[发明专利]模型三维表面轮廓和表面压力同步测量方法及测量装置

权利要求书

1.一种模型三维表面轮廓和表面压力同步测量方法，其特征在于，其步骤包括：

步骤S1：在模型表面喷涂压力敏感涂料；调整结构光发生器生成的结构光光路，将输出光经结构光扩束后投射至模型；所述结构光发生器将激励光源转换为条纹光用以激发涂层，以激发压力敏感涂料；

步骤S2：按照时序控制，同步触发激励光源和相机，捕获了一组四个相移图像；

步骤S3：三维表面轮廓和表面压力测量数据处理分为两个并行路径处理；所述表面压力测量为基于模型的图像灰度信息，计算模型表面压力值；所述三维表面轮廓为基于相位信号，计算重建模型的3D表面轮廓。

2.根据权利要求1所述的模型三维表面轮廓和表面压力同步测量方法，其特征在于，所述步骤S2中的流程包括：

步骤S201：预先设置好的正弦条纹图像根据设定的时间投影到模型表面；

步骤S202：依次投影四个具有π/2相移的条纹图像，并完成SL激励周期。

3.根据权利要求1所述的模型三维表面轮廓和表面压力同步测量方法，其特征在于，所述步骤S3中，对模型表面压力进行测量，即基于模型图像灰度信息，计算桨叶表面压力值；具体流程包括：

步骤S311：将喷涂于模型表面的涂料，在校准箱中进行校准，得到校准曲线；

步骤S312：提取试验图像中高速旋转与静止状态下图像灰度信息，结合校准参数曲线，带入Stern-Volmer方程计算模型表面压力值。

4.根据权利要求1所述的模型三维表面轮廓和表面压力同步测量方法，其特征在于，所述步骤S3中，对模型的三维表面轮廓进行处理，即基于相位信号，计算重建模型的3D表面轮廓；具体流程包括：

步骤S321：将获取的四幅图像表示为：

其中I表示图像,I_i表示第i幅图像，是包含模型表面深度信息的变形条纹的相位值，A是条纹图像的平均强度，B是强度调制；使用三角函数，A和可以计算如下：

步骤S322：相位7分布与3D表面轮廓相关联，通过建立相位值和3D坐标之间的关系来重建该轮廓，即，首先进行包裹相位，随后通过分支剪切算法，将相位进行展开；之后带入校准矩阵，计算模型3D表面轮廓；

步骤S323：获得具有压力场信息的模型3D坐标点云。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的模型三维表面轮廓和表面压力同步测量方法，其特征在于，所述步骤S1中，结构光扩束后覆盖并略大于模型平面。

6.根据权利要求1-4中任意一项所述的模型三维表面轮廓和表面压力同步测量方法，其特征在于，所述步骤S2以相同的曝光时间和间隔时间将四个固定场图像投影为均匀的激励周期；交替投影结构化的激励周期和均匀激励周期，直到相机记录了足够的激发图像为止；相机在外部触发模式下工作，对于每个投影，SL生成器都产生一个脉冲信号，该脉冲信号触发相机快门并捕获一个发射图像；相机的曝光时间与投影配置同步。

7.根据权利要求1-4中任意一项所述的模型三维表面轮廓和表面压力同步测量方法，其特征在于，位于模型测试表面上涂层的压力敏感涂料为：含有探针为五氟四苯基卟啉铂的压敏漆涂料。

8.一种模型三维表面轮廓和表面压力同步测量装置，其特征在于，包括：

激励光源，用来生成紫外光，通过光纤引导进入结构光发生器，将点光源转换为条纹光用以激发测试表面上的涂层；作为响应，涂层中的涂料发出具有正弦条纹图案的发光；

相机，用来捕获涂层中的涂料发出具有正弦条纹图案的发光；

计算机，用于控制结构光发生器条纹移动，以及同步触发相机和图像存储。

9.根据权利要求8所述的模型三维表面轮廓和表面压力同步测量装置，其特征在于，所述激励光源用来生成波长为390-405nm的紫外光。

10.根据权利要求8所述的模型三维表面轮廓和表面压力同步测量装置，其特征在于，所述相机使用装有650±50nm带通滤光片镜头工作，所述滤光片覆盖大部分发射能量，并且不包含紫外线激发光。