CN117190923A - 一种飞机导管接头粗糙度测量方法、装置、设备及介质 - Google Patents

一种飞机导管接头粗糙度测量方法、装置、设备及介质 Download PDF

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朱绪胜
陈代鑫
周力
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韩利亚
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刘清华
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Abstract

本申请公开了一种飞机导管接头粗糙度测量方法、装置、设备及介质,包括以下步骤:获取导管接头待测表面的变形条纹图像;其中,变形条纹图像通过将具有相位差的正弦光栅条纹投影到导管接头待测表面进行成像获得;切换正弦光栅条纹,并返回至所述获取导管接头待测表面的变形条纹图像的步骤,直至达到满周期相移,以获得多张变形条纹图像;获取多张变形条纹图像的相位分布信息;建立相位分布信息与深度信息的映射关系;其中,深度信息为导管接头待测表面高度信息;根据映射关系,获得导管接头待测表面的粗糙度,本申请具有实现了无接触测量、避免了划伤导管接头表面问题的优点。

Description

一种飞机导管接头粗糙度测量方法、装置、设备及介质
技术领域
本申请涉及数字化检测技术领域,尤其涉及一种飞机导管接头粗糙度测量方法、装置、设备及介质。
背景技术
导管广泛应用于航空发动机、飞机总装等航空装备制造中,导管接头表面粗糙度是保证管路***密封连接的关键质量特性。导管表面质量的微小偏差会导致航空器重大质量问题,因此对于导管接头表面微观粗糙度的高精度测量对于把控航空器质量以及支撑制造工艺优化具有重要意义。
目前对于导管接头表面粗糙度大多采用接触式测量方法,容易存在划伤导管接头表面的问题。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种飞机导管接头粗糙度测量方法、装置、设备及介质,旨在解决现有接触式测量方法测量导管接头粗糙度,容易存在划伤导管接头表面的技术问题。
为实现上述目的,本申请提供一种飞机导管接头粗糙度测量方法,包括以下步骤:
获取导管接头待测表面的变形条纹图像;其中,变形条纹图像通过将具有相位差的正弦光栅条纹投影到导管接头待测表面进行成像获得;
切换正弦光栅条纹,并返回至所述获取导管接头待测表面的变形条纹图像的步骤,直至达到满周期相移,以获得多张变形条纹图像;
获取多张变形条纹图像的相位分布信息;
建立相位分布信息与深度信息的映射关系;其中,深度信息为导管接头待测表面高度信息;
根据映射关系,获得导管接头待测表面的粗糙度。
可选地,所述获取多张变形条纹图像的相位分布信息,包括:
根据变形条纹图像,构建变形条纹光强分布函数;
根据变形条纹光强分布函数,获得相位分布图;
根据相位分布图,获得相位分布信息。
可选地,变形条纹光强分布函数的表达式为:
式中,I(x,y)表示基于XY平面的光强分布,R(x,y)表示基于XY平面的反射率分布,A(x,y)表示基于XY平面的背景光强分布,B(x,y)表示基于XY平面的条纹对比度分布,表示基于XY平面的相位分布信息,/>表示初始相位。
可选地,相位分布信息的函数表达式为:
式中,n=1,2,3...N,N为相移步数。
可选地,映射关系的函数表达式为:
式中,h(x,y)表示深度信息,λ表示测量光源中心波长。
可选地,粗糙度的函数表达式为:
式中,roughness表示粗糙度,L表示像素点的采样数量。
可选地,所述获取导管接头待测表面的变形条纹图像之前,还包括以下步骤:
引入测量光源,并设置具有预设夹角的投影光路和摄影光路;
将导管接头待测表面置于投影光路和摄影光路的公共视场内;
调节导管接头待测表面位置,以使导管接头待测表面成像清晰。
可选地,预设夹角为20°-60°。
为实现上述目的,本申请还提供一种飞机导管接头粗糙度测量装置,包括:
