[發明專利]一種大型薄壁構件壁厚在位測量系統和方法

有效

• 申請號: 201710411139.9
• 申請日: 2017-06-05
• 公開（公告）號: CN107270820B
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: 陳曉波;劉曉;習俊通;吳卓琦;杜輝;郭根;侯春杰;南博華
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;上海航天設備制造總廠
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 徐紅銀

1.一種大型薄壁構件壁厚在位測量系統，其特征在于，所述系統包括：數控機床(1)、靠模夾具(3)、測頭支架(4)、雙目結構光測量設備(5)、工業計算機及高速通信單元；

所述數控機床(1)上設置有轉臺(2)，所述數控機床(1)控制所述轉臺(2)轉動，并且返回所述轉臺(2)轉動的轉角信息；

所述靠模夾具(3)用于完成大型薄壁構件的夾持并且提供測量基準面；

所述測頭支架(4)用于實現雙目結構光測量設備(5)在工業現場穩定擺放；

所述雙目結構光測量設備(5)包括一個數字投影儀(6)、兩個CCD工業相機(7)和基座(8)，其中：所述基座(8)用于固定所述CCD工業相機(7)和所述數字投影儀(6)，所述數字投影儀(6)用于完成結構光的圖像投影，所述CCD工業相機(7)用于完成圖像采集，從而完成雙目結構光測量數據獲取；

所述CCD工業相機(7)和所述數字投影儀(6)均通過所述高速通信單元與所述工業計算機連接，所述工業計算機通過所述高速通信單元與所述數控機床(1)通信連接；

所述工業計算機通過所述高速通信單元控制所述數字投影儀(6)投影和所述CCD工業相機(7)采集圖像完成數據采集，并通過所述高速通信單元控制所述數控機床(1)轉動所述轉臺(2)完成不同位置測量數據的采集，所述工業計算機整合所有數據提取大型薄壁構件壁厚信息，并且反饋給數控機床(1)，使整個系統構成一個整體；其中，將需要測量對象的位置放入測量系統的視場中，利用雙目結構光進行單步測量，工業計算機控制數字投影儀(6)投射三頻三步相移9幅圖片至大型薄壁構件表面；同時，兩個CCD工業相機(7)采集經大型薄壁構件表面調制后的光柵圖片，利用9幅圖片進行多頻外差相位解碼，進而完成兩個CCD工業相機(7)的雙目相機的點匹配，利用雙目視差測量原理獲得視差圖，據此進行大型薄壁構件該區域點云三維重建，得到測量區域的點云數據。

2.根據權利要求1所述的大型薄壁構件壁厚在位測量系統，其特征在于，測量時，大型薄壁構件固定在所述靠模夾具(3)上，所述靠模夾具(3)固定在所述數控機床(1)的轉臺(2)上，進而使所述轉臺(2)能夠帶動大型薄壁構件轉動，所述雙目結構光測量設備(5)固定在所述測頭支架(4)上，并且將所述測頭支架(4)位于所述數控機床(1)對面，使得所述轉臺(2)在所述數控機床(1)加工部件和所述測頭支架(4)之間。

3.一種采用權利要求1或2所述系統的大型薄壁構件壁厚在位測量方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

1)測量初始化

在測量系統開始工作前，完成雙目結構光測量設備的兩個CCD工業相機標定和初始測量位置的確定；

2)測量規劃

根據大型薄壁構件的形狀和尺寸，結合數控機床的轉臺精度和雙目結構光測量設備的視場大小信息，對測量策略進行初步規劃，保證測量數據完整性和測量效率；

3)基準測量面選定

通過間接測量的方式獲取大型薄壁構件的壁厚特征，利用基準測量面實現間接測量；

4)根據2)中結果，得到空間中一系列測量點位，將得到的測量點位轉化成數控機床的轉臺的轉角信息，利用數控機床的轉臺進行單步角度轉動，在所選擇的測量點進行單步測量；其中，將每步需要測量對象的位置放入測量系統的視場中，利用雙目結構光進行單步測量，工業計算機控制數字投影儀投射三頻三步相移9幅圖片至大型薄壁構件表面；同時，兩個CCD工業相機采集經大型薄壁構件表面調制后的光柵圖片，利用9幅圖片進行多頻外差相位解碼，進而完成兩個CCD工業相機的雙目相機的點匹配，利用雙目視差測量原理獲得視差圖，據此進行大型薄壁構件該區域點云三維重建，得到測量區域的點云數據；

5)通過轉動一周轉臺測量基準面即大型薄壁構件的底面點云數據和轉動一周轉臺測得大型薄壁構件表面點云數據，利用初始位置、測量標號、特征點信息完成兩次測量的測量面對齊，并且對對應位置的壁厚進行解算完成特征提取，處理噪聲的誤差完成誤差補償；

6)多位置測量數據拼合

根據測量過程中所獲得的各個測量點位處所測得點云的標號，數控機床的轉臺的轉角信息和初始位置值，結合大型薄壁構件的CAD模型信息，將各個測量點位處所獲得的點云位置信息統一轉換到數控機床坐標系下，實現點云拼合，從而得到大型薄壁構件的完整點云數據，并最終與CAD模型進行比對，獲取本次加工結束后各個位置點的壁厚與實際要求的壁厚的偏差。