CN110926364B - 基于线结构光的叶片检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于线结构光的叶片检测方法，包括首先对采集数据的线结构光轮廓仪位姿标定，以及对用于安装待测叶片可转动的转台面标定，减少检测装置安装带来的误差；其次采用待测叶片自身的基准面A和基准面B为标定基准，对叶片轴线标定，然后对待测叶片基准面C标定，以及通过叶片的前缘特征对转台Z轴标定，最后以转台Z轴和待测叶片基准面C建立全局坐标系，将线结构光轮廓仪采集的数据转换至全局坐标系中进行数据拼接实现待测叶片轮廓检测，本发明提供的叶片检测方法相较与传统检测方法，不仅测量效率高、测量的数据精度高且可获取叶片多个截面信息。

Description

基于线结构光的叶片检测方法

技术领域

本发明属于叶片检测领域，具体涉及一种基于线结构光的叶片检测方法。

背景技术

叶片作为航空发动机、燃机、汽轮机等设备中的关键零部件，承担着将热能转化为机械能的重要任务，叶片的形状及质量直接影响整机的能量转换效率和使用寿命。叶片因其截面为不规则曲面且每个截面高度的型线轮廓不相同给叶片检测工作增加了难度。

目前，常用的检测方法为标准样板测量法和三坐标测量法，标准样板测量法用于叶片加工过程的质量控制，测量精度低，劳动强度大。三坐标测量法常用于产品终检，为接触式测量，通过采集被测叶片表面上点的坐标，经过软件将采集的点进行处理后得到所需要的参数。三坐标测量法具有很强的通用性、精度高、测量范围大等优点，且测量时不受物体表面质量的粗糙度、颜色等因素的影响；但是存在测量效率低、测量成本高等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量效率高、测量成本低且可获取多个截面信息的基于线结构光的叶片检测方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于线结构光的叶片检测方法，包括如下步骤：

(1)叶片安装前的检测装置标定

a.将线结构光轮廓仪安装在可沿空间坐标X、Y、Z轴平移的支架上，并在线结构光轮廓仪所在平面上安装第一倾角传感器以及在线结构光轮廓仪的底部安装可对X、Y、Z轴进行偏转角度微调的第一微调倾角仪组，根据第一倾角传感器采集的数据调节第一微调倾角仪组的X、Y轴方向使线结构光轮廓仪发射出的激光面水平，实现对线结构光轮廓仪绕支架X、Y轴的偏转角度标定；

b.绕自身Z轴转动的转台上安装第二倾角传感器，根据第二倾角传感器采集的数据调整转台的转台面使其与激光面平行，实现对转台面的标定；

c.在转台面上放置标定块，然后在支架X轴方向移动线结构光轮廓仪，线结构光轮廓仪采集多组数据后计算出线结构光轮廓仪绕支架Z轴的偏转角，通过调节第一微调倾角仪组的Z轴方向以消除线结构光轮廓仪绕支架Z轴的偏转角，实现对线结构光轮廓仪绕支架Z轴的偏转角度标定；

(2)叶片安装后叶片轴线的标定

所述转台的转台面上安装第二微调倾角仪组，并将所述待测叶片安装在第二微调倾角仪组上；在支架Z轴方向上移动线结构光轮廓仪，根据线结构光轮廓仪采集多组数据调节第二微调倾角仪组对待测叶片基准面A标定，然后转动转台至待测叶片基准面B，在支架Z轴方向上移动线结构光轮廓仪，根据线结构光轮廓仪采集多组数据调节第二微调倾角仪组对待测叶片基准面B标定，通过待测叶片基准面A和基准面B实现对待测叶片轴线标定；

