[发明专利]一种航空发动机损伤叶片三维数字散斑造型方法

摘要

一种航空发动机损伤叶片三维数字散斑造型方法。其包括建立航空发动机损伤叶片三维数字散斑测量系统、双目摄像机标定、散斑制作、测量分区、回旋待测散斑损伤叶片并采集图像、同名散斑点匹配、各分区坐标系下空间散斑点三维坐标求解、全局坐标系下空间散斑点三维坐标求解、三维空间坐标曲面拟合和三维数字建模等步骤。本发明方法能够高精度、高效率、全场非接触地测量损伤叶片的三维形貌特征，构造三维空间模型。其意义在于造型后的损伤叶片比对标准叶片尺寸参数，利用数字再制造技术对其进行修复，从而可缩短送修周期、减少修复费用，降低发动机维护成本。

主权项

1.一种航空发动机损伤叶片三维数字散斑造型方法，其特征在于：所述的航空发动机损伤叶片三维数字散斑造型方法包括按顺序进行的下列步骤：步骤1)建立航空发动机损伤叶片三维数字散斑测量系统：所述的系统包括测量旋转台(1)、两个摄像机(2)、同步频闪控制装置(3)和计算机(4)；其中：测量旋转台(1)为放置待测散斑损伤叶片(5)的可控旋转平台；摄像机(2)为包含照明光源和摄像头的图像采集装置，两个摄像机(2)分别置于测量旋转台(1)两侧；同步频闪控制装置(3)为图像采集同步控制装置，分别与两个摄像机(2)相连接，用于实现两个摄像机(2)的图像同步采集；计算机(4)分别与两个摄像机(2)、测量旋转台(1)相连接，通过两个摄像机(2)采集待测散斑损伤叶片(5)的图像信息并进行处理；步骤2)双目摄像机标定：将上述系统中的左右两个摄像机(2)的主光轴的夹角设定为60°；根据双目立体视觉原理，对两个摄像机(2)进行系统标定，获取其内外参数，得到摄像机投影矩阵；步骤3)散斑制作：在待测损伤叶片的表面喷涂黑白哑光漆，形成三维随机空间散斑点，由此制成待测散斑损伤叶片(5)；步骤4)测量分区：由测试人员将待测散斑损伤叶片(5)的表面划分成多个分区并排序，并且相邻分区间互有重叠；步骤5)回旋待测散斑损伤叶片并采集图像：将待测散斑损伤叶片(5)放置在航空发动机损伤叶片三维数字散斑测量系统的测量旋转台(1)上，并随受计算机(4)控制的测量旋转台(1)间歇性旋转；在计算机(4)的控制下，利用同步频闪控制装置(3)控制两个摄像机(2)依次同步采集待测散斑损伤叶片(5)上各个分区的图像，并传送给计算机(4)；步骤6)同名散斑点匹配：计算机(4)基于外极线约束三维散斑网格单元匹配方法，根据左右两个摄像机(2)同一时刻采集的图像和外极线约束条件及散斑图像网格单元灰度相关条件，匹配出同一位姿时待测散斑损伤叶片(5)上空间散斑点的左像面上的目标散斑点在右像面上的同名散斑点；步骤7)各分区坐标系下空间散斑点三维坐标求解：根据步骤6)得到的左右像面上的同名散斑点，将像素坐标系转换成分区坐标系，求解出该分区内空间散斑点在该分区坐标系的三维空间坐标数据；步骤8)重复步骤6)、7)，求解出各分区坐标系下各自分区内空间散斑点的三维空间坐标数据；步骤9)全局坐标系下空间散斑点三维坐标求解：以第一分区的坐标系为全局坐标系，将其他分区坐标系转换为全局坐标系，通过相邻分区重叠标志点确定各分区坐标系与全局坐标系的映射关系，根据映射关系得到各分区在全局坐标系下的三维空间坐标数据，进而得到整个待测散斑损伤叶片(5)上所有空间散斑点在全局坐标系下的三维空间坐标数据；步骤10)三维空间坐标曲面拟合：结合叶盆面、叶背面、叶片型面边缘及损伤边界这些关键曲面精度要求及测量运算效率，在全局坐标系下利用待测散斑损伤叶片(5)上叶盆面、叶背面处空间散斑点的三维空间坐标数据进行九点二次曲面拟合，利用叶片型面边缘及损伤边界处空间散斑点的三维坐标数据进行五次多项式曲面拟合，由此获得这些关键曲面的三维空间坐标数据；步骤11)三维数字建模：根据步骤8)获得的空间散斑点的三维空间坐标数据以及步骤9)获得的关键曲面的三维空间坐标数据，由计算机(4)利用其内的三维数字建模程序建立起待测散斑损伤叶片(5)的三维数字模型。