一种3d形貌测量方法和装置
技术领域
1.本技术涉及精密制造技术领域，尤其涉及一种3d形貌测量方法和装置。
背景技术：2.目前，高压涡轮叶片是航空发动机和燃气轮机的核心零件之一，根据空气动力学和传热学优化设计，其表面布置有规则排列的气膜冷却孔，简称气膜孔，以确保其可以工作于更高的温度，进而提高航空发动机和燃气轮机的热效率和推力输出。由压气机端引入的高压“冷空气”(约900kpa)，通过高压涡轮叶片内部冷却通道，经布置在表面的气膜孔以横向射流的形式注入到主流中，形成一层薄薄的气膜包裹在叶片表面，从而将叶片与主流高温燃气隔离，避免叶片被高温燃气烧蚀。然而，加工误差所导致气膜孔几何参数(横截面积与等效直径的比值、出射角和方位角)的变化，会极大的改变气膜孔冷却效率，缩短高压涡轮叶片的运行寿命。其中，若横截面积与等效直径的比值偏离设计值
±
10％，则叶片表面温度最大变化值将达39.4摄氏度，叶片寿命降低约33％；若出射角或者方位角偏离设计值
±
5度，则叶片表面温度最大变化值将达10摄氏度。因此，确保叶片气膜孔成形几何精度对于确保航空发动机或燃气轮机安全运行和性能提升至关重要。
3.相关技术中，针对气膜孔的成形精度评估主要采用通止塞规进行测量；但由于气膜孔成形精度通常较差，塞规直径往往异于气膜孔的实际直径，只能做定性判断，难以实现精确检测。另外，有基于三坐标测量仪的检测方法，通过使用探针(如红宝石球、碳素球)按照一定的规划路径，逐点扫描叶片曲面，结合探针半径补偿算法来获得叶片表面离散点三维坐标，然而即便是最小的常规探针测球，其直径仍大于气膜孔孔径，导致气膜孔测量精度低，此外，由于其需要进行多点接触测量，检测效率低；因而，需要提供一种能够满足检测效率又能够满足检测精度的3d形貌测量方法。
技术实现要素：4.本技术提供一种3d形貌测量方法和装置。
5.本技术的技术方案是这样实现的：
6.本技术实施例提供了一种3d形貌测量方法，所述方法包括：
7.使用第一成像设备对被测物体进行3d成像，得到所述被测物体的3d形貌；
8.使用第二成像设备对所述被测物体上的每一通孔进行3d成像，得到所述每一通孔的3d形貌；
9.对所述被测物体的3d形貌和所述每一通孔的3d形貌进行融合，得到所述被测物体的完整3d形貌；
10.对所述被测物体的完整3d形貌进行测量，得到有效数据。
11.本技术实施例提供了一种3d形貌测量装置，所述装置包括：
12.成像模块，用于使用第一成像设备对被测物体进行3d成像，得到所述被测物体的3d形貌；使用第二成像设备对所述被测物体上的每一通孔进行3d成像，得到所述每一通孔
的3d形貌；
13.融合模块，用于对所述被测物体的3d形貌和所述每一通孔的3d形貌进行融合，得到所述被测物体的完整3d形貌；
14.测量模块，用于对所述被测物体的完整3d形貌进行测量，得到有效数据。
15.本技术实施例提出了一种3d形貌测量方法和装置，所述方法包括：使用第一成像设备对被测物体进行3d成像，得到所述被测物体的3d形貌；使用第二成像设备对所述被测物体上的每一通孔进行3d成像，得到所述每一通孔的3d形貌；对所述被测物体的3d形貌和所述每一通孔的3d形貌进行融合，得到所述被测物体的完整3d形貌；对所述被测物体的完整3d形貌进行测量，得到有效数据。
16.可以看出，本技术实施例分别使用两个成像设备对被测物体以及被测物体上的每一通孔进行3d成像，并通过对两者进行融合以得到被测物体的整个3d形貌，进而基于被测物体的整个3d形貌获取有效数据，以实现对通孔成形精度的准确评估；与相关技术中采用的通止塞规测量法和三坐标测量法相比，本技术实施例通过成像设备记录场景三维信息的方式进行检测，能够有效的确保测量精度；此外，本技术实施例并未直接采用一个成像设备对整个被测物体进行3d成像，而是使用两个成像设备分别对被测物体以及被测物体上的每一通孔进行3d成像，如此，可以极大的提升检测效率。
附图说明
17.图1是本技术实施例中的一种3d形貌测量方法的流程示意图；
18.图2是本技术实施例中的一种获取转轴在第一成像设备的坐标系中的位置的示意图；
19.图3是本技术实施例的一种3d形貌自动化测量系统的结构示意图；
20.图4是本技术实施例的一种移动位姿调整平台的结构示意图；
21.图5是本技术实施例的3d形貌测量装置的组成结构示意图。
具体实施方式