图像获取模块,用于获取导管接头待测表面的变形条纹图像;其中,变形条纹图像通过将具有相位差的正弦光栅条纹投影到导管接头待测表面进行成像获得;
多步相移模块,用于切换正弦光栅条纹,并返回至所述获取导管接头待测表面的变形条纹图像的步骤,直至达到满周期相移,以获得多张变形条纹图像;
信息获取模块,用于获取多张变形条纹图像的相位分布信息;
映射关系构建模块,用于建立相位分布信息与深度信息的映射关系;其中,深度信息为导管接头待测表面高度信息;
粗糙度计算模块,用于根据映射关系,获得导管接头待测表面的粗糙度。
为实现上述目的,本申请还提供一种计算机设备,该计算机设备包括存储器和处理器,所述存储器中存储有计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序,实现上述的方法。
为实现上述目的,本申请还提供一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序,处理器执行所述计算机程序,实现上述的方法。
本申请所能实现的有益效果如下:
本申请通过将具有相位差的正弦光栅条纹投影到导管接头待测表面进行成像,从而采集到导管接头待测表面的变形条纹图像,然后切换正弦光栅条纹,每切换一次即可采集到一幅变形条纹图像,直至达到满周期相移,从而获得多张变形条纹图像,并分别获取多张变形条纹图像的相位分布信息,然后建立相位分布信息与深度信息的映射关系,由于正弦光栅条纹投影到导管接头待测表面时,受导管接头高度的调制条纹相位信息会产生变化,导管接头表面高度信息被编码在变形条纹的相位信息中,因此深度信息和相位信息存在一一映射关系,最后即可根据映射关系计算获得导管接头待测表面的粗糙度,因此本申请与传统的接触测量方法相比,属于非接触式的光学测量方法,不存在划伤导管接头表面的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中,类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中,各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本申请的实施例中一种飞机导管接头粗糙度测量方法的流程示意图;
图2为本申请的实施例中测量导管接头待测表面时的示意图;
图3为本申请的实施例中获取的变形条纹图像的示意图;
图4为本申请的实施例中获取的测量区域三维形貌的示意图;
图5为本申请的实施例中获取的粗糙度计算采样区域的横向轮廓示意图。
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
需要说明的是,本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。
在本申请中,除非另有明确的规定和限定,术语“连接”、“固定”等应做广义理解,例如,“固定”可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
另外,若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述,则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外,全文中出现的“和/或”的含义,包括三个并列的方案,以“A和/或B”为例,包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外,各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本申请要求的保护范围之内。
实施例1
参照图1-图5,本实施例提供一种飞机导管接头粗糙度测量方法,包括以下步骤:
获取导管接头待测表面的变形条纹图像;其中,变形条纹图像通过将具有相位差的正弦光栅条纹投影到导管接头待测表面进行成像获得;
切换正弦光栅条纹,并返回至所述获取导管接头待测表面的变形条纹图像的步骤,直至达到满周期相移,以获得多张变形条纹图像;
