基於無衍射柵型結構光的航空葉片高精測量及評定研究

《基於無衍射柵型結構光的航空葉片高精測量及評定研究》是依託華中科技大學，由周莉萍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於無衍射柵型結構光的航空葉片高精測量及評定研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：周莉萍
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

航空葉片是面型複雜且尺度跨度大的零件，其幾何形狀及參數決定著發動機的工作性能。葉片面型三維形貌測量對葉片加工質量控制和性能保證具有十分重要的意義。隨著發動機性能的提升，對葉片面型檢測精度和檢測效率的要求也越來越高。本項目提出利用新型無衍射柵型結構光投影測量技術和坐標測量系統結合實現較大尺寸複雜葉片面型高效精密在位測量，並實現其自動評定及評定標準化。採用的無衍射柵型結構光是一種新型光源，具有焦深長、條紋細、間距小、光強呈正弦分布的特點，可保證系統具有良好的縱向測量範圍、精度以及高橫向解析度。項目重點研究高質量無衍射柵型結構光投影設計及最佳化、測量系統模型及精密標定技術、點雲高效處理算法、多向數據融合機及多坐標數據融合、葉片完整面型重構、葉片面型特徵提取及面型評定標準化方法等。該項目將為葉片形貌高效高精在位測量及自動評定新方法提供理論及套用研究基礎,為葉片質量控制提供保障，具有理論及套用價值。

結題摘要

航空葉片是典型的大尺寸、薄壁類、複雜曲面零件，其幾何形狀和輪廓參數決定發動機工作性能，對其型面輪廓進行快速檢測是保證葉片加工精度和操作性能的關鍵。本項目研究了無衍射柵型結構光測量原理，最佳化設計了相應光學參數。採用的無衍射柵型結構光是一種新型光源，具有焦深長、條紋細、間距小、光強呈正弦分布的特點，可保證測量系統良好的縱向測量範圍以及高的橫向解析度。研究了攝像機針孔模型和攝像機畸變模型，提出無衍射柵型結構光測量系統攝像機標定方法和操作步驟，並在世界坐標系中用一個關係式表達物體表面各點相位與其高度的對應關係，提出無衍射柵型測量系統面型重構方法。研究了航空葉片點雲數據快速匹配方法，該方法利用葉面截面線作為特徵描述子，建立了葉麵點雲數據粗匹配目標函式和計算方法，經疊代最佳化後可獲得準確的匹配結果。提出了無衍射柵型結構光測量數據與三坐標測量機的多感測器數據融合算法，採用一種加權融合原理實現多感測器測量數據融合，提高了無衍射柵型結構光測量精度。研究了葉片截面線、中弧線、前後緣圓心、前後緣半徑、葉片弦長與弦線角等多種輪廓特徵參數快速計算方法，初步建立了葉片無衍射柵型結構光型面檢測的標準化體系。在上述研究基礎上，成功搭建了一套高精度的無衍射柵型非接觸式光學測量系統，對直徑為38.069 mm的標準球進行了測量，經計算標準球直徑絕對測量誤差0.027 mm，相對測量誤差0.07%，可滿足葉片類複雜零件精密測量需求。套用該無衍射柵型測量系統，對無錫葉片廠的葉片樣件進行了光學測量和輪廓誤差評估，經計算，葉片前緣均方差0.105 mm，葉片葉背均方差0.093 mm，葉片葉盆均方差0.055 mm。 本項目研究共發表學術論文14篇（SCI論文6篇），申報專利4項（授權3項），申報軟體著作權1次，培養研究生6人，順利完成了項目預期目標。