22.以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所提供的实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。另外，以下所提供的实施例是用于实施本技术的部分实施例，而非提供实施本技术的全部实施例，在不冲突的情况下，本技术实施例记载的技术方案可以任意组合的方式实施。
23.需要说明的是，在本技术实施例中，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的方法或者装置不仅包括所明确记载的要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为实施方法或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括该要素的方法或者装置中还存在另外的相关要素(例如方法中的步骤或者装置中的单元，例如的单元可以是部分电路、部分处理器、部分程序或软件等等)。
24.本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，i和/或j，可以表示：单独存在i，同时存在i和j，单独存在j这三种情况。另外，本文中术语“至少一种”表示多种中的任意一种或多种中的至少两种的任意组合，例如，包括i、
j、r中的至少一种，可以表示包括从i、j和r构成的集合中选择的任意一个或多个元素。
25.例如，本技术实施例提供的3d形貌测量方法包含了一系列的步骤，但是本技术实施例提供的3d形貌测量方法不限于所记载的步骤，同样地，本技术实施例提供的3d形貌测量装置包括了一系列模块，但是本技术实施例提供的3d形貌测量装置不限于包括所明确记载的模块，还可以包括为获取相关任务数据、或基于任务数据进行处理时所需要设置的模块。
26.相关技术中，针对接触式测量方式误差大(通止塞规测量法)、效率低(三坐标测量法)的不足，研究者发展了基于二维成像和多轴坐标测量机的圆形气膜孔孔径、轴线位置测量技术。该方法采用多轴坐标机或者旋转平台精密调节叶片与相机的相对位置，通过人工或者图像识别的方式来判断气膜孔中心轴线与相机光轴是否重合，拍摄获取气膜孔同轴圆形图像(否则为非同轴椭圆图像)。进而，由多轴坐标机直接读取气膜孔中心轴线坐标，同时通过二维图像处理计算圆形气膜孔直径。这种测量方式操作简便，但受到传统二维成像的限制，需要以机械的方式对准气膜孔中心轴线与相机光轴，测量效率和精度易受影响，难以实现在线检测。
27.有别于上述测量方式，光场相机通过单镜头单次成效记录光线的三维传播信息，具有还原所记录图像场景深度信息的能力；相比较传统的双目或相机阵列，光场相机由于只具有一个主镜头和成像传感器，只需要一次曝光就能记录下场景三维信息，避免了传统双目或相机阵列应用于实时深度图像获取时的相机信号时间同步以及视线遮挡等问题，简化了立体视觉系统的结构和信号处理系统设计。
28.然而，对于高压涡轮叶片气膜孔的检测不仅需要对气膜孔进行3d成像，同时也需要对气膜孔所在的叶片进行3d成像，以便于获得气膜孔在叶片表面的位置、出射角、方位角、孔径、出口面积大小等分析结果。若直接采用光场相机对整个叶片进行3d成像和数据分析的话，会给系统带来巨大的计算压力，对设备算力要求较高的同时也会极大的降低检测效率。而若要用传统技术实现快速对叶片气膜孔进行检测，势必也会降低检测的准确度；因此，亟需一种即能够满足检测效率又能够满足检测精度的测量技术。
29.图1是本技术实施例中的一种3d形貌测量方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括如下步骤：
30.步骤100：使用第一成像设备对被测物体进行3d成像，得到被测物体的3d形貌；使用第二成像设备对被测物体上的每一通孔进行3d成像，得到每一通孔的3d形貌。
31.本技术实施例中，3d形貌测量方法可以应用于3d形貌测量装置中，该装置可以包括第一成像设备和第二成像设备；其中，第一成像设备和第二成像设备表示能够进行3d成像的两个不同类型的成像设备；这里，对于第一成像设备和第二成像设备的类型可以根据实际情况进行选择，本技术实施例对此不作限定；例如，第一成像设备可以为线激光扫描仪，第二成像设备可以为光场相机。
32.示例性地，被测物体可以是需要进行3d形貌测量的任一物体，且被测物体表面有多个通孔；例如，被测物体可以为高压涡轮叶片，通孔则为高压涡轮叶片上的气膜孔；这里，以测量高压涡轮叶片及其气膜孔为例对本技术实施例提供的3d形貌测量方法进行说明，需要说明的是，3d形貌测量方法并不局限于测量高压涡轮叶片及其气膜孔，还可以应用于其他需要进行3d形貌测量的领域。