获取多张变形条纹图像的相位分布信息;
建立相位分布信息与深度信息的映射关系;其中,深度信息为导管接头待测表面高度信息;
根据映射关系,获得导管接头待测表面的粗糙度。
现有技术中,对于导管接头表面粗糙度的微纳米量级测量主要依赖于接触式测量设备如扫描电子显微镜、扫描隧道显微镜、原子力显微镜以及台阶仪等,此类方法测量纵向分辨率极高可以达到亚纳米量级水平,但根据其测量原理或采用高能电子束扫描样品,通过光束和物体表面的相互作用来激发感兴趣的物理信息已达到测量目的,或采用器件末端和物体表面之间的原子相互作用力引起的形变进行测量,或采用机械探头沿物体表面滑动以实现三维检测,此类方法测量效率较低,且均需通过各种介质与物体表面进行相互作用从而实现测量,容易导致物体表面受损或者物体表面物理化学性质变化,因此在诸多检测场景中受限。
在本实施例中,通过将具有相位差的正弦光栅条纹投影到导管接头待测表面进行成像,从而采集到导管接头待测表面的变形条纹图像,然后切换正弦光栅条纹,每切换一次即可采集到一幅变形条纹图像,直至达到满周期相移,从而获得多张变形条纹图像,并分别获取多张变形条纹图像的相位分布信息,然后建立相位分布信息与深度信息的映射关系,由于正弦光栅条纹投影到导管接头待测表面时,受导管接头高度的调制条纹相位信息会产生变化,导管接头表面高度信息被编码在变形条纹的相位信息中,因此深度信息和相位信息存在一一映射关系,最后即可根据映射关系计算获得导管接头待测表面的粗糙度,因此本实施例与传统的接触测量方法相比,属于非接触式的光学测量方法,不存在划伤导管接头表面的问题。
作为一种可选的实施方式,所述获取多张变形条纹图像的相位分布信息,包括:
根据变形条纹图像,构建变形条纹光强分布函数;
根据变形条纹光强分布函数,获得相位分布图;
根据相位分布图,获得相位分布信息。
在本实施方式中,由于通过一帧变形条纹图像很难精确得到相位信息,因此采用多步相移法进行相位解析,并通过变形条纹图像构建对应的变形条纹光强分布函数,然后使用多步相移法处理变形条纹图像序列,从而得到相位分布图,最终即可得到相位分布信息。
作为一种可选的实施方式,变形条纹光强分布函数的表达式为:
式中,I(x,y)表示基于XY平面的光强分布,R(x,y)表示基于XY平面的反射率分布,A(x,y)表示基于XY平面的背景光强分布,B(x,y)表示基于XY平面的条纹对比度分布,表示基于XY平面的相位分布信息,/>表示初始相位。
在本实施方式中,基于该变形条纹光强分布函数的表达式可计算得到变形条纹光强分布情况,而相位分布信息中包含待测表面的三维形貌信息,为后续相位分布信息的准确计算奠定了基础,具有指导意义。
需要说明的是,利用多步相移法求解条纹相位分布信息,具有极高的解析精度,而根据多步相移解析相位算法,变形条纹光强分布函数中含有包括相位分布信息在内的三个未知量,因此需至少投影三幅具有一定相位差的正弦光栅条纹图才能实现相位求解,同时需保证该组正弦光栅条纹图实现满周期相移。
作为一种可选的实施方式,相位分布信息的函数表达式为:
式中,n=1,2,3...N,N为相移步数。
在本实施方式中,使用多步相移法处理变形条纹图像序列,可得到相位分布图,因此本实施方式采用N帧满周期等相位差多步相移法求解相位,投影的正弦光栅条纹每隔光栅周期的1/N进行一次相移,相应的得到一幅光强分布图In(x,y),上述相位分布信息的函数表达式即为采用N步相移解相移算法函数,具有指导意义。
作为一种可选的实施方式,映射关系的函数表达式为:
式中,h(x,y)表示深度信息,λ表示测量光源中心波长。
在本实施方式中,可根据条纹相位差及光程差的理论关系,建立相位分布信息和深度信息的映射关系,通过高精度条纹相位解析算法求解到相位分布信息,并结合深度映射关系重建待测表面的测量区域三维形貌(如图4所示),基于上述映射关系的函数表达式,从而进一步可实现导管接头待测表面的三维点云获取,为后续粗糙度的精确计算提供了先决条件。
作为一种可选的实施方式,粗糙度的函数表达式为:
式中,roughness表示粗糙度,L表示像素点的采样数量。