(3)待测叶片的检测

a.建立全局坐标系O-XYZ，以待测面叶片基准面C与转台Z轴的交点为原点O，并以基准面C上的两个相互垂直的法向量为X、Y轴，以转台Z轴为Z轴；

b.通过移动线结构光轮廓仪以及转动转台实现待测叶片的不同位置的数据采集，将采集的数据转换到全局坐标系O-XYZ进行数据拼接实现对待测叶片的轮廓检测。

进一步地，步骤(1)c中所述对线结构光轮廓仪绕支架Z轴的偏转角度标定具体包括如下步骤：

c1.将所述标定块放置在转台的转台面上并使线结构光轮廓仪发射的激光面照射在标定块侧面上；

c2.沿支架X轴移动线结构光轮廓仪使其在标定块的一端并采集第一组数据，对采集的数据进行线性拟合，获取数据拟合中心点的Y方向数据值Y₁；

c3.在支架X轴上移动线结构光轮廓仪到标定块的另一端，移动距离为L_X，线结构光轮廓仪采集第二组数据，对采集的数据进行线性拟合，获取数据拟合中心点的Y方向数据值Y₂；

c4.通过Y₁、Y₂和L_X计算出标定块的偏转角θ；

c5.转动所述转台，转动角度θ，然后步骤c2～c4转动转台直到Y₁＝Y₂，所述线结构光轮廓仪发射的激光面中心线与标定块的侧面完全垂直，标定块的自身坐标系和惯性坐标性平行；

c6.再利用线结构光轮廓仪采集标定块的数据，并对数据线性拟合，根据拟合后的直线斜率计算线结构光轮廓仪绕支架Z轴的偏转角γ，调节第一微调倾角仪的Z轴方向偏转γ后再次采集标定块的数据直到拟合后的直线斜率为0，实现对线结构光轮廓仪绕支架Z轴的偏转角度标定。

进一步地，步骤(2)中所述叶片安装后叶片轴线的标定具体包括如下步骤：

a.转动所述转台使待测叶片基准面A与线结构光轮廓仪发射的激光面接触并采集数据，对采集的数据进行线性拟合，获取数据拟合中心点Y方向数据值L₁；

b.沿支架Z轴移动线结构光轮廓仪，移动距离L_Z，线结构光轮廓仪再次采集数据，并对采集的数据进行线性拟合，获取数据拟合中心点Y方向数据值L₂；

c.根据L₁和L₂调整第二微调倾角仪组使L₁＝L₂，即完成待测叶片基准面A的标定；

d.转动转台至待测叶片基准面B面对线结构光轮廓仪，重复步骤a～c，完成待测叶片基准面B的标定；即实现叶片轴线与惯性坐标系Z轴平行，完成叶片轴线的标定。

进一步地，步骤(3)a中所述建立全局坐标系O-XYZ具体是通过以下步骤实现：

a1.将线结构光轮廓仪发射的激光面指向待测叶片基准面A或基准面B，并移动线结构光轮廓仪使激光面位于待测叶片的基准面C下方并靠近待测叶片的基准面C，沿支架Z轴移动线结构光轮廓仪，移动距离为L，使其激光面位于待测叶片的基准面C上方并靠近待测叶片的基准面C，通过线结构光轮廓仪采集的数据发生突变判断激光面是位于基准面C上方还是下方；

a2.再沿支架Z轴移动线结构光轮廓仪，移动距离为L/2，观察线结构光轮廓仪发射的激光面是位于待测叶片的基准面C的上方还是下方，若在下方，则向上移动L/4，若在上方，则向下移动L/4；

a3.重复步骤a2，且每次移动距离均为上次移动的1/2，经过数次移动后则认定线结构光轮廓仪发射的激光面与待测叶片的基准面C重合；

a4.将支架的所有运动参数归零，并以待测叶片基准面C与转台Z轴的交点为原点O，并以基准面C上的两个相互垂直的法向量为X、Y轴，以转台Z轴为Z轴，建立全局坐标系。

进一步地，所述转台Z轴是通过如下步骤标定：

a.沿支架Z轴移动线结构光轮廓仪至激光面与待测叶片的前缘轮廓接触，线结构光轮廓仪采集数据并从数据中获取极大值点A、以及在A点前后两点数据，建立切线向量A_{- 2}A、A_-1A、A₁A、A₂A；

b.转动转台，转动角度为α，线结构光轮廓仪采集数据并从数据中获取最大值A_max，并在A_max的领域内N个点找第i个点作为参考点A_i，并与A_i前后两点建立切线向量A_i-2A_i、A_{i- 1}A_i、A_i+1A_i、A_i+2A_i；

c.根据公式(1)逐点计算出i个点的δ_i值，并求解δ_i值中的极小值δ_min，将δ_min对应的i值，设i＝k，A_k与步骤(a)和极大值点A在待测叶片上是同一个点，将A_k和极大值点A的坐标数据带入公式(2)求出转台中心O到数据坐标系中心O₁的向量OO₁；