33.本技术实施例中，3d形貌测量装置还可以包括位姿调整平台和控制器，控制器与位姿调整平台电连接；其中，位姿调整平台用于固定被测物体以及调整被测物体的旋转角度；控制器用于以预设动作控制位姿调整平台旋转，以改变被测物体的旋转角度。这里，预设动作可以根据被测物体的形状进行确定，也可以根据实际场景进行设定。
34.示例性地，在被测物体为高压涡轮叶片，通孔为气膜孔的情况下，位姿调整平台能够固定需要测量的高压涡轮叶片以及调整高压涡轮叶片的旋转角度；控制器可以控制位姿调整平台旋转，以改变高压涡轮叶片的旋转角度；这样，可以方便第一成像设备对高压涡轮叶片进行3d成像，也方便第二成像设备对高压涡轮叶片表面的每个气膜孔进行3d成像。
35.在一些实施例中，位姿调整平台可以包括用于固定和驱动被测物体旋转的转台以及用于驱动转台移动的移动模组。这里，转台可以是一轴转台，也可以是双轴转台甚至更多转轴；本技术实施例对此不作限定。
36.示例性地，若位姿调整平台采用一轴转台，则通过单个转轴调整高压涡轮叶片的旋转角度；若位姿调整平台采用双轴转台，则通过两个转轴调整高压涡轮叶片的旋转角度。
37.在一些实施例中，使用第一成像设备对被测物体进行3d成像，得到被测物体的3d形貌，可以包括：使用第一成像设备对多个旋转角度下的被测物体进行3d成像，得到被测物体在多个旋转角度下的局部3d形貌；基于被测物体在多个旋转角度下的局部3d形貌，得到被测物体的3d形貌。
38.本技术实施例中，在使用第一成像设备对被测物体进行3d成像之前，通过移动位姿调整平台或者第一成像设备，使得被测物体进入第一成像设备视野内的中心位置，也即第一成像设备的成像位置。
39.示例性地，在确定被测物体进入线第一成像设备的成像位置后，控制器向第一成像设备发出信号，以触发第一成像设备对被测物体进行一次3d成像，进而，得到被测物体在初始旋转角度下的3d成像结果；随后，控制器控制位姿调整平台根据预设动作驱动被测物体在水平方向旋转一次，同时向第一成像设备发出信号，以触发第一成像设备对被测物体进行第二次3d成像，得到被测物体在旋转一次状态下的3d成像结果；以此类推，直至对被测物体进行完整的3d成像或者对被测物体所有需要成像的位置都进行过3d成像，此时，可以得到被测物体在多个不同旋转角度下的3d成像结果，即，被测物体在多个旋转角度下的局部3d形貌。
40.在一些实施例中，基于被测物体在多个旋转角度下的局部3d形貌，得到被测物体的3d形貌，可以包括：将被测物体在每个旋转角度下的局部3d形貌转换至未旋转前的位置；对转换后的每个局部3d形貌进行拼接，得到被测物体的3d形貌。
41.示例性地，3d形貌测量装置还可以包括融合模块，在得到被测物体在多个旋转角度下的局部3d形貌后，通过融合模块可以将被测物体在每个旋转角度下的局部3d形貌转换至未旋转前的位置，并对转换后的每个局部3d形貌进行拼接，得到被测物体的3d形貌。
42.在一些实施例中，使用第二成像设备对被测物体上的每一通孔进行3d成像，得到每一通孔的3d形貌，可以包括：根据被测物体上的每一通孔的位置信息，驱动被测物体按照设定方向进行旋转，使得每一通孔处于第二成像设备的成像位置；通过第二成像设备对处于成像位置的每一通孔进行3d成像，得到每一通孔的3d形貌。
43.本技术实施例中，在使用第二成像设备对被测物体上的每一通孔进行3d成像之
前，通过移动位姿调整平台或者第二成像设备，使得被测物体进入第二成像设备视野内的中心位置，也即第二成像设备的成像位置。
44.示例性地，控制器可以根据被测物体上的每一通孔的位置信息，控制位姿调整平台驱动被测物体按照设定方向进行旋转；这里，设定方向可以是水平方向，也可以是垂直方向；下面对得到每一通孔的3d形貌的过程进行说明。
45.示例性地，控制器控制位姿调整平台驱动被测物体按照设定方向进行旋转，使得第一个通孔进入第二成像设备的成像位置，控制器向第二成像设备发出信号，触发第二成像设备对相应的通孔进行一次3d成像，得到第一个通孔的3d形貌；随后，控制器控制位姿调整平台再次驱动被测物体按照设定方向进行旋转，使第二个通孔进入第二成像设备的成像位置，控制器向第二成像设备发出信号，触发第二成像设备对相应的通孔进行一次3d成像，得到第二个通孔的3d形貌；以此类推，直至对被测物体上的所有通孔都进行了3d成像，此时，即可得到每一通孔的3d形貌。
