[發(fā)明專利]基于超聲測量的表面輪廓自動跟蹤方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011248725.4
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112363456B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張楊;朱江;郭鵬;朱利民;秦玉
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19;G05B19/401;G01B17/06
• 代理公司: 上海段和段律師事務(wù)所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

1.一種基于超聲測量的表面輪廓自動跟蹤方法，其特征在于，包括：

步驟1：將測量區(qū)域邊界離散為一系列坐標點，并將邊界點坐標按逆時針順序輸入測量控制系統(tǒng)；

步驟2：初始化掃描方向和進給方向，初始化測量控制系統(tǒng)的運動方向及換向標識符；

步驟3：將測量頭定位到初始測量點，并調(diào)整測量頭的位置和姿態(tài)；

步驟4：對測量頭的姿態(tài)進行在線調(diào)整，采集表面坐標點并預(yù)測下一采樣點；

步驟5：判斷預(yù)測的下一采樣點是否位于邊界外，并判斷測量是否結(jié)束以及測量過程是否需要換向，若測量結(jié)束，則執(zhí)行步驟7；若測量未結(jié)束，且預(yù)測的下一采樣點位于邊界外或測量過程需要換向，則重新計算下一采樣點的坐標，使其位于測量邊界上；

步驟6：將下一采樣點發(fā)送給測量控制系統(tǒng)，并控制測量裝置移動至下一采樣點，執(zhí)行步驟4；

步驟7：當新的采樣平面與被測區(qū)域沒有交點時，完成跟蹤測量，停止作業(yè)；

所述步驟4包括：

步驟4.1：通過五個超聲探頭得到五個測量點^wP_i|_{i＝0,1,...,4}，點^wP₁,^wP₀,^wP₃和點^wP₂,^wP₀,^wP₄各自構(gòu)建一條二次Bézier曲線，當前測量區(qū)域中點^wP₀處的表面法矢n是兩條Bézier曲線切向量的叉積；

步驟4.2：調(diào)整測頭位姿，使測頭軸線與計算出的局部表面法矢n重合，重新對當前區(qū)域進行測量，更新測量點^wP_i|_{i＝0,1,...,4}并更新Bézier曲線，記錄此時中心探頭的測量數(shù)據(jù)；

步驟4.3：計算下一采樣點，根據(jù)當前測量區(qū)域的表面曲率及表面法矢構(gòu)建曲率球，曲率半徑ρ和球心位置^wP_c通過下式計算：

^wP_c＝^wP₀+k·ρ·n

其中，是Bézier曲線的一次導(dǎo)數(shù)，是Bézier曲線的二次導(dǎo)數(shù)，k是與曲率方向相關(guān)的系數(shù)：

在分別給定最大弓高δ_m和最大切向移動步長L_t的約束情況下，下一采樣點的位置^wP′₀分別通過下式計算：

其中，R和n^-分別是^wP_c、ρ和n在目標平面內(nèi)的投影，是一個3×3的矩陣，且在掃描平面和進給平面內(nèi)的表達式不同；

其中m是與移動方向相關(guān)的系數(shù)：

當移動方向偏向于工具坐標系的x或z軸的正方向時，h＝1，否則h＝-1；

步驟4.4：確定需要導(dǎo)入運動控制系統(tǒng)的下一采樣點的位置，選取和中距離當前采樣點較近者作為最終的下一采樣點；

步驟4.5：預(yù)測下一采樣點處的表面法矢：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲測量的表面輪廓自動跟蹤方法，其特征在于，先找到測量邊界線段，再將該線段與采樣平面取交點，當狀態(tài)量Feed-direct為1時進行換向，則下一個采樣點位于下一采樣平面；

當采樣點在邊界外時，根據(jù)當前測量區(qū)域的曲率球及邊界信息重新計算掃描方向的下一采樣點，使其位于測量邊界上，并將狀態(tài)變量Feed-direct置為1。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲測量的表面輪廓自動跟蹤方法，其特征在于，當采樣點在邊界外時移動采樣平面，將掃描平面平移使之與被測曲面產(chǎn)生新的交線，掃描平面移動的方向為進給方向。