CN117537743A - 一种航空发动机整机外轮廓非接触式光学数字化检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于非接触式光学检测方法，具体涉及一种航空发动机整机外轮廓非接触式光学数字化检测方法。技术方案如下：包括如下步骤：1)利用光学三维扫描仪测量航空发动机整机，获取三维点云数据；2)三维点云数据拼接；3)对数据进行降噪处理；4)分析三维点云数据，判断轮廓；对降噪处理后的三维网格数据与航空发动机的标准三维轮廓型面进行对比分析，依据被测工件的外廓型面与标准三维轮廓型面的差值，给出判断结果，同时对不符合技术要求部分进行颜色突出显示。本发明解决了传统人工检测方法不能量化且不能通用的问题，提升了整体的检测精度，提高了检测效率，降低了劳动强度，避免了人为测量的误差，实现了测量结果量化、数字化、标准化。
Description
技术领域
本发明属于非接触式光学检测方法，具体涉及一种航空发动机整机外轮廓非接触式光学数字化检测方法。
背景技术
航空发动机的外部构件层层分布，空间结构不规则，发动机外部是不连续的型面，与周围机件间隙有限，外部的尺寸要求通常相对较为严格，检测手段比较传统。对于较大结构件的检测通过与发动机型面类似的样板人工检测，工装制造成本高、周期长、通用性差，且工装笨重操作不便，检测过程的操作方法繁琐，劳动强度大，效率低，并且测量结果不能量化，检测结果受人为影响，且不可复现，不利于追溯。
发明内容
本发明提供一种航空发动机整机外轮廓非接触式光学数字化检测方法，解决了传统人工检测方法不能量化且不能通用的问题，提升了整体的检测精度，提高了检测效率，降低了劳动强度，避免了人为测量的误差，实现了测量结果量化、数字化、标准化，保证了可追溯性。
本发明的技术方案如下：
一种航空发动机整机外轮廓非接触式光学数字化检测方法，包括如下步骤：
1)利用光学三维扫描仪测量航空发动机整机，获取三维点云数据；
2)三维点云数据拼接；建立系统坐标系进行多个三维点云数据的拼接，保证拼接精度不低于0.02mm；
3)对三维点云数据进行降噪处理，得出被测工件的三维网格数据；
4)分析三维点云数据，判断轮廓；对降噪处理后的三维网格数据与航空发动机的标准三维轮廓型面进行对比分析，依据被测工件的外廓型面与标准三维轮廓型面的差值，给出判断结果，同时对不符合技术要求部分进行颜色突出显示。
进一步地，所述的航空发动机整机外轮廓非接触式光学数字化检测方法，所述步骤1)具体过程如下：光学三维扫描仪由两个位于左右两侧的高分辨率的工业CCD相机和位于中央的光栅投影单元组成，采用结构光测量的方式，由光栅投影单元投影出包含格雷码信息和相位移信息的条纹投影到被测工件表面，两个CCD相机同时采集被测工件表面反射的条纹投影，通过条纹中的格雷码与相位移信息，确定两个CCD相机采集的每个像素对应的点，然后利用三角形测量原理，确定像素点的坐标。
进一步地，所述的航空发动机整机外轮廓非接触式光学数字化检测方法，所述步骤2)具体过程如下：在发动机上或其周围粘贴多个标记点做为参考点，通过机器人携带光学三维扫描仪多角度、不同方位扫描被测工件，获得带有参考点的被测工件表面的三维点云数据，光学三维扫描仪的系统软件根据所采集的带有参考点的三维点云数据进行拼接。
进一步地，所述的航空发动机整机外轮廓非接触式光学数字化检测方法，所述步骤3)具体过程如下：光学三维扫描仪的系统软件在测量完成后，将一系列测量所采集的三维点云数据处理成高分辨率的数字化网格，剔除测量噪声，根据被测工件表面曲率对点云密度进行优化，得出被测工件的三维网格数据。
进一步地，所述的航空发动机整机外轮廓非接触式光学数字化检测方法，剔除测量噪声是指：通过识别被测工件的结构件的典型特征，去除三维点云数据中的异常数据，去除噪点。
进一步地，所述的航空发动机整机外轮廓非接触式光学数字化检测方法，根据被测工件表面曲率对点云密度进行优化为：在细小的特征部位保留更多的数据点，在平面或曲率半径大的地方将多个点拟合成一个点。
进一步地，所述的航空发动机整机外轮廓非接触式光学数字化检测方法，所述步骤4)具体过程如下：在光学三维扫描仪的系统软件中将三维网格数据的坐标系转换到航空发动机的标准三维轮廓型面的CAD坐标系中，使两者坐标系一致、对齐；对齐后，系统软件计算三维网格数据的每个点与CAD数据之间的垂直距离，获得两者之间的偏差；当三维网格数据点在CAD面法向外侧时，偏差为正，反之为负；偏差为正则不符合技术要求，偏差为负或为零则符合技术要求；在系统软件中，筛选出偏差大于0的区域，并以自定义的颜色展示超出区域。
本发明的有益效果为：本发明提供的航空发动机整机外轮廓非接触式光学数字化检测方法，解决了传统人工检测方法不能量化且不能通用的问题，提升了整体的检测精度，提高了检测效率，降低了劳动强度，避免了人为测量的误差，实现了测量结果量化、数字化、标准化，保证了可追溯性。
具体实施方式
一种航空发动机整机外轮廓非接触式光学数字化检测方法，包括如下步骤：