46.步骤101：对被测物体的3d形貌和每一通孔的3d形貌进行融合，得到被测物体的完整3d形貌。
47.示例性地，在根据上述步骤得到被测物体的3d形貌和每一通孔的3d形貌后，对被测物体的3d形貌和每一通孔的3d形貌进行融合，可以包括：获取被测物体的3d形貌和每一通孔的3d形貌的相对位置信息；根据相对位置信息，对被测物体的3d形貌和每一通孔的3d形貌进行融合。
48.可以理解地，因为被测物体的3d形貌和被测物体上每一通孔的3d形貌分别构建于不同的成像设备，且成像设备之间存在位置的偏差，因此需要根据被测物体的3d形貌与每一通孔的3d形貌的相对位置信息将两者相融合，得到被测物体的完整3d形貌。
49.在一些实施例中，获取被测物体的3d形貌和每一通孔的3d形貌的相对位置信息，可以包括：确定位置相关信息；根据位置相关信息，确定被测物体的3d形貌和每一通孔的3d形貌的相对位置信息。
50.示例性地，位置相关信息可以包括以下四个信息：每一通孔在被测物体上的位置信息、第一成像设备与第二成像设备的位置关系信息、被测物体在第一次3d成像时与第一成像设备的位置关系信息、以及被测物体在第二次3d成像起相对于前一次3d成像的位移信息和姿态变化信息。
51.示例性地，每一通孔在被测物体上的位置信息可以直接从被测物体的设计信息中获取；例如，在被测物体为高压涡轮叶片，通孔为气膜孔的情况下，气膜孔在高压涡轮叶片上的位置信息可以直接从高压涡轮叶片的设计信息中获取。
52.在一些实施例中，确定第一成像设备与第二成像设备的位置关系信息，可以包括：使用第一成像设备对标定球进行3d成像，得到标定球的最高点在第一成像设备的坐标系中的第一坐标；将标定球的最高点移动至第二成像设备的成像位置，得到标定球的最高点在第二成像设备的坐标系中的第二坐标；基于第一坐标、第二坐标和标定球移动前后的位置关系，确定第一成像设备与第二成像设备的位置关系信息。
53.这里，以第一成像设备为线激光扫描仪，第二成像设备为光场相机为例对确定两者位置关系信息的过程进行说明；示例性地，可以先将一标定球固定在线激光扫描仪的成像位置，再使用线激光扫描仪对标定球进行3d成像，得到标定球的最高点在线激光扫描仪
的坐标系中的第一坐标；然后将标定球的最高点移动至光场相机的成像位置，得到标定球上的最高点在光场相机的坐标系中的第二坐标，此时，再结合标定球移动前后的位置关系，可以计算出线激光扫描仪与光场相机的位置关系，进而，得到线激光扫描仪和光场相机的位置关系信息。
54.示例性地，确定被测物体在第一次3d成像时与第一成像设备的位置关系信息时，除了需要通过3d成像获取被测物体在第一成像设备的坐标系中的位置以外，还需要获取上述转台的转轴在第一成像设备的坐标系中的位置，即未旋转前的转轴在第一成像设备的坐标系中的位置；以便于后续将旋转后的3d成像结果转换至旋转之前的位置；下面结合图2进行说明。
55.图2是本技术实施例中的一种获取转轴在第一成像设备的坐标系中的位置的示意图，如图2所示，空白部分为第一成像设备在标定球上扫描到的成像面，阴影部分为第一成像设备无法进行3d成像的标定球的面。将标定球固定在转台上偏离待标定的转轴的位置，控制器控制移动模组将转台移动至第一成像设备的成像位置，并驱动该待标定的转轴旋转不同的角度，从而驱动标定球同步绕该待标定的转轴旋转；使用第一成像设备对旋转至不同位置的标定球进行3d成像，并计算得到多个旋转角度下的球心位置(对应图中的各个实心点)。进而，通过各个球心位置拟合出多个球心位置所在的圆(对应图中由虚线连接而成的圆)，圆的中轴线在第一成像设备的坐标系中的位置即待标定的转轴在第一成像设备的坐标系中的位置。
56.示例性地，对于被测物体在第二次3d成像起相对于前一次3d成像的位移信息和姿态变化信息，可以直接从位姿调整平台中获取。
57.示例性地，在确定被测物体的3d形貌和每一通孔的3d形貌的相对位置信息后，可根据相对位置信息，将第二成像设备拍摄到的每一通孔的3d形貌转换至第一成像设备的坐标系中，进而，与第一成像设备拍摄到被测物体的3d形貌进行融合，进而，得到一个具有通孔的被测物体的完整3d形貌。
58.步骤102：对被测物体的完整3d形貌进行测量，得到有效数据。
59.本技术实施例中，在根据上述步骤得到被测物体的完整3d形貌后，通过对被测物体的完整3d形貌进行测量，可以得到有效数据，该有效数据可以用于评估被测物体上每一通孔的成形精度。