在本实施方式中,获得导管接头待测表面的三维点云后,在三维点云中第x行、L个像素点的采样范围内,基于上述粗糙度的函数表达式,即可计算获得导管接头待测表面的粗糙度。对某导管接头实际测量如图5所示,第200行的45个像素点约20mm的采样范围内,导管接头样品粗糙度计算可得为0.88um。
综上所述,与接触式测量方法相比,本实施例利用光学测量方法具有非接触、无损伤等优势,在微纳米量级粗糙度测量中具有不可替代的地位。其中基于光栅投影的测量方法可通过条纹投影装置将具有一定相位差的多幅正弦光栅条纹投影到导管接头待测表面,同时利用摄影装置同步采集变形条纹图存储到计算机中,通过高精度条纹相位解析算法求解相位信息,进一步结合高度映射重建待测表面的三维形貌,从而实现导管接头待测表面的粗糙度的计算,具有大尺寸、高精度、高效率等特点,在导管接头表面微纳米量级粗糙度测量领域有广阔的应用前景。
作为一种可选的实施方式,所述获取导管接头待测表面的变形条纹图像之前,还包括以下步骤:
引入测量光源,并设置具有预设夹角的投影光路和摄影光路;
将导管接头待测表面置于投影光路和摄影光路的公共视场内;
调节导管接头待测表面位置,以使导管接头待测表面成像清晰。
在本实施方式中,测量光源可采用LED宽光谱白光光源,投影光路和摄影光路可分别采用投影装置和摄影装置实现,将投影装置和摄影装置按预设夹角摆放好后,再将导管接头待测表面放置于投影光路和摄影光路的公共视场内,然后可通过上位机控制放置导管接头的承物台上下移动,使得导管接头待测表面在摄影装置中成像清晰,进入成像***的焦深范围内,后续即可用上位机控制投影装置,将一幅具有一定相位差的正弦光栅投影到导管接头待测表面,同时控制摄影装置同步采集变形条纹成像存储到计算机中,以开启粗糙度测量步骤。因此与其他光学测量方法如激光共聚焦、白光干涉法相比,本方法可采用更简单的测量***,仅需投影装置和摄影装置即可实现测量,具有便携性的优势。
需要说明的是,为实现高效高精度测量,须严格按照理论设计搭建测量***(包括投影装置和摄影装置)以及按照相关步骤开展测量,本方法测量***属于三角测量***,需控制投影装置光路与摄影装置光路重合于摄影装置的焦面位置以达到最佳测量效果,本***中需将双光路夹角严格控制在预设夹角内,同时在测量开始前,需将导管接头待测表面放置于合适的XYZ位置。
作为一种可选的实施方式,预设夹角为20°-60°。
在本实施方式中,由于测量***为三角测量***,投影装置与摄影装置必然存在某个角度,若该角度过大会导致光散射严重,进入摄影装置的光强不足导致成像不清晰,无法获取高质量成像图片;若该角度过小则有可能会导致双光路串扰且发生硬件干涉,影响测量结果,因此在与模拟仿真条件差别不大的情况下,可适当调整成像角度,具体夹角范围为20°-60°。按照光源散射模型及摄影装置具体使用的相机曝光参数,进一步结合待测物体表面反射率可得出最佳成像夹角角度为30°,该30°夹角是在采用LED白光光源、相机曝光时间控制在5ms以及待测物体表面为金属的情况下,通过模拟仿真得到的最佳成像角度。
实施例2
基于与前述实施例相同的发明思路,本实施例还提供一种飞机导管接头粗糙度测量装置,包括:
图像获取模块,用于获取导管接头待测表面的变形条纹图像;其中,变形条纹图像通过将具有相位差的正弦光栅条纹投影到导管接头待测表面进行成像获得;
多步相移模块,用于切换正弦光栅条纹,并返回至所述获取导管接头待测表面的变形条纹图像的步骤,直至达到满周期相移,以获得多张变形条纹图像;
信息获取模块,用于获取多张变形条纹图像的相位分布信息;
映射关系构建模块,用于建立相位分布信息与深度信息的映射关系;其中,深度信息为导管接头待测表面高度信息;
粗糙度计算模块,用于根据映射关系,获得导管接头待测表面的粗糙度。
本实施例的装置中各模块的相关解释和举例可参照前述实施例的方法,这里不再赘述。
实施例3
基于与前述实施例相同的发明思路,本实施例提供一种计算机设备,该计算机设备包括存储器和处理器,所述存储器中存储有计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序,实现上述的方法。
