專利名稱：一種金屬平板點蝕損傷形貌三維重建方法
技術領域：
本方法屬于計算機圖像處理技術領域，尤其涉及一種由單幅二維灰度圖像重建三維形貌的方法。
背景技術：
飛機結構上使用鋁合金鈑金件在 大氣環境中，會遭受空氣中化學污染物的腐蝕而出現點蝕，也叫做坑蝕，在疲勞載荷下點蝕坑會演變為裂紋而導致結構發生斷裂，造成飛機安全事故。為了分析由蝕坑導致的結構斷裂，就非常有必要先對整個點蝕區域表面的應力分布進行分析。但是鋁合金表面點蝕形貌復雜，而且沒有現成的物理模型。這時候，可以用三維重建的方法，建立三維模型并進行分析。現有表面圖像采集技術主要有數碼相機拍照和顯微鏡拍照。使用數碼照相機和顯微鏡拍照的缺點是鏡頭產生的桶狀畸變會導致表面的面積誤差，使得拍攝出的二維圖片與實際不符，而且使用數碼照相機測量不出點蝕坑的深度。現有測量點蝕坑深度的技術為使用顯微鏡，需要首先鏡頭調至蝕坑頂部，對準焦距，然后鏡頭再調至蝕坑底部，再對準一次焦距，利用兩次對焦距鏡頭的伸縮來手工計算蝕坑的深度，精度只能達到1_，而點蝕坑的深度通常小于1_，現有技術測量的深度誤差大。現有的二維圖像生成三維圖像的技術為手工編寫計算機程序，耗時長，效率低。只適用于棱與上下表面垂直的多面體的重建，自動化程度不高。
發明內容
為了克服現有拍照技術導致表面積誤差較大、點蝕坑深度測量誤差大以及手工編寫計算機程序效率低的不足，本發明提供一種基于灰度值的金屬平板點蝕損傷形貌三維重建方法，可以快速實現表面蝕坑形貌二維灰度圖片的拍攝，依據灰度值和激光位移傳感器所測量的深度值，進行點蝕表面形貌的三維圖像計算機重建。本發明解決其技術問題所采用的方法流程見圖1，技術方案包括以下步驟步驟一將金屬平板的點蝕坑表面形貌掃描為256級灰度圖，作為參考圖片。所述的掃描采用平板掃描儀完成。步驟二 采用激光位移傳感器測量出腐蝕區域所有蝕坑深度。首先將激光位移傳感器發射出的激光對準蝕坑頂部，即金屬平板表面；激光位移傳感器讀數調零，再將激光位移傳感器平移，使激光對準蝕坑底部，這時傳感器讀數就為點蝕坑頂部至底部的高度差，此高度差就是點蝕坑的深度。所述的測量使用激光位移傳感器完成，測量激光位移傳感器和金屬平板表面的距離，從而計算出蝕坑深度Λ h。步驟三利用參考圖片的灰階數值建立NURBS曲面，即非均勻有理B樣條曲面。步驟四將NURBS曲面拉伸成為體，試驗件點蝕區形貌重建完畢。本發明的有益效果是本發明使用掃描儀獲取圖像具有輸入不改變圖形大小的優勢，不會產生面積誤差，從而不用設置標尺，輸入后也免去調整圖形大小或換算的過程。同時也沒有鏡頭產生的桶狀畸變以及視角改變而導致的面積誤差，而且可改變分辨率，因此掃描輸入簡單、準確；激光位移傳感器的測量精度可達10-3_，可以滿足蝕坑深度小于1_ 的要求；采用現成商業軟件可以代替手工編程，提高工作效率。本發明適用于金屬制成的板材表面點蝕損傷，主要針對鋁合金材料。下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
圖I三維重建流程圖；圖2是激光位移傳感器測量原理圖；圖3是驗證實驗所使用的試驗件。