60.示例性地，以通孔为气膜孔为例进行说明；气膜孔的孔径大多在1毫米以内，且轴线方向、位置分布、几何形状等都具有严格的精度要求；然而，加工误差会导致气膜孔几何参数(例如横截面积与等效直径的比值、出射角和方位角等)的变化，会极大的改变气膜孔冷却效率，缩短高压涡轮叶片的运行寿命，难以确保航空发动机或燃气轮机安全运行和性能提升；本技术实施例通过对高压涡轮叶片的完整3d形貌进行测量，可以获取到每一气膜孔在高压涡轮叶片表面的位置、出射角、方位角、孔径、出口面积大小等有效数据，通过对这些有效数据进行分析处理，可以准确地评估每一气膜孔的成形精度，进而，有效确保航空发动机或燃气轮机安全运行和性能提升。
61.本技术实施例提出了一种3d形貌测量方法和装置，该方法包括：使用第一成像设备对被测物体进行3d成像，得到被测物体的3d形貌；使用第二成像设备对被测物体上的每一通孔进行3d成像，得到每一通孔的3d形貌；对被测物体的3d形貌和每一通孔的3d形貌进
行融合，得到被测物体的完整3d形貌；对被测物体的完整3d形貌进行测量，得到有效数据。可以看出，本技术实施例分别使用两个成像设备对被测物体以及被测物体上的每一通孔进行3d成像，并通过对两者进行融合以得到被测物体的整个3d形貌，进而基于被测物体的整个3d形貌获取有效数据，以实现对通孔成形精度的准确评估；与相关技术中采用的通止塞规测量法和三坐标测量法相比，本技术实施例通过成像设备记录场景三维信息的方式进行检测，能够有效的确保测量精度；此外，本技术实施例并未直接采用一个成像设备对整个被测物体进行3d成像，而是使用两个成像设备分别对被测物体以及被测物体上的每一通孔进行3d成像，如此，可以极大的提升检测效率。
62.在一些实施例中，将被测物体在每个旋转角度下的局部3d形貌转换至未旋转前的位置，可以包括：根据转轴在第一成像设备的坐标系中的位置以及每个局部3d形貌对应的旋转角度，将每个局部3d形貌转换至未旋转前的位置；需要说明的是，上述转轴在第一成像设备的坐标系中的位置是预先通过图2所示的标定方式得到的，此处不再赘述。
63.示例性地，在确定将每个局部3d形貌转换至未旋转前的位置后，通过对转换后的每个局部3d形貌进行拼接，可以得到被测物体的3d形貌。
64.为了能够更加体现本技术的目的，在本技术上述实施例的基础上，以测量高压涡轮叶片及其气膜孔为例作进一步的说明。
65.图3是本技术实施例的一种3d形貌自动化测量系统的结构示意图，如图3所示，该系统包括：线激光扫描仪1(对应上述第一成像设备)、光场相机2(对应上述第二成像设备)、位姿调整平台3、控制器以及融合模块。
66.示例性地，位姿调整平台3用于固定需测量的高压涡轮叶片以及调整高压涡轮叶片的旋转角度，控制器与位姿调整平台3电连接，用于以预设动作控制位姿调整平台3旋转，从而改变高压涡轮叶片的旋转角度，以便于线激光扫描仪1、光场相机2对高压涡轮叶片及其表面的气膜孔进行3d成像。
67.在本技术实施例中，位姿调整平台3采用双轴转台，通过两个转轴调整高压涡轮叶片的旋转角度，但本技术实施例对此不作限定。
68.示例性地，线激光扫描仪1用于对气膜孔所在的高压涡轮叶片进行整体或局部3d成像，得到高压涡轮叶片的3d形貌。具体的，通过移动位姿调整平台3或者线激光扫描仪1，使高压涡轮叶片进入线激光扫描仪1视野内的成像位置。控制器向线激光扫描仪1发出信号，触发线激光扫描仪1对高压涡轮叶片进行一次3d成像，得到初始旋转角度下的3d成像结果。随后，控制器控制位姿调整平台3根据预设动作(根据高压涡轮叶片的形状实验得到或者任意设定)驱动高压涡轮叶片在水平方向旋转一次，同时向线激光扫描仪1发出信号，触发线激光扫描仪1对高压涡轮叶片进行第二次3d成像，得到旋转一次状态下的3d成像结果；以此类推，直至对高压涡轮叶片进行完整的3d成像或者对高压涡轮叶片所有需要成像的位置都进行过3d成像，得到各个旋转角度下的3d成像结果，供融合模块进行拼接得到高压涡轮叶片的3d形貌。
69.示例性地，光场相机2用于对高压涡轮叶片上的每一气膜孔进行3d成像，得到每一气膜孔的3d形貌。具体的，通过移动位姿调整平台3或者光场相机2，使高压涡轮叶片进入光场相机2视野内的成像位置，控制器控制位姿调整平台3根据预设动作驱动高压涡轮叶片在水平和/或竖直方向旋转，从而使第一个气膜孔进入光场相机2视野内的成像位置，控制器
