[發(fā)明專利]一種工件成形過程的檢測方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110625638.4
• 申請日: 2021-06-04
• 公開（公告）號: CN113414248B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅明;杜思哲;張倩瑞
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué);中國航發(fā)長江動力有限公司
• 主分類號: B21C51/00
• 分類號: B21C51/00;G01B11/24;G01B21/04
• 代理公司: 西安匠星互智知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 61291
• 代理人: 王凱敏

1.一種金屬封嚴(yán)環(huán)滾壓成形型面過程檢測方法，其特征在于包括：

步驟1：標(biāo)定兩臺非接觸式檢測設(shè)備檢測數(shù)據(jù)間的相對位置關(guān)系；

包括：使用截面為正方形的標(biāo)定方軸和中間段為圓錐面、截面為圓的標(biāo)定錐軸標(biāo)定所述兩臺非接觸式檢測設(shè)備安裝的空間位置關(guān)系；以及使用所述標(biāo)定方軸標(biāo)定所述兩臺非接觸式檢測設(shè)備檢測坐標(biāo)系的相對位置關(guān)系，具體方法為：

將所述標(biāo)定方軸放置于位于兩臺非接觸式檢測設(shè)備之間的標(biāo)定件裝夾裝置之上，通過兩臺非接觸式檢測設(shè)備分別采集標(biāo)定方軸左右兩側(cè)截面輪廓點(diǎn)云數(shù)據(jù)，取標(biāo)定方軸的一組對邊，記該組對邊被左側(cè)非接觸式檢測設(shè)備檢測點(diǎn)云最小二乘擬合直線斜率為k₃，被右側(cè)非接觸式檢測設(shè)備檢測點(diǎn)云最小二乘擬合直線斜率為k₄，則兩臺非接觸式檢測設(shè)備的測量坐標(biāo)系之間夾角：θ＝|arctank₃-arctank₄|；

若k₃＞k₄，則左側(cè)非接觸式檢測設(shè)備的測量坐標(biāo)系相對右側(cè)非接觸式檢測設(shè)備的測量坐標(biāo)系逆時針旋轉(zhuǎn)了θ；

取左側(cè)非接觸式檢測設(shè)備所得點(diǎn)云數(shù)據(jù)中y坐標(biāo)值最大點(diǎn)(x_L,y_L)，右側(cè)非接觸式檢測設(shè)備所得點(diǎn)云數(shù)據(jù)中y坐標(biāo)值最大點(diǎn)(x_R,y_R)，兩者對應(yīng)測量光束平面與標(biāo)定方軸上方棱邊的交點(diǎn)P，為同一空間點(diǎn)在不同坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；至此，完成了兩臺非接觸式檢測設(shè)備檢測坐標(biāo)系相對位置關(guān)系的標(biāo)定；

步驟2：建立所述非接觸式檢測設(shè)備檢測數(shù)據(jù)間的拼接變換關(guān)系；

包括：根據(jù)所述兩臺非接觸式檢測設(shè)備安裝的空間位置關(guān)系，以及所述兩臺非接觸式檢測設(shè)備檢測坐標(biāo)系的相對位置關(guān)系，建立將所述兩臺非接觸式檢測設(shè)備獲取待測工件成形過程的輪廓數(shù)據(jù)拼接至同一檢測坐標(biāo)系下的坐標(biāo)變換矩陣；

所述步驟2具體為：

建立公共坐標(biāo)系，以所述交點(diǎn)P為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立左側(cè)非接觸式檢測設(shè)備與右側(cè)非接觸式檢測設(shè)備的測量坐標(biāo)系的平移變換矩陣；

選擇左側(cè)非接觸式檢測設(shè)備的測量坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸方向?yàn)楣沧鴺?biāo)軸的方向，建立右側(cè)非接觸式檢測設(shè)備的測量坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)變換矩陣，至此，完成了兩臺非接觸式檢測設(shè)備檢測數(shù)據(jù)間拼接變換關(guān)系的建立；

步驟3：利用所述非接觸式檢測設(shè)備測量金屬封嚴(yán)環(huán)截面輪廓在所述非接觸式檢測設(shè)備檢測坐標(biāo)系下的離散坐標(biāo)，拼接所述離散坐標(biāo)形成完整輪廓數(shù)據(jù)；