具體實施例方式本發明包括以下步驟 步驟一將點蝕后的鋁合金平板置于平面掃描儀上，開始掃描，將點蝕坑表面形貌掃描為256級灰度圖。步驟二 采用激光位移傳感器測量出腐蝕區域所有蝕坑深度，并計算出蝕坑深度平均值。點蝕坑的深度值數量級在IO2 μ m,這就要求測量設備要有較高的精度，而激光位移傳感器能滿足這一要求。激光位移傳感器是采用CCD,即Charge Coupled Device,電荷稱合裝置系統的三角測量系統，其最大優點是非接觸性測量。激光發射器通過鏡頭將可見紅色激光射向被測物體表面，經物體反射的激光通過接收器鏡頭，被內部的CCD線性相機接收，數字信號處理器就能計算出傳感器和被測物體之間的距離，計算出蝕坑深度Ah=I1-Iv h0為激光位移傳感器激光發射端到點蝕坑頂部的距離，h為激光位移傳感器激光發射端到點蝕坑底部的距離測量示意如圖2所示。步驟三利用參考圖片的灰階數值建立NURBS曲面。使用Rhinoceros (犀牛)曲面建模軟件的“Heightf ield”命令,將“步驟一”得到的光學掃描獲得的點蝕損傷區的二維灰度圖片導入，同時輸入“步驟二”使用激光位移傳感器測量得到的蝕坑深度平均值。步驟四將曲面導入三維制圖軟件，將曲面反向拉伸至平面，生成三維實體，試驗件點蝕區形貌重建完畢。為了驗證本方法的有效性，選取牌號為LC4的鋁合金板材進行腐蝕試驗，試驗件厚度為3mm，進行單面腐蝕，在腐蝕區產生點蝕坑，試驗件如圖3所示。將產生點蝕后的鋁合金平板置于平面掃描儀上，開始掃描，將點蝕坑表面形貌掃描為256級灰度圖。采用激光位移傳感器測量出腐蝕區域所有蝕坑深度，并計算出蝕坑深度平均值。使用Rhinoceros曲面建模軟件的“Heightfield”命令,選擇光學掃描獲得的點蝕損傷區的二維灰度圖片，同時輸入用激光位移傳感器測量得到的蝕坑深度平均值，生成點蝕表面曲面圖。
將上圖再導入三維制圖軟件，將曲面拉伸成為體，試驗件點蝕區形貌重建完畢。對上述模型施加拉伸載荷進行有限元計算，計算時輸入的材料性能參數見下表。表I. LC4鋁合金力學性能
權利要求
1.ー種金屬平板點蝕損傷形貌三維重建方法，其特征在于包括下述步驟 步驟ー將金屬平板的點蝕坑表面形貌掃描為256級灰度圖，作為參考圖片； 步驟ニ 采用激光位移傳感器測量出腐蝕區域所有蝕坑深度，首先將激光位移傳感器發射出的激光對準蝕坑頂部，即金屬平板表面；激光位移傳感器讀數調零，再將激光位移傳感器平移，使激光對準蝕坑底部，這時傳感器讀數就為點蝕坑頂部至底部的高度差，此高度差就是點蝕坑的深度； 步驟三利用參考圖片的灰階數值建立NURBS曲面，即非均勻有理B樣條曲面； 步驟四JfNURBS曲面拉伸成為體，試驗件點蝕區形貌重建完畢。
全文摘要
本發明公開了一種金屬平板點蝕損傷形貌三維重建方法，將金屬平板的點蝕坑表面形貌掃描為參考圖片；將激光位移傳感器發射出的激光對準蝕坑頂部，激光位移傳感器讀數調零，再將激光位移傳感器平移，使激光對準蝕坑底部，這時傳感器讀數就為點蝕坑頂部至底部的高度差，此高度差就是點蝕坑的深度；利用參考圖片的灰階數值建立NURBS曲面，將NURBS曲面拉伸成為體，試驗件點蝕區形貌重建完畢。本發明掃描輸入簡單、準確；激光位移傳感器的測量精度可達10-3mm，可以滿足蝕坑深度小于1mm的要求；采用現成商業軟件可以代替手工編程，提高工作效率。
文檔編號G06T17/00GK102708588SQ20121014087
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月10日 優先權日2012年5月10日
發明者劉紅軍, 呂勝利, 姚磊江, 張偉, 李斌, 李正, 楊廣珺, 童小燕 申請人:西北工業大學