向光场相机2发出信号，触发光场相机2对相应的气膜孔进行一次3d成像，得到第一个气膜孔3d形貌。随后，控制器控制位姿调整平台3根据预设动作(根据已知的气膜孔在高压涡轮叶片上的位置信息得到)驱动高压涡轮叶片在水平和/或竖直方向旋转，从而使第二个气膜孔进入光场相机2视野内的成像位置，控制器向光场相机2发出信号，触发光场相机2对相应的气膜孔进行一次3d成像，得到第二个气膜孔3d形貌；以此类推，直至对高压涡轮叶片上所有的气膜孔都进行了3d成像。
70.示例性地，融合模块在拼接线激光扫描仪1对各个旋转角度下的3d成像结果前，需要先确认位姿调整平台3的转轴在线激光扫描仪1的坐标系中的位置，方可准确的将各个旋转角度下的3d成像结果还原至未旋转之前的位置，以便于进行拼接；获取转轴在线激光扫描仪1的坐标系中的位置可以参照图2所示的标定方式，此处不再赘述。
71.示例性地，在将不同旋转角度下的3d成像结果拼接成未旋转状态下的整体高压涡轮叶片3d形貌后，根据整体高压涡轮叶片3d形貌以及高压涡轮叶片的设计信息(气膜孔在高压涡轮叶片上的位置信息)，即可知道气膜孔在整体高压涡轮叶片3d形貌上的位置，以便于设置位姿调整平台3的旋转方式，即前述的预设动作。
72.进一步地，融合模块根据高压涡轮叶片的3d形貌和每一气膜孔的3d形貌，结合两者的相对位置信息将两者进行融合，得到一个具有气膜孔的高压涡轮叶片完整的融合3d信息；对于两者的相对位置信息的获取已在上述实施例进行说明，此处不再赘述。
73.示例性地，在进行融合之前，融合模块先根据转轴在激光扫描仪1的坐标系中的位置以及旋转角度，将线激光扫描仪1对各个旋转角度下的3d成像结果调整至未旋转的位置然后进行拼接，得到高压涡轮叶片3d形貌。随后，根据线激光扫描仪1与光场相机2的位置关系信息以及相应的旋转角度，将每一气膜孔的3d形貌融合到高压涡轮叶片的3d形貌的相应位置。进而，得到高压涡轮叶片的完整3d形貌。
74.基于上述3d形貌自动化测量系统的组成结构，参见图4，其示出了本技术实施例提供的一种移动位姿调整平台的结构示意图。如图4所示，位姿调整平台3安装在移动模组4上，移动模组4与控制器电连接，控制器通过移动模组4驱动位姿调整平台3在线激光扫描仪1和光场相机2之间移动；需要说明的是，图中所示的移动模组4可以是直线模组，但本技术对此并不作限定。
75.示例性地，控制器控制移动模组将高压涡轮叶片移动至线激光扫描仪视野内的成像位置，并控制位姿调整平台按照预设旋转角度多次旋转高压涡轮叶片，并向线激光扫描仪发出信号，触发线激光扫描仪对高压涡轮叶片进行不同旋转角度下的3d成像，得到高压涡轮叶片在多个不同旋转角度下的局部3d形貌。
76.融合模块根据转轴在激光扫描仪的坐标系中的位置以及每个高压涡轮叶片的局部3d形貌所对应的旋转角度，即可将每个高压涡轮叶片的局部3d形貌转换至未旋转前的位置，从而将所有高压涡轮叶片的局部3d形貌拼接成整体3d形貌。
77.随后，控制器控制移动模组将高压涡轮叶片移动至光场相机视野内的成像位置，并控制位姿调整平台按照预设旋转角度旋转高压涡轮叶片，将高压涡轮叶片上的每一气膜孔调整至光场相机的视野中心，并向线激光扫描仪发出信号，触发光场相机对每一气膜孔进行3d成像，得到每一气膜孔的3d形貌，这里，预设旋转角度可根据已知的气膜孔在高压涡轮叶片上的位置信息得到。
78.由于激光扫描仪与光场相机的位置关系以及转轴在激光扫描仪的坐标系中的位置已知，融合模块可将光场相机拍摄到的气膜孔的3d形貌转换至激光扫描仪坐标系中，通过与高压涡轮叶片的3d形貌进行融合，得到高压涡轮叶片的完整3d形貌。
79.需要说明的是，在上述实施例中，还可以将位姿调整平台3的位置固定，线激光扫描仪1和光场相机2的位置可控；比如，将线激光扫描仪1和光场相机2分别安装移动模组4上，通过改变线激光扫描仪1和光场相机2的位置对高压涡轮叶片的不同位置进行3d成像。
80.图5是本技术实施例的3d形貌测量装置的组成结构示意图，如图5所示，该装置包括：成像模块300、融合模块301和测量模块302，其中：
81.成像模块300，用于使用第一成像设备对被测物体进行3d成像，得到所述被测物体的3d形貌；使用第二成像设备对所述被测物体上的每一通孔进行3d成像，得到所述每一通孔的3d形貌；
82.融合模块301，用于对所述被测物体的3d形貌和所述每一通孔的3d形貌进行融合，得到所述被测物体的完整3d形貌；
83.测量模块302，用于对所述被测物体的完整3d形貌进行测量，得到有效数据。
84.在一些实施例中，所述融合模块301，用于对所述被测物体的3d形貌和所述每一通孔的3d形貌进行融合，包括：