1)利用光学三维扫描仪测量航空发动机整机，获取三维点云数据；光学三维扫描仪由两个位于左右两侧的高分辨率的工业CCD相机和位于中央的光栅投影单元组成，采用结构光测量的方式，由光栅投影单元投影出包含格雷码信息和相位移信息的条纹投影到被测工件表面，两个CCD相机同时采集被测工件表面反射的条纹投影，通过条纹中的格雷码与相位移信息，确定两个CCD相机采集的每个像素对应的点，然后利用三角形测量原理，确定像素点的坐标；
2)三维点云数据拼接；在发动机上或其周围粘贴多个标记点做为参考点，通过机器人携带光学三维扫描仪多角度、不同方位扫描被测工件，获得带有参考点的被测工件表面的三维点云数据，光学三维扫描仪的系统软件根据所采集的带有参考点的三维点云数据进行拼接，保证拼接精度不低于0.02mm；
3)对三维点云数据进行降噪处理，得出被测工件的三维网格数据；光学三维扫描仪的系统软件在测量完成后，将一系列测量所采集的三维点云数据处理成高分辨率的数字化网格；在测量过程中，因物体反光、振动、零件表面状态等问题，会造成获取的点云数据中带有异常数据，通过识别被测工件的结构件的典型特征，去除三维点云数据中的异常数据，去除噪点；根据被测工件表面曲率对点云密度进行优化，在细小的特征部位保留更多的数据点，在平面或曲率半径大的地方将多个点拟合成一个点，既保证了数据量，也减少了文件占用空间；得出被测工件的三维网格数据；
4)分析三维点云数据，判断轮廓；在光学三维扫描仪的系统软件中将三维网格数据的坐标系转换到航空发动机的标准三维轮廓型面的CAD坐标系中，使两者坐标系一致、对齐；对齐后，系统软件计算三维网格数据的每个点与CAD数据之间的垂直距离，获得两者之间的偏差；当三维网格数据点在CAD面法向外侧时，偏差为正，反之为负；偏差为正则不符合技术要求，偏差为负或为零则符合技术要求；在系统软件中，筛选出偏差大于0的区域(即被测工件的三维网格超出CAD的区域)，并以自定义的颜色展示超出区域。
Claims (7)
1.一种航空发动机整机外轮廓非接触式光学数字化检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)利用光学三维扫描仪测量航空发动机整机，获取三维点云数据；
2)三维点云数据拼接；建立系统坐标系进行多个三维点云数据的拼接，保证拼接精度不低于0.02mm；
3)对三维点云数据进行降噪处理，得出被测工件的三维网格数据；
4)分析三维点云数据，判断轮廓；对降噪处理后的三维网格数据与航空发动机的标准三维轮廓型面进行对比分析，依据被测工件的外廓型面与标准三维轮廓型面的差值，给出判断结果，同时对不符合技术要求部分进行颜色突出显示。
2.根据权利要求1所述的航空发动机整机外轮廓非接触式光学数字化检测方法，其特征在于，所述步骤1)具体过程如下：光学三维扫描仪由两个位于左右两侧的高分辨率的工业CCD相机和位于中央的光栅投影单元组成，采用结构光测量的方式，由光栅投影单元投影出包含格雷码信息和相位移信息的条纹投影到被测工件表面，两个CCD相机同时采集被测工件表面反射的条纹投影，通过条纹中的格雷码与相位移信息，确定两个CCD相机采集的每个像素对应的点，然后利用三角形测量原理，确定像素点的坐标。
3.根据权利要求2所述的航空发动机整机外轮廓非接触式光学数字化检测方法，其特征在于，所述步骤2)具体过程如下：在发动机上或其周围粘贴多个标记点做为参考点，通过机器人携带光学三维扫描仪多角度、不同方位扫描被测工件，获得带有参考点的被测工件表面的三维点云数据，光学三维扫描仪的系统软件根据所采集的带有参考点的三维点云数据进行拼接。
4.根据权利要求3所述的航空发动机整机外轮廓非接触式光学数字化检测方法，其特征在于，所述步骤3)具体过程如下：光学三维扫描仪的系统软件在测量完成后，将一系列测量所采集的三维点云数据处理成高分辨率的数字化网格，剔除测量噪声，根据被测工件表面曲率对点云密度进行优化，得出被测工件的三维网格数据。
5.根据权利要求4所述的航空发动机整机外轮廓非接触式光学数字化检测方法，其特征在于，剔除测量噪声是指：通过识别被测工件的结构件的典型特征，去除三维点云数据中的异常数据，去除噪点。
6.根据权利要求4所述的航空发动机整机外轮廓非接触式光学数字化检测方法，其特征在于，根据被测工件表面曲率对点云密度进行优化为：在细小的特征部位保留更多的数据点，在平面或曲率半径大的地方将多个点拟合成一个点。
7.根据权利要求4所述的航空发动机整机外轮廓非接触式光学数字化检测方法，其特征在于，所述步骤4)具体过程如下：在光学三维扫描仪的系统软件中将三维网格数据的坐标系转换到航空发动机的标准三维轮廓型面的CAD坐标系中，使两者坐标系一致、对齐；对齐后，系统软件计算三维网格数据的每个点与CAD数据之间的垂直距离，获得两者之间的偏差；当三维网格数据点在CAD面法向外侧时，偏差为正，反之为负；偏差为正则不符合技术要求，偏差为负或为零则符合技术要求；在系统软件中，筛选出偏差大于0的区域，并以自定义的颜色展示超出区域。
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