航空发动机叶片三维轮廓测量方法研究

论文题目: 航空发动机叶片三维轮廓测量方法研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 光学工程

作者: 王军

导师: 郝志航,何昕

关键词: 相移测量,位相提取与展开,双频测量,编码光栅,参数标定

文献来源: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）

发表年度: 2005

论文摘要: 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。

论文目录:

第一章 绪论

1.1 航空发动机叶片测量技术概述

1.1.1 航空发动机叶片的特性

1.1.2 航空发动机叶片制造技术概述

1.1.3 叶片检测技术现状

1.2 课题研究背景及其意义

1.3 光学三维测量技术现状

1.3.1 经典干涉法

1.3.2 全息干涉法

1.3.3 电子散斑干涉法(ESPI／DSPI)

1.3.4 云纹法

1.3.5 光切测量法

1.3.6 激光扫描式测量方法

1.3.7 位相法测量技术

1.4 投影光栅相移技术研究热点和发展方向

1.4.1 投影方式

1.4.2 叠相还原(位相展开)

1.4.3 系统测量精度

1.5 本论文主要研究工作

1.5.1 本文研究目的及内容

1.5.2 本论文章节安排

第二章 投影光栅测量原理及测量系统组成

2.1 引言

2.2 投影光栅位相测量原理

2.2.1 典型投影光栅位相测量原理分类

2.2.2 通用投影光栅测量系统

2.3 投影光栅叶片三维测量系统设计

2.3.1 航空发动机投影光栅测量系统构成

2.3.2 投影光栅系统

2.3.3 选择全数字(DLP)投影仪的原因：

2.3.4 全自动数字投影系统软件设计

2.4 本章小结

第三章 投影光栅位相提取与展开技术

3.1 相移技术

3.1.1 传统相移基本原理

3.1.2 误差补偿相移算法

3.1.2.1 平均技术

3.1.2.2 基于平均误差补偿移相算法

3.1.3 实验验证

3.2 位相展开技术

3.2.1 位相展开的数学描述

3.2.2 传统线扫描位相展开原理

3.2.3 区域相关位相展开方法

3.2.4 实验验证

3.2.5 位相展开误差分析

3.3 本章小结

第四章 双频与编码投影栅线技术

4.1 双频投影栅线法

4.1.1 传统查找表双频相移技术

4.1.2 改进的双频相移法

4.1.3 双频相移实验验证

4.1.4 双频相移技术结论和讨论

4.2 编码相移技术

4.2.1 传统条纹空间编码原理

4.2.2 条纹编码特性研究

4.2.3 条纹编码效率

4.2.4 条纹编码空间分辨率

4.2.5 条纹编码与相移技术相结合的位相展开技术

4.3 本章小结

第五章 投影栅线三维测量系统标定与实验

5.1 栅线节距修正

5.1.1 基本公式推导

5.1.2 投影栅节距P_A~i的修正

5.2 测量系统坐标系建立

5.3 几何参数标定研究

5.3.1 系统垂直度的标定

5.3.2 系统平行度的标定

5.3.3 成像放大倍数M_O标定

5.3.4 物距L的标定

5.3.5 投影角θ标定

5.3.6 标定实验及结果

5.4 标定结论与讨论

5.5 三维测量数据拼接方法研究

5.5.1 坐标变换及数据拼接

5.5.2 数据拼接实验

5.6 系统测量误差分析

5.7 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文的研究工作与成果

6.2 本论文具有创新意义工作

6.3 展望

参考文献

致谢

作者在攻读博七学位期间发表论文情况

作者简历

长春光学精密机械与物理研究所博士学位论文原创性声明

发布时间: 2006-03-14

参考文献

• [1].面向航空发动机叶片顶端修复的曲面再生算法与误差分析[D]. 吴海东.广东工业大学2015
• [2].基于接触理论的精准砂带磨削基础研究[D]. 王亚杰.重庆大学2015

相关论文

• [1].航空发动机整体叶盘的测量[D]. 赵磊.天津大学2012
• [2].航空发动机关键构件内窥涡流集成化原位无损检测技术研究[D]. 田武刚.国防科学技术大学2009
• [3].发动机叶片精密电解加工关键技术研究[D]. 徐正扬.南京航空航天大学2008
• [4].基于计算机视觉的大型复杂曲面三维测量关键技术研究[D]. 王文格.湖南大学2003
• [5].光栅投射三维轮廓测量技术的研究[D]. 牛小兵.天津大学2003
• [6].复杂面形的光学三维测量相关技术研究[D]. 何海涛.上海大学2005
• [7].动态过程三维面形测量技术研究[D]. 张启灿.四川大学2005
• [8].基于时间相位展开的三维轮廓测量研究[D]. 岳慧敏.四川大学2005
• [9].航空发动机高速滚动轴承力学特性研究[D]. 唐云冰.南京航空航天大学2005
• [10].叶片数字化检测中的模型配准技术及应用研究[D]. 刘晶.西北工业大学2006

标签：相移测量论文;  位相提取与展开论文;  双频测量论文;  编码光栅论文;  参数标定论文;