式中，(x_A，y_A)为极大值点A的坐标数据，(x_Ak，y_Ak)为A_k的坐标数据，T为转动转台后的旋转矩阵，

E_2×2为二阶单位矩阵；(dx，dy)为求解出的向量OO₁。

本发明具有以下有益效果：

(1)通过对线结构光轮廓仪的偏转角度标定和待测叶片轴线标定，使线结构光轮廓仪与待测叶片之间具有相对转动，且转台的转动轴线与叶片轴线平行，进而保证扫描的叶片截面与轴线垂直；

(2)通过设置倾角仪和倾角传感器实现对线结构光轮廓仪和转台的微调，以减少设备装备产生的误差；

(3)以被测叶片自身对转台的轴线进行标定，减少了引入其他标准球等标定物建立坐标系产生的误差，减少数据传递从而减少误差。

附图说明

图1为本发明检测叶片装置爆炸图。

图2为本发明线结构光轮廓仪Z轴标定原理图。

图3为本发明叶片基准面标定原理图。

图4为本发明基准面C标定原理图。

图5为本发明利用叶片对转台Z轴标定的原理图。

图6为本发明叶片前缘数据采集示意图。

图7为本发明转动后叶片前缘数据采集示意图。

图8为本发明叶片轮廓检测示意图。

图中标记：100、支架；101、支架X轴；102、支架Y轴；103、支架Z轴；110、安装板；200、转台；201、转台面；210、转台Z轴；300、线结构光轮廓仪；301、激光面；400、叶片；410、叶片轴线；420、基准面A；430、基准面B；440、基准面C；401、第一微调倾角仪组；402、第二微调倾角仪组；500、光学平台；600、标定块。

具体实施方式

如图1所示，本实施例所需要装备的检测装置包括一个可沿空间坐标X、Y、Z轴平移的支架100和可绕自身Z轴转动的转台200，所述支架100的X、Y、Z轴以及转台Z轴210为主运动，分别为三个平移分量(支架带动线结构光轮廓仪)和一个转动分量(转台带动待测叶片)，使线结构光轮廓仪300和待测叶片400之间产生四轴相对运动。具体地，所述支架100的Y轴102安装在光学平台500上，X轴101水平垂直且可平移安装在Y轴102上，Z轴103竖直垂直且可平移安装在X轴101上，Z轴103沿竖直方向移动安装有安装板110，安装板110上安装有线结构光轮廓仪300，所述转台200也安装在光学平台500上，且位于支架100的一侧，转台200采用高精密的转台，转台200的顶部设有可绕自身Z轴转动的转台面201，转台面201用于安装待测叶片400。

所述线结构光轮廓仪300采用基恩士LJ-V7060轮廓仪，光源为蓝色半导体激光，发射光束属于直射式，具有测量准确度高、扫描范围广、性能稳定的优点。

所述待测叶片400为航空发动机、燃机、汽轮机等设备中的零部件，因叶片的安装需求其必然存在较为平整且精度较高的基准面为装配面，本实施例所述基准面A、B、C是根据传统三坐标测量时确认的基准面，基准面A420为叶片安装在转台后面向线结构光轮廓仪的竖直的较为平整的面，基准面B430为转台转动以后面向线结构光轮廓仪的竖直的较为平整的面，基准面C440为与线结构光轮廓仪发射的激光面平行的较为平整的面。

