航空发动机叶片三维轮廓测量方法研究

【摘要】：航空发动机叶片质量是影响发动机性能一个重要因素,如何实现航空发动机叶片三维轮廓自动测量是目前一个新的研究方向。本文在考察航空发动机叶片制造技术与测量技术现状的基础上,提出了以光学非接触测量为手段,介绍了目前光学三维轮廓测量技术的现状与发展。投影光栅相移测量技术通过直接分析变形光栅得到物体高度信息,因其原理简单,测量速度快并且提供物体三维信息量丰富等优点,所以本文以投影光栅相移测量技术为方向,将本文工作定位在用投影光栅相移测量技术来测量航空发动机叶片三维轮廓数据。 在详细分析投影光栅相移测量技术原理基础上,从航空发动机叶片整个测量系统出发,提出了航空发动机叶片测量系统平台构成,根据光学投影技术的发展,本文在原有机械式正弦投影光栅系统基础上,提出了全数字化(DLP)正弦投影光栅系统,为后续双频和条纹编码技术理论和实验研究提供了基础。 投影光栅相移测量技术中最重要的环节就是位相提取和位相展开方法,在经典位相提取算法的基础上,提出了基于平均技术的误差补偿相移算法,该方法经过实验验证能够有效的抑止图像噪声并且提高位相提取的精度;在位相展开方面,针对位相中存在不能够识别的间断点情况或者图像噪声方面,提出了区域相关位相展开方法,详细描述了其位相展开方法原理,实验验证其有效地克服位相中间断点和噪声对位相展开的影响。 针对常规相移技术不能够适应物体复杂面形的测量并且在投影光栅相移测量技术发展方向基础上,提出了双频光栅与编码光栅在叶片测量中的应用。在双频测量技术部分,提出双频投影光栅测量技术的实施方法和具体实验验证;在编码技术部分,提出了编码方案、研究编码特性、给出条纹编码与相移技术相结合方法并给出实验验证。通过实验分析两种方法在物体复杂面形方面的测量比常规相移技术具有优越性。 在投影光栅相移测量技术系统参数标定方面,不仅给出航空发动机叶片测量系统参数标定的过程,还对于投影栅线节距修正和基于坐标变换的物体三维数据拼接做了详细的描述,实验部分通过三个实验内容验证了该系统在测量物体三维数据方面具有不可取代的优越性,同时分析了测量系统误差因素并给出相应的解决办法。