[发明专利]一种高温锻件三维尺寸测量精度的补偿方法

摘要

本发明涉及一种高温锻件三维尺寸测量精度的补偿方法，该方法利用计算机生成三种不同节距的蓝色正弦结构光相移光栅条纹图像，投影设备将此蓝色正弦结构光相移光栅条纹图像投射到被测高温锻件表面，和投影设备成一定角度的数字相机实时采集彩色的变形光栅条纹图像。计算机软件将此彩色图像进行RGB三个通道的分离，采用B通道图像计算包裹相位和展开相位，然后采用两种不同的算法分别计算展开相位，根据两种算法之间的差值和误差函数求得最优的相位补偿值。最后根据投影设备和数字相机的内外标定矩阵计算得到高温锻件表面各点的三维坐标，从而获得补偿后的精确图像。实践证明，该方法可以使相对测量精度由1/1000降低到1/1500。

主权项

1.一种高温锻件三维尺寸测量精度的补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：计算机生成三种不同节距为p1、p2、p3的蓝色正弦结构光相移光栅条纹图像，调整数字投影设备参数，将所述的蓝色正弦结构光相移光栅条纹图像按顺序依次通过数字式投影设备投射到被测高温锻件的表面，并用数字相机按相应的顺序依次对被测锻件进行图像采集，获得对应节距为p1、p2、p3的变形光栅条纹图像；步骤2：利用计算机软件对步骤1中的变形光栅条纹图像进行RGB三通道的分离，采用具有较好正弦性能的B通道图像进行计算；步骤3：选取步骤2中的通道图像上的一点，其像素坐标为(x，y)，采用四步相移法计算得出节距为p₁、p₂、p₃的变形光栅条纹图像的包裹相位计算包裹相位由于每个节距均能得到四幅变形光栅条纹图像，因此根据以下公式(1)：其中，I(x，y)为第一、二、三、四幅变形光栅条纹图像中像素坐标为(x，y)的光强灰度值；步骤4：计算合成包裹相位的合成节距p₁₂，根据以下公式(2)得出：步骤5：由于每幅变形光栅条纹图像中同一位置点的相对位置不变，可以得到以下的关系式(3)：p1(N1+Δn1)＝p2(N2+Δn2)＝p3(N3+Δn3)＝p12(M12+Δm12),    (3)其中，N1，N2，N3分别代表该同一位置点在节距为p1，p2，p3的变形光栅条纹图像中处于的周期数；Δn1，Δn2，Δn3代表该同一位置点在节距为p1，p2，p3的变形光栅条纹图像中处于一个周期内的相对位置，M12代表该同一位置点在节距为p12的合成条纹图像中处于的周期数，Δm12代表在该同一位置点在节距为p12的合成条纹图像中处于一个周期内的相对位置；同时，利用Δn_j与包裹相位之间的关系，如公式(4)所示：然后根据上述公式(3)与(4)，推导得出合成包裹相位的条纹周期数M₁₂与Δm₁₂，步骤6：利用合成包裹相位与步骤5中的条纹周期数M₁₂，第一次计算节距为p₁、p₂的变形光栅条纹图像的展开相位φ₁和φ₂，计算公式(7)、(8)如下：步骤7：利用合成包裹相位与步骤5中的条纹周期数M₁₂，第二次计算节距为p₁、p₂的变形光栅条纹图像的展开相位Φ₁和Φ₂，计算公式(7)、(9)如下：其中，round为取整函数；步骤8：对步骤6与步骤7得出的φ1与Φ1以及φ2与Φ2进行比较，若两者的展位相位相等，则不需要对展开相位进行补偿；若两者存在差值，则需对展开相位进行补偿；精度补偿方法如下：i.假设存在差值为ξ，则ξ＝Φj﹣φj，j＝1，2              (10)ii.首选针对展开相位φ1与Φ1进行精度的补偿：根据公式(8)可知，φ₁的测量误差dφ₁是由包裹相位的误差产生，即根据公式(9)可知，Φ₁的测量误差dΦ₁是由包裹相位的误差产生，即根据步骤i与步骤ii中的公式(10)、(11)、(12)，可以得出如下关系式(13)：由关系式(13)可得出公式(14)：其中，是包裹相位的误差；iii.构建一误差函数公式(15)如下：利用公式(14)与公式(15)，并对该误差函数值取最小值，最后计算得出：iv.重复步骤ii与iii，同理得出：v.根据公式(9)、(16)、(17)可以得出，展开相位Φ_j补偿后的补偿展开相位为：步骤9：利用计算得出的补偿展开相位与展开相位Φ_j以及根据投影设备和数字相机的内外标定矩阵，最终得到补偿后高温锻件表面的三维图像。