本实施例提供的基于四轴检测平台和线结构光相结合的叶片检测方法包括如下步骤：

(1)叶片安装前的检测装置标定

a.将线结构光轮廓仪300安装可沿空间坐标X、Y、Z轴平移的支架100上，具体安装在安装板110上，所述安装板110上还安装有用于测量线结构光轮廓仪绕支架的X、Y轴偏转角的第一倾角传感器，所述线结构光轮廓仪300的底部安装有一组可对线结构光轮廓仪绕支架X、Y、Z轴偏转进行微调的第一微调倾角仪组401，具体所述第一微调倾角仪组401包括X、Z轴双轴倾角仪和Y轴单轴倾角仪，通过第一倾角传感器采集的角度数据调整第一微调倾角仪组的X轴和Y轴使线结构光轮廓仪300发射出的激光面301水平；可使线结构光轮廓仪300在支架X轴101和Y轴102上移动多次，第一倾角传感器采集角度数据对第一微调倾角仪组401的X轴和Y轴进行多次微调，直到第一倾角传感器采集的角度数据为0°时完成对线结构光轮廓仪300绕支架100X、Y轴的偏转角度标定。

b.在所述转台面201上安装用于检测转台面是否水平的第二倾角传感器，所述转台面201任3个角上安装有微调机构，微调机构采用现有技术常见的结构，如螺钉配合螺母；通过第二倾角传感器采集的角度数据调整转台上的微调机构使转台的转台面201与线结构光轮廓仪300发射的激光面平301行，多次转动转台面201(至少完成转动360°)直到第二倾角传感器采集的角度数据为0°时完成对转台面201的标定。

c.将一个矩形的标定块600放置在转台面201上，所述矩形标定块600的尺寸为30×60×120mm，因标定块600为人为放置，必然存在偏转角θ，所述偏转角θ是指标定块自身坐标系与惯性坐标系之间的夹角，对线结构光轮廓仪300绕支架Z轴103标定前要先消除偏转角θ带来的误差如图2所示，具体对线结构光轮廓仪300绕支架Z轴103偏转角度的标定具体包括如下步骤：

c1.将所述标定块600放置在转台面201上并使线结构光轮廓仪300发射的激光面301照射在标定块600的侧面上，此时人为放置，尽量使激光面301中心线与标定块600所接触侧面垂直。

c2.沿支架X轴101移动线结构光轮廓仪300使其在标定块600的一端(图2中实线表示的线结构光轮廓仪300)并采集第一组数据，标定块600的侧面很平整，具有很高的直线度，对采集的数据进行线性拟合，拟合后的直线可反映此时标定块600与线结构光轮廓仪300之间的相对位置关系；获取数据拟合中心点Y方向数据值Y₁，图2中表示的长度为C₁O₁。

c3.在支架X轴101方向上移动线结构光轮廓仪300到标定块600的另一端(图2中虚线表示的线结构光轮廓仪300)，移动距离为L_X，线结构光轮廓仪300采集第二组数据，对采集的数据进行线性拟合，获取数据拟合中心点Y方向数据值Y₂，图2中表示的长度为C₂O₂。

c4.将Y₁、Y₂和L_X带入公式(1)计算出标定块的偏转角θ，

从图2可知，连接C₁、C₂、O₁、O₂四点，已知O₁O₂与惯性坐标系的X轴完全平行，在之前已经对X、Y轴完成标定，同时通过C₂做O₁O₂的平行线C₂S，S为C₂S与O₁C₁的交点，且四边形O₁O₂C₂S为平行四边形，C₂O₂(Y₂)＝SO₁，那么C₁S＝Y₁-Y₂；由于标定块600侧面尽量的正对线结构光轮廓仪300的激光面301，标定块偏角θ较小，则△C₁SC₂为直角三角形，那么偏角θ可通过三角函数求解出。

c5.转动所述转台200，转动角度θ，以消除标定块600产生的偏转角，使标定块600的侧面完全与线结构光轮廓仪300发射的激光面301中心线垂直，然后步骤c2至c5，直到Y₁＝Y₂或两者之差的绝对值小于0.002mm，则完成标定块600的自身坐标系和惯性坐标性平行。