实施例4
基于与前述实施例相同的发明思路,本实施例提供一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序,处理器执行所述计算机程序,实现上述的方法。
以上仅为本申请的优选实施例,并非因此限制本申请的专利范围,凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种飞机导管接头粗糙度测量方法,其特征在于,包括以下步骤:
获取导管接头待测表面的变形条纹图像;其中,所述变形条纹图像通过将具有相位差的正弦光栅条纹投影到所述导管接头待测表面进行成像获得;
切换正弦光栅条纹,并返回至所述获取导管接头待测表面的变形条纹图像的步骤,直至达到满周期相移,以获得多张变形条纹图像;
获取多张所述变形条纹图像的相位分布信息;
建立所述相位分布信息与深度信息的映射关系;其中,所述深度信息为所述导管接头待测表面高度信息;
根据所述映射关系,获得所述导管接头待测表面的粗糙度。
2.如权利要求1所述的一种飞机导管接头粗糙度测量方法,其特征在于,所述获取多张所述变形条纹图像的相位分布信息,包括:
根据所述变形条纹图像,构建变形条纹光强分布函数;
根据所述变形条纹光强分布函数,获得相位分布图;
根据所述相位分布图,获得相位分布信息。
3.如权利要求2所述的一种飞机导管接头粗糙度测量方法,其特征在于,所述变形条纹光强分布函数的表达式为:
式中,I(x,y)表示基于XY平面的光强分布,R(x,y)表示基于XY平面的反射率分布,A(x,y)表示基于XY平面的背景光强分布,B(x,y)表示基于XY平面的条纹对比度分布,表示基于XY平面的相位分布信息,/>表示初始相位。
4.如权利要求3所述的一种飞机导管接头粗糙度测量方法,其特征在于,所述相位分布信息的函数表达式为:
式中,n=1,2,3...N,N为相移步数。
5.如权利要求4所述的一种飞机导管接头粗糙度测量方法,其特征在于,所述映射关系的函数表达式为:
式中,h(x,y)表示深度信息,λ表示测量光源中心波长。
6.如权利要求5所述的一种飞机导管接头粗糙度测量方法,其特征在于,所述粗糙度的函数表达式为:
式中,roughness表示粗糙度,L表示像素点的采样数量。
7.如权利要求1-6中任一项所述的一种飞机导管接头粗糙度测量方法,其特征在于,所述获取导管接头待测表面的变形条纹图像之前,还包括以下步骤:
引入测量光源,并设置具有预设夹角的投影光路和摄影光路;
将导管接头待测表面置于所述投影光路和所述摄影光路的公共视场内;
调节所述导管接头待测表面位置,以使所述导管接头待测表面成像清晰。
8.如权利要求7所述的一种飞机导管接头粗糙度测量方法,其特征在于,所述预设夹角为20°-60°。
9.一种飞机导管接头粗糙度测量装置,其特征在于,包括:
图像获取模块,用于获取导管接头待测表面的变形条纹图像;其中,所述变形条纹图像通过将具有相位差的正弦光栅条纹投影到所述导管接头待测表面进行成像获得;
多步相移模块,用于切换正弦光栅条纹,并返回至所述获取导管接头待测表面的变形条纹图像的步骤,直至达到满周期相移,以获得多张变形条纹图像;
信息获取模块,用于获取多张所述变形条纹图像的相位分布信息;
映射关系构建模块,用于建立所述相位分布信息与深度信息的映射关系;其中,所述深度信息为所述导管接头待测表面高度信息;
粗糙度计算模块,用于根据所述映射关系,获得所述导管接头待测表面的粗糙度。
10.一种计算机设备,其特征在于,该计算机设备包括存储器和处理器,所述存储器中存储有计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序,实现如权利要求1-6中任一项所述的方法。
11.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序,处理器执行所述计算机程序,实现如权利要求1-6中任一项所述的方法。
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