随着我国航天科技的发展,对高性能航空发动机的需求越来越迫切,具有高承受温度能力的发动机叶片是提高航空发动机性能的关键技术之一。由陶瓷型芯形成空心内腔的发动机叶片,通过提高叶片的冷却效率,从而具有优良的承温能力。大批量、高质量的陶瓷型芯制备成为耐高温叶片制造的瓶颈之一。由于陶瓷型芯面型复杂,当前制备工艺下生产的型芯往往存在飞边、盲孔等缺陷,需要对型芯进行检测与二次整型,以满足使用要求。现有的缺陷检测手段,难以快速、高精度地检测陶瓷型芯缺陷特征。本文首次提出了基于条纹结构光投影的陶瓷型芯缺陷检测方法。采用条纹结构光投影三维形貌检测技术,在陶瓷型芯表面投射条纹结构光,解算包含型芯形貌信息的相位分布,通过立体交会算法,获得待测型芯的表面形貌点云数据,再与理想型芯的点云数据进行比对,提取出待修型的缺陷位置。本文主要对条纹结构光投影三维测量获取陶瓷型芯的形貌点云信息的关键技术进行了研究,重点对影响形貌测量的相位误差校正、所搭建测量系统的内外参数标定,以及点云的处理等技术要点展开了研究工作。主要完成的工作如下:1、调研了陶瓷型芯缺陷检测的发展现状,指出了现有检测手段精度低、速度慢、组成复杂,缺乏快速、高精度检测型芯缺陷特征的有效技术手段,导致了陶瓷型芯缺陷检测需求的迫切性。调研了基于条纹结构光投影的三维检测技术的现状,分析了采用基于面结构光(光栅条纹)投影的形貌测量技术进行陶瓷型芯缺陷检测的优势。2、详细介绍了条纹结构光投影三维形貌测量过程中各步骤的基本原理与技术要点,对当前主要的相位分布解算方法进行了详细描述,对比分析了相位分布解算过程中各种相位主值和相位解包裹算法的优缺点。搭建了试验系统平台,验证了本文所采用的技术方法对陶瓷型芯复杂表面相位分布计算的适用性。3、针对影响相位空间分布解算精度的系统非线性响应,根据系统工作原理流程,建立了相位误差理论模型,仿真计算分析了非线性响应值对相位误差的影响,排除了光栅条纹空间频率对相位解算的影响。介绍了现有的相位误差校正方法,根据本文推导建立的相位误差模型与仿真计算结果,提出了相位误差幅值标定法,有效地降低了系统非线性响应导致的相位分布误差。4、对测量系统的内外参数进行了高精度的标定,详细介绍了系统中成像模组的中心透视成像数学模型,分析了现有标定方法的应用场景特点,采用张正友柔性标定法对系统参数进行标定。针对标定过程中存在的标定靶板标识点误匹配问题,提出了利用靶板与成像模组之间的位姿关系,来实现物像标识点之间的一一对应;对由成像仿射变换引起的标识点像素坐标定位偏差进行了校正,优化了标定参数计算流程。利用相位分布值与投影芯片阵列之间的对应关系,将投影过程视为“逆成像”过程,标定了投影模组的内外参数。试验结果表明,所提方法显著地提高了系统内外参数的标定精度。5、对影响型芯表面点的三维坐标计算精度的误差源进行了分析,主要包括成像模组像素坐标定位误差和相位分布解算误差,对其产生原因、影响机理和表现形式进行了描述,建立了误差模型,计算了误差源所导致的最终坐标误差。6、对点云处理流程中的各项主要技术进行了详细介绍,对获取的离散无序陶瓷型芯点云,建立了拓扑组织结构;针对由于遮挡、杂光干扰和元器件缺陷导致的噪声点,提出了相位分布图像暗点滤波和半径外点滤除的联合去噪方法,有效地去除了噪声点;由于陶瓷型芯面型复杂,利用微分几何信息,提出了改进内在形状特征法并融合局部曲面片法提取型芯点云特征点的方法;分别采用随机采样一致性算法和最近邻迭代法,实现了点云的粗配准和精配准;对于型芯缺陷提取,提出了跨点云搜索几何特征(平均曲率)差异点的方法,结果证明该方法能够准确地识别定位缺陷位置。