c6.再利用线结构光轮廓仪300采集标定块600的数据，并对数据进行线性拟合，根据拟合后的直线斜率计算线结构光轮廓仪300的偏转角γ，调节第一微调倾角仪组401的Z轴方向偏转γ，再次采集标定块600的数据然后拟合计算出偏转角调节第一微调倾角仪组401的Z轴，直到拟合后的直线斜率为0停止；任意位置下标定块600侧面与惯性坐标系X轴绝对平行，再利用线结构光轮廓仪300采集标定块的数据，并对数据线性拟合，线结构光轮廓仪300的Z轴未偏转则拟合后的直线斜率必然为0，若直线斜率不为0，并根据直线斜率求解出线结构光轮廓仪的偏转角γ，则调整线结构光轮廓仪300绕自身Z轴偏转γ后完成线结构光轮廓仪300绕支架Z轴103标定。

(2)叶片安装后叶片轴线的标定

待测叶片400安装后，依然有可能存在叶片轴线410绕惯性坐标系Z轴的偏转，在所述转台200的转台面201上安装第二微调倾角仪组402，第二微调倾角仪组402包括X轴单轴倾角仪和Y轴单轴倾角仪，并将所述待测叶片400安装在第二微调倾角仪组402上。在支架Z轴103方向上平移线结构光轮廓仪300采集多组数据对叶片的基准面A420标定，然后转动转台200至待测叶片基准面B430并沿支架Z轴103平移线结构光轮廓仪300采集多组数据对叶片的基准面B430标定，通过基准面A420和基准面B430对叶片轴线410标定。

如图3所示，所述叶片安装后叶片轴线的标定具体包括如下步骤：

a.转动所述转台200使待测叶片基准面A420与线结构光轮廓仪300发射的激光面301接触并采集数据，对采集的数据进行线性拟合，获取数据拟合轮廓中心点Y方向数据值L₁；

b.沿支架Z轴103移动线结构光轮廓仪300，移动距离L_Z，线结构光轮廓仪300再次采集数据，并进行线性拟合，获取数据拟合轮廓中心点Y方向数据值L₂；

c.根据L₁、L₂和L_Z调整第二微调倾角仪组402，原理与标定线结构光轮廓仪300绕支架Z轴103的类似，直到L₁＝L₂，即完成待测叶片基准面A420的标定；

d.转动转台200使激光面301与基准面B430接触，基准面A420和基准面B430之间可不为垂直关系，因此所述转台200转动角度与基准面A420与基准面B430之间的夹角相关；重复步骤a～c，完成待测叶片基准面B430的标定；基准面A420和基准面B430均与惯性坐标系的Z轴平行，即可认定叶片轴线410与惯性坐标系Z轴平行，即完成叶片轴线410的标定。

(3)待测叶片的检测

a.建立全局坐标系O-XYZ，以待测面叶片基准面C440与转台Z轴210的交点为原点O，并以基准面C440上的两个相互垂直的法向量为X、Y轴，以转台Z轴210为Z轴。

具体地，所述建立全局坐标系O-XYZ具体是通过以下步骤实现：

a1.将线结构光轮廓仪300发射的激光面301指向待测面叶片400的基准面A420或基准面B430，并移动线结构光轮廓仪300使激光面301位于待测叶片的基准面C440下方并靠近待测叶片的基准面C440，沿支架Z轴103移动线结构光轮廓仪，移动距离为L，使其激光面301位于待测叶片的基准面C440上方并靠近待测叶片的基准面C440，那么线结构光轮廓仪300在移动的时候必然经过基准面C440，通过线结构光轮廓仪300采集的数据发生突变判断激光面是位于基准面C440上方还是下方；若激光面301指向基准面A420，所述突变是指线结构光轮廓仪300采集的数据是完整或两端有缺失；若激光面指向基准面B430，所述突变是指线结构光轮廓仪300采集的数据中Y值变大或变小，具体如图4所示，基准面C440的上方或下方Y值有明显的差距；

a2.再沿支架Z轴103移动线结构光轮廓仪300，移动距离为L/2，观察线结构光轮廓仪300发射的激光面是位于待测叶片的基准面C440的上方还是下方，若在下方，则向上移动L/4，若在上方，则向下移动L/4；