85.获取所述被测物体的3d形貌和所述每一通孔的3d形貌的相对位置信息；
86.根据所述相对位置信息，对所述被测物体的3d形貌和所述每一通孔的3d形貌进行融合。
87.在一些实施例中，所述融合模块301，用于获取所述被测物体的3d形貌和所述每一通孔的3d形貌的相对位置信息，包括：
88.确定位置相关信息；所述位置相关信息包括：所述每一通孔在所述被测物体上的位置信息、所述第一成像设备与所述第二成像设备的位置关系信息、所述被测物体在第一次3d成像时与所述第一成像设备的位置关系信息、以及所述被测物体在第二次3d成像起相对于前一次3d成像的位移信息和姿态变化信息；
89.根据所述位置相关信息，确定所述被测物体的3d形貌和所述每一通孔的3d形貌的相对位置信息。
90.在一些实施例中，所述融合模块301，用于确定所述第一成像设备与所述第二成像设备的位置关系信息，包括：
91.使用所述第一成像设备对标定球进行3d成像，得到所述标定球的最高点在所述第一成像设备的坐标系中的第一坐标；
92.将所述标定球的最高点移动至所述第二成像设备的成像位置，得到所述标定球的最高点在所述第二成像设备的坐标系中的第二坐标；
93.基于所述第一坐标、所述第二坐标和所述标定球移动前后的位置关系，确定第一成像设备与所述第二成像设备的位置关系信息。
94.在一些实施例中，所述成像模块300，用于所述使用第一成像设备对被测物体进行3d成像，得到所述被测物体的3d形貌，包括：
95.使用所述第一成像设备对多个旋转角度下的被测物体进行3d成像，得到所述被测物体在多个旋转角度下的局部3d形貌；
96.基于所述被测物体在多个旋转角度下的局部3d形貌，得到所述被测物体的3d形貌。
97.在一些实施例中，所述成像模块300，用于基于所述被测物体在多个旋转角度下的局部3d形貌，得到所述被测物体的3d形貌，包括：
98.将所述被测物体在每个旋转角度下的局部3d形貌转换至未旋转前的位置；
99.对转换后的每个局部3d形貌进行拼接，得到所述被测物体的3d形貌。
100.在一些实施例中，所述成像模块300，用于使用第二成像设备对所述被测物体上的每一通孔进行3d成像，得到所述每一通孔的3d形貌，包括：
101.根据所述被测物体上的每一通孔的位置信息，驱动所述被测物体按照设定方向进行旋转，使得所述每一通孔处于所述第二成像设备的成像位置；
102.通过所述第二成像设备对处于成像位置的每一通孔进行3d成像，得到所述每一通孔的3d形貌。
103.在一些实施例中，所述装置还包括位姿调整平台，所述位姿调整平台用于固定所述被测物体以及调整所述被测物体的旋转角度。
104.在一些实施例中，所述位姿调整平台包括用于固定和驱动所述被测物体旋转的转台以及用于驱动所述转台移动的移动模组。
105.在一些实施例中，本技术实施例提供的装置具有的功能或包含的模块可以用于执行上文方法实施例描述的方法，其具体实现可以参照上文方法实施例的描述，为了简洁，这里不再赘述。
106.上文对各个实施例的描述倾向于强调各个实施例之间的不同之处，其相同或相似之处可以互相参考，为了简洁，本文不再赘述。
107.本技术所提供的各方法实施例中所揭露的方法，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例。
108.本技术所提供的各商品实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的商品实施例。
109.本技术所提供的各方法或设备实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例或设备实施例。
110.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、装置、或系统。因此，本技术可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。
111.以上，仅为本技术的较佳实施例而已，并非用于限定本技术的保护范围。
