。提出了纵向分段非均匀格雷码-梯形条纹生成算法。通过对平面的仿真实验证明,投影该种非均匀条纹能够明显改善条纹投影结果的不均匀性。提出了横向分区非均匀条纹生成算法,生成的非均匀条纹像素-相位之间满足分区非线性关系,从而改善投影结果中像素-相位的非线性关系。对平面进行仿真实验证明,投影该种非均匀条纹测量误差均值为0.4099mm,均匀条纹测量误差均值为2.5235mm。对高度为50mm的球体进行仿真实验证明,投影均匀条纹的测量结果对称度误差范围为3.1%-9.3%,投影分区非均匀条纹时,对称度误差范围为0.03%-1.6%。因此,横向分区非均匀正弦条纹能够明显提高测量精度。利用纵向均匀和分段非均匀正弦条纹投影,对叶片进行了仿真实验和实际实验,能够得到叶片面型点云数据。
【关键词】：三维测量 双向非均匀条纹生成算法 双频解相位 格雷码-梯形条纹
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V232.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 缩略词注释10-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 课题来源、研究背景及研究意义11-15
• 1.1.1 课题来源11
• 1.1.2 研究背景及意义11-15
• 1.2 叶片三维测量技术国内外研究现状15-17
• 1.3 非均匀条纹研究意义及研究现状17-19
• 1.3.1 纵向非均匀条纹研究意义及研究现状18-19
• 1.3.2 横向非均匀条纹研究意义19
• 1.4 论文主要研究内容19-21
• 第二章 光栅投影三维测量系统原理21-31
• 2.1 引言21
• 2.2 光栅投影三维测量系统模型21-24
• 2.2.1 相交轴投影测量系统数学模型22
• 2.2.2 放宽约束条件的投影测量系统22-24
• 2.3 相位提取技术24-25
• 2.3.1 时域相位提取技术24-25
• 2.3.2 空域相位提取技术25
• 2.4 相位展开技术25-28
• 2.4.1 空域相位展开方法25-26
• 2.4.2 时域相位展开方法26-28
• 2.5 相交轴投影测量系统标定技术28-30
• 2.5.1 系统标定28-29
• 2.5.2 相机标定29
• 2.5.3 投影仪标定29-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第三章 纵向分段非均匀条纹生成原理研究31-51
• 3.1 引言31
• 3.2 纵向分段非均匀正弦条纹生成方法及应用31-39
• 3.2.1 投影均匀光栅条纹误差分析32-33
• 3.2.2 纵向正弦分段非均匀条纹生成原理33-34
• 3.2.3 纵向正弦分段非均匀条纹在时域相位展开方法中的应用34-35
• 3.2.4 平面仿真对比实验35-37
• 3.2.5 拱桥仿真对比实验37-38
• 3.2.6 叶片仿真对比实验38
• 3.2.7 纵向正弦分段非均匀条纹仿真实验结论38-39
• 3.3 纵向分段非均匀格雷码-梯形条纹生成算法39-50
• 3.3.1 梯形条纹三步相移法39-42
• 3.3.2 格雷码结合梯形条纹测量方法42
• 3.3.3 纵向分段非均匀格雷码生成原理42-46
• 3.3.4 纵向分段非均匀梯形条纹生成原理46-48
• 3.3.5 纵向分段非均匀梯形条纹及格雷码仿真实验48-50
• 3.4 本章小结50-51
• 第四章 横向分区非均匀条纹生成原理51-61
• 4.1 引言51
• 4.2 投影横向均匀正弦光栅条纹误差分析51-53
• 4.3 横向分区非均匀光栅条纹生成方法53-56
• 4.4 横向分区非均匀光栅条纹仿真实验56-59
• 4.4.1 平面测量对比实验56-57
• 4.4.2 球体测量对比实验57-58
• 4.4.3 仿真实验结论58-59
• 4.5 本章小结59-61
• 第五章 基于非均匀条纹投影的叶片点云数据采集实验61-69
• 5.1 引言61
• 5.2 点云数据采集系统61-63
• 5.2.1 投影部分61-62
• 5.2.2 图像采集部分62
• 5.2.3 系统标定部分62
• 5.2.4 整体实验平台62-63
• 5.3 叶片点云数据采集实验63-67
• 5.3.1 系统标定63-64
• 5.3.2 摄像机标定64-65
• 5.3.3 投影均匀条纹测量实验65
• 5.3.4 投影纵向分段非均匀正弦条纹测量实验65-66
• 5.3.5 投影正弦条纹测量实验结论66-67
• 5.4 本章小结67-69
• 第六章 结论与展望69-71
• 6.1 全文总结69-70
• 6.2 展望70-71
• 参考文献71-77
• 攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果77-79
• 致谢79-80

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本文编号：546310