a3.重复步骤a2，且每次移动距离均为上次移动的1/2，经过多次移动后则认定线结构光轮廓仪300发射的激光面301与待测叶片基准面C440重合，多次移动后移动距离越来越小，最终激光面无限接近基准面C440，则认定激光面301与基准面C440重合；

a4.将支架100移动的所有运动参数归零，并以待测叶片基准面C440与转台Z轴210的交点为原点O，并以基准面C440上的两个相互垂直的法向量为X、Y轴，以转台Z轴210为Z轴，建立全局坐标系OXYZ，因后面的叶片检测所有数据均在全局坐标系下计算，因此需要对转台Z轴210标定。

b.如图5所示，实线为线结构光轮廓仪300检测叶片截面轮廓，虚线为转动角度α后叶片截面轮廓，OXY为转动坐标系，原点与转台轴线重合，O₁X₁Y₁为线结构光轮廓仪数据坐标系；为完成最终数据的拼接，必须将数据坐标系O₁X₁Y₁统一到转动坐标系OXY下，本实施例是利用叶片前缘特征对转台Z轴210进行标定。需要O₁X₁Y₁坐标系和OXY坐标系之间的转换矩阵，前期的标定已保证两坐标系之间完全平行，故不用求解两坐标系的转动矩阵；只用求解平移矩阵，所以求解向量OO₁即可。所述转台Z轴210的标定是通过如下步骤：

b1.将线结构光轮廓仪300沿支架Z轴103移动至激光面301与待测叶片200的前缘轮廓接触，线结构光轮廓仪300采集数据并从数据获取极大值点A，并与A前后两点数据建立切线向量A_-2A、A_-1A、A₁A、A₂A，如图6所示；因线结构光轮廓仪300采集数据精度高，本实施例提供的线结构光轮廓仪300的采用间距为20um，前缘轮廓数据的差分可近似表示为切线向量；

b2.转动转台200，转动角度为α，线结构光轮廓仪300采集数并从数据获取最大值A_max，并在A_max的领域内N个点找第i个点作为参考点A_i，i∈1……N，并与A_i前后两点建立切线向量A_i-2A_i、A_i-1A_i、A_i+1A_i、A_i+2A_i，如图7所示；

b3.根据公式(2)逐点计算出i个点的δ_i值，并求解δ_i值中的极小值δ_min，将δ_min对应的i值，设i＝k，A_k与步骤(a)和极大值点A在待测叶片上是同一个点，将A_k和极大值点A的坐标数据带入公式(3)求出转台中心O到数据坐标系中心O₁的向量OO₁；

式中，(x_A，y_A)为极大值点A的坐标数据，(x_Ak，y_Ak)为A_k的坐标数据，T为转动转台后的旋转矩阵，

E_2×2为二阶单位矩阵；(dx，dy)为求解出的向量OO₁。

c.通过移动线结构光轮廓仪300以及转动转台200实现不同待测叶片的不同位置的数据采集，将采集的数据转换到全局坐标系O-XYZ进行数据拼接实现对待测叶片400的轮廓检测，如图8所示。

所述数据拼接具体实现：将同一截面的数据统一到所在截面坐标系O_i-X_iY_iZ_i下，完成整个截面轮廓的构建后，再将不同截面的轮廓数据统一到全局坐标系下，即可完成数据的统一和拼接。假设同一截面连续的两个工位1和工位2，检测的轮廓数据分别为L₁和L₂。

设定截面坐标系O_i-X_iYiZ_i建立完成后，X轴运动了L_x1、Y轴运动了L_y1、转台200从Z轴正向看顺时针转动了θ₁后到达工位1，并进行数据采集为L₁。并继续沿X轴运动L_x2、Y轴运动了L_y2、转台从Z轴正向看顺时针转动了θ₂后到达工位2，并进行数据采集为L₂。