技术特征：1.一种3d形貌测量方法，其特征在于，所述方法包括：使用第一成像设备对被测物体进行3d成像，得到所述被测物体的3d形貌；使用第二成像设备对所述被测物体上的每一通孔进行3d成像，得到所述每一通孔的3d形貌；对所述被测物体的3d形貌和所述每一通孔的3d形貌进行融合，得到所述被测物体的完整3d形貌；对所述被测物体的完整3d形貌进行测量，得到有效数据。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述被测物体的3d形貌和所述每一通孔的3d形貌进行融合，包括：获取所述被测物体的3d形貌和所述每一通孔的3d形貌的相对位置信息；根据所述相对位置信息，对所述被测物体的3d形貌和所述每一通孔的3d形貌进行融合。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取所述被测物体的3d形貌和所述每一通孔的3d形貌的相对位置信息，包括：确定位置相关信息；所述位置相关信息包括：所述每一通孔在所述被测物体上的位置信息、所述第一成像设备与所述第二成像设备的位置关系信息、所述被测物体在第一次3d成像时与所述第一成像设备的位置关系信息、以及所述被测物体在第二次3d成像起相对于前一次3d成像的位移信息和姿态变化信息；根据所述位置相关信息，确定所述被测物体的3d形貌和所述每一通孔的3d形貌的相对位置信息。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，确定所述第一成像设备与所述第二成像设备的位置关系信息，包括：使用所述第一成像设备对标定球进行3d成像，得到所述标定球的最高点在所述第一成像设备的坐标系中的第一坐标；将所述标定球的最高点移动至所述第二成像设备的成像位置，得到所述标定球的最高点在所述第二成像设备的坐标系中的第二坐标；基于所述第一坐标、所述第二坐标和所述标定球移动前后的位置关系，确定第一成像设备与所述第二成像设备的位置关系信息。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使用第一成像设备对被测物体进行3d成像，得到所述被测物体的3d形貌，包括：使用所述第一成像设备对多个旋转角度下的被测物体进行3d成像，得到所述被测物体在多个旋转角度下的局部3d形貌；基于所述被测物体在多个旋转角度下的局部3d形貌，得到所述被测物体的3d形貌。6.根据权利要求5所述的方法，所述基于所述被测物体在多个旋转角度下的局部3d形貌，得到所述被测物体的3d形貌，包括：将所述被测物体在每个旋转角度下的局部3d形貌转换至未旋转前的位置；对转换后的每个局部3d形貌进行拼接，得到所述被测物体的3d形貌。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使用第二成像设备对所述被测物体上的每一通孔进行3d成像，得到所述每一通孔的3d形貌，包括：
根据所述被测物体上的每一通孔的位置信息，驱动所述被测物体按照设定方向进行旋转，使得所述每一通孔处于所述第二成像设备的成像位置；通过所述第二成像设备对处于成像位置的每一通孔进行3d成像，得到所述每一通孔的3d形貌。8.一种3d形貌测量装置，其特征在于，所述装置包括：成像模块，用于使用第一成像设备对被测物体进行3d成像，得到所述被测物体的3d形貌；使用第二成像设备对所述被测物体上的每一通孔进行3d成像，得到所述每一通孔的3d形貌；融合模块，用于对所述被测物体的3d形貌和所述每一通孔的3d形貌进行融合，得到所述被测物体的完整3d形貌；测量模块，用于对所述被测物体的完整3d形貌进行测量，得到有效数据。9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括位姿调整平台，所述位姿调整平台用于固定所述被测物体以及调整所述被测物体的旋转角度。10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述位姿调整平台包括用于固定和驱动所述被测物体旋转的转台以及用于驱动所述转台移动的移动模组。
技术总结本申请实施例提出了一种3D形貌测量方法和装置，该方法包括：使用第一成像设备对被测物体进行3D成像，得到所述被测物体的3D形貌；使用第二成像设备对所述被测物体上的每一通孔进行3D成像，得到所述每一通孔的3D形貌；对所述被测物体的3D形貌和所述每一通孔的3D形貌进行融合，得到所述被测物体的完整3D形貌；对所述被测物体的完整3D形貌进行测量，得到有效数据。效数据。效数据。
技术研发人员：李浩天 王永超 李维 曾飞 徐青岚 崔佳星
受保护的技术使用者：奕目（上海）科技有限公司
技术研发日：2022.07.26
技术公布日：2022/11/1
