[發明專利]一種基于激光測量的自動定心方法

有效

• 申請號: 201210207280.4
• 申請日: 2012-06-21
• 公開（公告）號: CN102706280A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 李勇波;王典洪;何王勇;吳濤;楊代華;甘明
• 申請（專利權）人: 中國地質大學(武漢)
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 武漢華旭知識產權事務所 42214
• 代理人: 周宗貴;劉榮

技術領域

本發明涉及一種圓形工件自動定心的方法，特別涉及一種利用激光測量的自動定心方法，該方法能夠適用于機械加工及自動化領域。

背景技術

在機械加工領域中很多地方都需要對橫截面為圓形的工件進行加工，如木材、鋼材等。在這些加工過程中，往往都需要確定圓形截面的圓心。例如在對厚壁大口徑無縫鋼管的熱軋加工中，為降低熱軋廢品率，避免穿孔后毛管壁厚不均，通常會對熱軋前的冷鋼坯開引導孔來加工。目前國內生產厚壁大口徑無縫鋼管的軋鋼廠均采用人工進行該項工作，即定心加工時依靠工人觀察鋼坯中心，先批量定孔，二次吊裝，再批量進爐，勞動強度大。在人工操作時，工人長期暴露在開孔弧光下，對身體危害較大，操作環境惡劣；加上工人的主觀因素，會造成定心的不準確，產品一致性差，急需對鋼坯開引導孔的冷定心機進行自動化改造。

目前國內對自動定心機研究的文獻資料比較少，能進行自動定心的數控裝置幾乎沒有。在工程應用中，自動尋找不規則圓形物體圓心技術，一直沒有得到很好解決。國內外現有解決方案一般采用圖像處理方法。但由于圖像處理中物體本身輪廓和背景輪廓不易完全分離，加上背景噪聲影響，定心精度很低，誤差一般在2-3mm左右。

發明內容

本發明提供了一種基于激光測量的自動定心方法，解決了上述背景技術中的不足，其測量誤差小，測量速度塊，并且能夠實現自動化。

實現本發明上述目的所采用的技術方案為：

一種基于激光測量的自動定心方法，包括以下步驟：

（1）、在目標物的待測圓形的截面的兩側設置兩個同步的激光位移傳感器，在截面所位于的平面上建立XY直角坐標系即目標物坐標系，兩激光位移傳感器位于X軸上，其中一個激光位移傳感器的初始位置為坐標原點，兩激光位移傳感器沿著Y軸且朝向目標物方向位移，X軸上的刻度為選為原點的激光位移傳感器到目標物的距離值，Y軸上的刻度為激光位移傳感器的位移距離值；

（2）、啟動激光位移傳感器，兩激光位移傳感器從初始位置開始移動，定時采集激光位移傳感器到目標物的距離值和激光位移傳感器的位移距離值，兩激光位移傳感器在任意一次采集中所得到的數據分別為（x1，y）和（x2，y）；

（3）、將兩激光位移傳感器采集到的數據進行轉換，得到待測圓形的截面的輪廓點坐標，其中任意一次采集所得到的截面的輪廓點坐標分別為（x1?，y）和（L-x2，y），其中L為兩激光位移傳感器之間的距離；

（4）、利用最小二乘法對上步驟中的截面的輪廓點坐標進行計算，得到截面的圓心坐標。

步驟（3）中采樣次數為60次，共采集到截面的輪廓點坐標120個。

步驟（5）中所述的利用最小二乘法進行計算的具體步驟為：

（a）、對圓形的曲線方程進行變形：假設截面的圓心坐標為（A,B），半徑為R，則有

，；

令

，上述方程變形為；

（b）、將截面的輪廓點坐標帶入上述方程中進行計算，得到截面的輪廓點與圓心之間的距離和半徑的平方差δi，計算方法為：

；

上式中，與為截面的輪廓點坐標值，為截面的輪廓點與圓心之間的距離；

（c）、令Q(a,b,c)為δi的平方和，分別對參數a,b,c進行求解，使得Q(a,b,c)的值最小，計算方法如下：

；

對上述公式中的參數a,b,c求偏導，令偏導數等于0，從而得到上述公式的極值點，比較所有極值點的函數值大小，數值最小者即為Q(a,b,c)的最小值，此最小值對應的參數a,b,c的數值即為所求數值，計算方法如下：

；

（d）、根據前一步驟中求得的a,b,c的數值算出截面的圓心坐標（A,B），計算方法如下：

。

步驟（d）中算得圓心坐標后，計算出所有的截面的輪廓點到圓心的距離，并對這些距離進行排序后除去10個距離最大值和10個距離最小值所對應的輪廓點；用篩選后的截面的輪廓點坐標重新按照步驟（b）和（c）進行計算，得到截面的圓心坐標值。

本發明提供的基于激光測量的自動定心方法有以下優點：1、定心精度高，可精確至0.1毫米；2、定心速度快，只需經一次測量獲取到數據后，對數據進行處理即可得到圓心坐標值。3、本發明所提供的方法與相關硬件及軟件相結合后，能夠實現自動化及連續化加工。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明做詳細具體的說明。