此时，将L₁统一到截面坐标系下，数据为：

式中，

为转动矩阵，

为转轴标定时，求出的数据坐标系和转轴之间的平移量。

同样将工位2数据L₂统一到截面坐标系下为：

式中，

为转动矩阵；，

为转轴标定时，求出的数据坐标系和转轴之间的平移量。

同一截面的第N个工位下的数据统一为

且

待完成同一截面的数据拼接后，将其所有数据放在同一矩阵下，设为：φ₁＝[T_L1 ... T_LN]_2×ε，其中ε为该截面的所有数据点数量。

完成单一截面的数据的统一(拼接)后，下一步则是将多个截面数据统一到全局坐标系内。假设第i个截面坐标系与全局坐标系的Z向间距分别为L_Zi，那么第i个截面数据统一到全局坐标系下为

即完成了数据坐标系的统一和最终数据的拼接。

以上所述仅是本发明优选的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何基于本发明所提供的技术方案和发明构思进行的改造和替换都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.基于线结构光的叶片检测方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)叶片安装前的检测装置标定

a.将线结构光轮廓仪安装在可沿空间坐标X、Y、Z轴平移的支架上，并在线结构光轮廓仪所在平面上安装第一倾角传感器以及在线结构光轮廓仪的底部安装可对X、Y、Z轴进行偏转角度微调的第一微调倾角仪组，根据第一倾角传感器采集的数据调节第一微调倾角仪组的X、Y轴方向使线结构光轮廓仪发射出的激光面水平，实现对线结构光轮廓仪绕支架X、Y轴的偏转角度标定；

b.绕自身Z轴转动的转台上安装第二倾角传感器，根据第二倾角传感器采集的数据调整转台的转台面使其与激光面平行，实现对转台面的标定；

c.在转台面上放置标定块，然后在支架X轴方向移动线结构光轮廓仪，线结构光轮廓仪采集多组数据后计算出线结构光轮廓仪绕支架Z轴的偏转角，通过调节第一微调倾角仪组的Z轴方向以消除线结构光轮廓仪绕支架Z轴的偏转角，实现对线结构光轮廓仪绕支架Z轴的偏转角度标定；

(2)叶片安装后叶片轴线的标定

所述转台的转台面上安装第二微调倾角仪组，并将所述待测叶片安装在第二微调倾角仪组上；在支架Z轴方向上移动线结构光轮廓仪，根据线结构光轮廓仪采集多组数据调节第二微调倾角仪组对待测叶片基准面A标定，然后转动转台至待测叶片基准面B，在支架Z轴方向上移动线结构光轮廓仪，根据线结构光轮廓仪采集多组数据调节第二微调倾角仪组对待测叶片基准面B标定，通过待测叶片基准面A和基准面B实现对待测叶片轴线标定；

(3)待测叶片的检测

a.建立全局坐标系O-XYZ，以待测面叶片基准面C与转台Z轴的交点为原点O，并以基准面C上的两个相互垂直的法向量为X、Y轴，以转台Z轴为Z轴；

b.通过移动线结构光轮廓仪以及转动转台实现待测叶片的不同位置的数据采集，将采集的数据转换到全局坐标系O-XYZ进行数据拼接实现对待测叶片的轮廓检测。

2.根据权利要求1所述的基于线结构光的叶片检测方法，其特征在于：步骤(1)c中所述对线结构光轮廓仪绕支架Z轴的偏转角度标定具体包括如下步骤：

c1.将所述标定块放置在转台的转台面上并使线结构光轮廓仪发射的激光面照射在标定块的侧面；

c2.沿支架X轴移动线结构光轮廓仪使其在标定块的一端并采集第一组数据，对采集的数据进行线性拟合，获取数据拟合中心点的Y方向数据值Y₁；

c3.在支架X轴上移动线结构光轮廓仪到标定块的另一端，移动距离为L_X，线结构光轮廓仪采集第二组数据，对采集的数据进行线性拟合，获取数据拟合中心点的Y方向数据值Y₂；

c4.通过Y₁、Y₂和L_X计算出标定块的偏转角θ；

c5.转动所述转台，转动角度θ，然后步骤c2～c4转动转台直到Y₁＝Y₂，所述线结构光轮廓仪发射的激光面中心线与标定块的侧面完全垂直，标定块的自身坐标系和惯性坐标性平行；

c6.再利用线结构光轮廓仪采集标定块的数据，并对数据线性拟合，根据拟合后的直线斜率计算线结构光轮廓仪绕支架Z轴的偏转角γ，调节第一微调倾角仪的Z轴方向偏转γ后再次采集标定块的数据直到拟合后的直线斜率为0，实现对线结构光轮廓仪绕支架Z轴的偏转角度标定。

