航空发动机叶片HSI模型三维快速测量方法 
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HSI Model-Based Three-Dimensional Rapid Measurement Method for Aero-Engine Blades
1 中国民航大学中欧航空工程师学院, 天津 300300
2 先临三维科技股份有限公司, 浙江 杭州 311258
图 & 表
图 1. HSI色彩模型。(a)双锥体模型;(b)色相分布
Fig. 1. HSI color model. (a) Double cone model; (b) hue distribution
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图 2. I=0.5的RGB平面
Fig. 2. RGB plane with I=0.5
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图 3. 测量硬件系统
Fig. 3. Measurement hardware system
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图 4. 色彩校正前后投影图像的对比。(a)色彩校正前;(b)色彩校正后
Fig. 4. Comparison of projected images before and after color correction. (a) Before color correction; (b) after color correction
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图 5. 色相校正的对比。(a)校正后色相与理想色相;(b)校正后色相的误差分布
Fig. 5. Hue correction contrast. (a) Hue and ideal hue after correction; (b) error distribution of hue after correction
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图 6. 测量系统结构图
Fig. 6. System structure diagram
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图 7. 测量系统的标定。(a) h与ΔH映射关系的标定方法;(b)高度误差
Fig. 7. Calibration of measurement system. (a) Calibration method of mapping relationship between h and ΔH; (b) height error
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图 8. 标准量块研合表面的重复测量结果。(a)高度轮廓线;(b)测量误差
Fig. 8. Repeated measurement results of standard gauge block grinding surface. (a) Height contour; (b) measurement error
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图 9. 0°~360°范围内色相值的对应色彩
Fig. 9. Corresponding color of hue values in range of 0°-360°
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图 10. 彩色投影图样计算色相分量的过程。(a) 0°~360°对应的灰度变换关系;(b)彩色投影图样;(c)归一化转换至色相域;(d)标记线处的色相分布
Fig. 10. Process of calculating hue components of color projection pattern. (a) Grayscale transformation relationship corresponding to 0°-360°; (b) color projection pattern; (c) normalized conversion to hue gamut; (d) hue distribution at mark line
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图 11. 包裹色相与色条编码截线
Fig. 11. Schematic of wrapped hue and color bar coding cut line
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图 12. 非连续表面条纹边界的划分过程。(a)包裹色相;(b)色条编码;(c)条纹边界划分;(d)边界划分截线
Fig. 12. Dividing process of fringe boundary on discontinuous surface. (a) Wrapped hue; (b) color bar coding; (c) fringe boundary division; (d) boundary division section line
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图 13. 色相展开结果。(a)三维视图;(b)标记线处色相展开的截面
Fig. 13. Hue unwrapping results. (a) Three-dimensional result; (b) section of hue unwrapped at marking line
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图 14. 航空发动机压气机叶片的测量结果。(a)叶片实物图;(b)彩色图样;(c)包裹色相值;(d)色条编码;(e)压气机叶面的三维形貌
Fig. 14. Measurement results of aero-engine compressor blades. (a) Captured image of blade; (b) color pattern; (c) wrapped hue value; (d) color bar code; (e) three-dimensional shape of compressor blade
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图 15. 所提方法的误差分布
Fig. 15. Error distribution of proposed method
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图 16. 压气机叶片的叶型参数
Fig. 16. Compressor blade profile parameters
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表 1色条编码的构成
Table1. Composition of color stripe coding
| Code | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
|---|
| Color | Red | Yellow | Green | Cyan-blue | Blue | Magenta | | Three-channel grayscale value | (1,0,0) | (1,1,0) | (0,1,0) | (0,1,1) | (0,0,1) | (1,0,1) |
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表 2不同算法解算色相的用时对比
Table2. Comparison of time used for different algorithms to calculate hue
| Parameter | Formulamethod | LUT-basedhue solution |
|---|
| Time-consuming /s | 3.1615 | 0.0817 |
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表 3包裹相位/色相获取方法的效率对比
Table3. Comparison of efficiency of wrapped phase/hue acquisition methods
| Method | Number ofprojected images | Calculationtime /s |
|---|
| Four-step phaseshifting method | 4 | 0.0198 | | FTP | 1 | 0.1027 | | Color three-stepphase shifting method | 1 | 0.0259 | | Proposed method | 1 | 0.0159 |
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表 4相位/色相解包裹方法的效率对比
Table4. Comparison of efficiency of phase/hue unwrapping methods
| Method | Number ofprojected images | Calculationtime /s |
|---|
| Gray code | 6 | 0.0073 | | Proposed method | 1 | 0.0146 |
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马龙, 钱瑞婕, 刘宇哲, 徐泓悦, 裴昕, 孙凤鸣. 航空发动机叶片HSI模型三维快速测量方法[J]. 激光与光电子学进展, 2020, 57(19): 191204. Long Ma, Ruijie Qian, Yuzhe Liu, Hongyue Xu, Xin Pei, Fengming Sun. HSI Model-Based Three-Dimensional Rapid Measurement Method for Aero-Engine Blades[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2020, 57(19): 191204.
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