包括：使所述非接觸式檢測設(shè)備的檢測光束平面垂直于待測工件，并且使待測工件測量截面處于檢測設(shè)備的有效測量范圍之內(nèi)，通過非接觸式檢測設(shè)備采集工件兩側(cè)的輪廓點(diǎn)云數(shù)據(jù)；利用所述坐標(biāo)變換矩陣將兩臺非接觸式檢測設(shè)備的檢測數(shù)據(jù)變換至公共坐標(biāo)系下，實(shí)現(xiàn)所述工件成形輪廓檢測數(shù)據(jù)的拼接，形成待測工件的完整輪廓數(shù)據(jù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種金屬封嚴(yán)環(huán)滾壓成形型面過程檢測方法，其特征在于所述非接觸式檢測設(shè)備為激光輪廓掃描傳感器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種金屬封嚴(yán)環(huán)滾壓成形型面過程檢測方法，其特征在于：

標(biāo)定所述兩臺非接觸式檢測設(shè)備安裝的空間位置關(guān)系的方法具體為：

步驟1.1：使用截面為正方形的標(biāo)定方軸標(biāo)定所述兩臺非接觸式檢測設(shè)備的測量光束平面平行：

將截面為正方形的標(biāo)定方軸放置于位于兩臺非接觸式檢測設(shè)備之間的標(biāo)定件裝夾裝置之上，采用所述兩臺非接觸式檢測設(shè)備分別采集所述標(biāo)定方軸左右兩側(cè)截面輪廓數(shù)據(jù)，所得數(shù)據(jù)為所述標(biāo)定方軸截面輪廓點(diǎn)集在測量坐標(biāo)系下的坐標(biāo)(x,y)；

對每臺非接觸式檢測設(shè)備所得點(diǎn)云數(shù)據(jù)，按照y坐標(biāo)大小排序，對比x坐標(biāo)的變化趨勢，確定中轉(zhuǎn)點(diǎn)，并以此為界將數(shù)據(jù)分為兩組，并對每組數(shù)據(jù)使用最小二乘法進(jìn)行直線擬合，求解出每條直線的斜率；

記每臺非接觸式檢測設(shè)備測得點(diǎn)云數(shù)據(jù)擬合求解得到的兩條直線斜率分別為k₁,k₂，判斷k₁×k₂是否等于-1，若等于-1，則表明當(dāng)前狀態(tài)下，該非接觸式檢測設(shè)備測量光束平面已垂直于所述標(biāo)定方軸的軸線；若不等于-1，則求解兩條直線所夾銳角：基于此銳角求解非接觸式檢測設(shè)備測量光束平面與垂直于標(biāo)定方軸軸線平面之間的夾角：

調(diào)整所述非接觸式檢測設(shè)備使其先順時針轉(zhuǎn)過所測得的夾角β，重新判斷k₁×k₂是否等于-1，若不等于則逆時針轉(zhuǎn)過2β，使所述兩臺非接觸式檢測設(shè)備的測量光束平面能夠同時垂直于所述標(biāo)定方軸的軸線，此時所述測量光束平面平行；

步驟1.2：在所述兩臺非接觸式檢測設(shè)備的測量光束平面平行的前提下，使用中間段為圓錐面、截面為圓的標(biāo)定錐軸標(biāo)定所述兩臺非接觸式檢測設(shè)備的測量光束平面共面：

將中間段為圓錐面、截面為圓的標(biāo)定錐軸放置于位于兩臺非接觸式檢測設(shè)備之間的標(biāo)定件裝夾裝置之上，采用所述兩臺非接觸式檢測設(shè)備采集所述標(biāo)定錐軸的錐段截面輪廓點(diǎn)云數(shù)據(jù)，使用最小二乘法擬合圓，求解出圓的半徑；

記左側(cè)非接觸式檢測設(shè)備測得圓擬合半徑R₁，右側(cè)非接觸式檢測設(shè)備測得圓擬合半徑R₂，若R₁＜R₂，則左側(cè)非接觸式檢測設(shè)備在前；若R₁＞R₂，則右側(cè)非接觸式檢測設(shè)備在前；

記圓錐段錐度為k，則兩臺非接觸式檢測設(shè)備測量光束平面間距離：調(diào)整使其中一臺非接觸式檢測設(shè)備移動距離h，使兩臺非接觸式檢測設(shè)備的測量光束平面能夠共面，至此，完成了兩臺非接觸式檢測設(shè)備空間位置關(guān)系的標(biāo)定，保證兩臺非接觸式檢測設(shè)備能同步掃描工件的同一截面輪廓。