[發明專利]超大型工件圓形截面形狀與方位測量裝置及方法

無效

• 申請號: 200810152023.9
• 申請日: 2008-10-06
• 公開（公告）號: CN101387501A
• 公開（公告）日: 2009-03-18
• 發明（設計）人: 曲興華;張福民
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B11/00
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司
• 代理人: 趙 敬

技術領域

本發明涉及大尺寸幾何量測量技術，特別是一種超大型工件圓形截面形狀與方位測量裝置及方法。

背景技術

圓形截面形狀測量是工業測量的基本任務之一，常規圓形截面尺寸的測量方法較多，測量精度和效率都易于保障，而幾米甚至十幾米以上的大尺寸圓形截面幾何形狀的測量一直是工業上的難題，如飛機艙體、水輪發電機組和大型軸承等都是圓形、橢圓形等類似截面形狀，對其尺寸準確測量具有重要意義，特別是飛機、輪船等分段部件裝配時，要求裝配部件的端面幾何形狀測量準確度高。

制約大型圓形截面測量的難點在于被測物尺寸大，每個測量設備相對只能測量小部分點，往往很難采集足夠的點覆蓋整個被測物。這樣不僅造成信息少，而且點集分布不均勻，導致擬合精度不高。而放置過多傳感器將導致成本過高以及難以維護，全局標定困難。即使能夠獲得均勻的整個圓周上的大量信息，也需要花費大量時間，如激光跟蹤儀需要進行多次移站，經緯儀需要人工逐點瞄準效率低。而大尺寸工件受周圍環境的影響較大，尤其是溫度影響。長時間測量過程中的溫度梯場變化會使測量數據噪聲加大。另外由于測量熟練程度等各方面原因，測量不可避免地混入噪聲。這些都造成測量精度的下降，大尺寸測量對于噪聲尤其敏感。因此需要研究更有效的測量方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種超大型工件圓形截面形狀與方位測量的裝置及方法，可以解決超大型工件圓形截面幾何量測量的難題。本發明具有所有測點同時測量、完整獲取工件六維信息等優點。

本發明提供的一種超大型工件圓形截面形狀與方位測量的裝置包括：激光跟蹤儀、端面幾何形狀測量網和工件軸線修正測量網，所述的端面幾何形狀測量網包括水平測量網和垂直測量網，在每個測量網上布置至少兩對視覺傳感器，用于同時測量一個圓截面；激光跟蹤儀作為全局測量設備，每個視覺傳感器與激光跟蹤儀用于同時測量公共視場內的點。視覺傳感器是通用的非接觸式的坐標測量傳感器，它主要是由半導體激光發射器、CCD傳感器和柱面鏡組成。

本發明提供的一種超大型工件圓形截面形狀與方位測量的裝置包括：激光跟蹤儀、端面幾何形狀測量網和工件軸線修正測量網，所述的測量網是由若干視覺傳感器構成；視覺傳感器是通用的非接觸式的坐標測量傳感器，它主要是由半導體激光發射器、CCD傳感器和柱面鏡組成。

所述的端面幾何形狀測量網至少具有八個視覺傳感器，一組四個用于組成水平測量網，包括兩個配對視覺傳感器，每個配對視覺傳感器由兩個視覺傳感器以中心對稱放置組成，另一組組成與水平測量網相互垂直的垂直測量網，用于同時測量一個圓截面；

所述的軸線修正測量網至少具有六個視覺傳感器，每組三個視覺傳感器同時測量一個圓截面。所有視覺傳感器均基于雙目視覺原理采集被測點三坐標，內部包括半導體激光發射器、CCD傳感器和柱面鏡。

激光跟蹤儀作為全局測量設備，每個視覺傳感器與激光跟蹤儀用于同時測量公共視場內的點。

本發明提供的一種超大型工件測量的方法包括的步驟：

1)將視覺傳感器放置在距被測工件有效工作距離范圍內，經測量傳感器內部的半導體激光器投射點光源到柱面鏡，投射線結構光刀到被測物，內部的雙目CCD傳感器對光刀成像，利用亞像素細分算法細化高斯分布的光刀，提取光刀上特征點像坐標，精度可達0.05像素。利用三角測量原理，從兩個相機的二維坐標計算被測點三維坐標，可得到整個結構光條上所有點坐標。

2)端面幾何形狀測量網分為水平測量網和垂直測量網，分別測量工件端面圓截面的多條水平弦線和垂直弦線，采用兩個視覺傳感器以中心對稱放置，配對測量每一條弦線，兩個配對視覺傳感器發射共面結構光刀，并光切到被測圓形截面上，在圓周處發生光線彎折，彎折點即為兩個被測特征點d₁和d₂，從而得到圓截面上兩點d₁和d₂的坐標，得到圓的一條弦d₁d₂，并可計算出弦的中點M₁＝(d₁+d₂)/2。

水平測量網由這樣n個平行的配對視覺傳感器構成，即每條弦線互相平行，求出n條平行弦的中點M₁，M₂，...M_n，最后將這些中點擬合一條直線l_H。同理，由垂直測量網也測量和計算出一條直線l_V。根據圓中一組平行弦的中點連線必經過圓心定理，兩條中點連線的交點就是所求圓心O＝l_H∩l_V。