3.根据权利要求1所述的基于线结构光的叶片检测方法，其特征在于：步骤(2)中所述叶片安装后叶片轴线的标定具体包括如下步骤：

a.转动所述转台使待测叶片基准面A与线结构光轮廓仪发射的激光面接触并采集数据，对采集的数据进行线性拟合，获取数据拟合中心点Y方向数据值L₁；

b.沿支架Z轴移动线结构光轮廓仪，移动距离L_Z，线结构光轮廓仪再次采集数据，并对采集的数据进行线性拟合，获取数据拟合中心点Y方向数据值L₂；

c.根据L₁和L₂调整第二微调倾角仪组使L₁＝L₂，即完成待测叶片基准面A的标定；

d.转动转台至待测叶片基准面B面对线结构光轮廓仪，重复步骤a～c，完成待测叶片基准面B的标定；即实现叶片轴线与惯性坐标系Z轴平行，完成叶片轴线的标定。

4.根据权利要求1所述的基于线结构光的叶片检测方法，其特征在于：步骤(3)a中所述建立全局坐标系O-XYZ具体是通过以下步骤实现：

a1.将线结构光轮廓仪发射的激光面指向待测叶片基准面A或基准面B，并移动线结构光轮廓仪使激光面位于待测叶片的基准面C下方并靠近待测叶片的基准面C，沿支架Z轴移动线结构光轮廓仪，移动距离为L，使其激光面位于待测叶片的基准面C上方并靠近待测叶片的基准面C，通过线结构光轮廓仪采集的数据发生突变判断激光面是位于基准面C上方还是下方；

a2.再沿支架Z轴移动线结构光轮廓仪，移动距离L/2，观察线结构光轮廓仪发射的激光面是位于待测叶片的基准面C的上方还是下方，若在下方，则向上移动L/4，若在上方，则向下移动L/4；

a3.重复步骤a2，且每次移动距离均为上次移动的1/2，经过数次移动后则认定线结构光轮廓仪发射的激光面与待测叶片的基准面C重合；

a4.将支架的所有运动参数归零，并以待测叶片基准面C与转台Z轴的交点为原点O，并以基准面C上的两个相互垂直的法向量为X、Y轴，以转台Z轴为Z轴，建立全局坐标系。

5.根据权利要求1或4所述的基于线结构光的叶片检测方法，其特征在于：所述转台Z轴是通过如下步骤标定：

a.沿支架Z轴移动线结构光轮廓仪至激光面与待测叶片的前缘轮廓接触，线结构光轮廓仪采集数据并从数据中获取极大值点A、以及在A点前后两点数据，建立切线向量A_-2A、A_{- 1}A、A₁A、A₂A；

b.转动转台，转动角度为α，线结构光轮廓仪采集数据并从数据中获取最大值A_max，并在A_max的领域内N个点找第i个点作为参考点A_i，并与A_i前后两点建立切线向量A_i-2A_i、A_i-1A_i、A_i+1A_i、A_i+2A_i；

c.根据公式(1)逐点计算出i个点的δ_i值，并求解δ_i值中的极小值δ_min，将δ_min对应的i值，设i＝k，A_k与步骤(a)和极大值点A在待测叶片上是同一个点，将A_k和极大值点A的坐标数据带入公式(2)求出转台中心O到数据坐标系中心O₁的向量OO₁；

式中，(x_A，y_A)为极大值点A的坐标数据，(x_Ak，y_Ak)为A_k的坐标数据，T为转动转台后的旋转矩阵，

E_2×2为二阶单位矩阵；(dx，dy)为求解出的向量OO₁。

Images