基于投影散斑的结构表面形貌测量

作者:杭超;燕群; 刊名:科学技术与工程 上传者:陈华春

【摘要】结构形貌测量具有重要的工程应用价值。设计了基于投影散斑的结构表面形貌测量方案,结合双目立体视觉标定、散斑特征匹配、三维重建等关键技术,搭建了测量系统,并用该系统测量了典型结构表面的形貌点云数据,最后将测得的点云数据与结构的CAD(computer aided design)模型进行配准,评估了测量方法误差,验证了该方法的准确性。结果表明,投影散班形貌测量方法可以实现结构表面形貌的高精度测量,其最大误差为0.2 mm。

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第 18 卷 第 19 期 2018 年 7 月 1671—1815( 2018) 019-0230-07 科 学 技 术 与 工 程 Science Technology and Engineering Vol. 18 No. 19 Jul. 2018  2018 Sci. Tech. Engrg. 引用格式: 杭 超,燕 群. 基于投影散斑的结构表面形貌测量[J]. 科学技术与工程,2018,18( 19) : 230—236 Hang Chao,Yan Qun. Structural surface topography measurement based on projection speckle method[J]. Science Technology and Engineer-ing,2018,18( 19) : 230—236 基于投影散斑的结构表面形貌测量 杭 超 燕 群 ( 中国飞机强度研究所,西安 710065) 摘 要 结构形貌测量具有重要的工程应用价值。设计了基于投影散斑的结构表面形貌测量方案,结合双目立体视觉标定、散斑特征匹配、三维重建等关键技术,搭建了测量系统,并用该系统测量了典型结构表面的形貌点云数据,最后将测得的点云数据与结构的 CAD( computer aided design) 模型进行配准,评估了测量方法误差,验证了该方法的准确性。结果表明,投影散班形貌测量方法可以实现结构表面形貌的高精度测量,其最大误差为 0. 2 mm。 关键词 投影散斑 双目立体视觉 数字图像相关 三维重建 点云数据配准中图法分类号 TP391. 41; 文献标志码 A 2018 年 1 月 15 日收到 第一作者简介: 杭 超( 1990—) ,硕士,工程师。研究方向: 发动机强度,光测实验力学。E-mail: hangchaonwpu@163. com。 测量结构表面形貌是逆向工程和结构装配领域的一项重要的研究课题[1]。在大型结构装配过程中,经常会出现零部件之间的干涉问题。传统装配方法需要对干涉部位进行反复试装与修合; 由于大型结构在实际装配过程中,移动、定位和调姿都十分困难,对于此时发生干涉的零部件进行试装与局部修合的过程消耗大量的人力物力,而且周期漫长,这严重降低了装配效率。刘胜兰等[2]结合摄像测量和其他测量方法搭建了三维数字化测量系统,并用该系统对大型结构的几何精度进行评估。目前,市场上也有三维形貌测量的产品,如德国 GOM 公司的 ATOS 三维扫描仪,其通过对多组条纹图进行三维重建,从而拟合出结构的表面形貌数据[3]。 数字图像相关( digital image correlation,DIC) 又称为数字散斑相关( digital speckle correlation,DSC) ,是一种光学测量变形体表面变形信息的方法。它具有非接触、全场测量、光路简单、对环境要求低以及时间和空间上的大动态范围等优点。随着计算机图像技术的高速发展,数字图像相关方法已经日趋成熟,现已广泛地应用于实验力学及其他科学研究和工程[4—7]。DIC 方法基于灰度不变假设,认为物体在变形过程中表面各点的灰度保持不变,通过采集物体表面变形前后的两幅图像,根据两幅图像中散斑光强的相关性来确定物体表面的位移场和应变场[8]。结合双目立体视觉原理,通过左右图像的特征匹配,经三 维重建后得到特征点的空间坐标,可将 DIC 方法推广应用于空间三维结构的变形测量[9,10]。 基于 DIC 方法的多种优点,将该方法应用于结构表面形貌测量中。然而传统的

参考文献

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