[发明专利]超大型工件圆形截面形状与方位测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及大尺寸几何量测量技术，特别是一种超大型工件圆形截面形状与方位测量装置及方法。

背景技术

圆形截面形状测量是工业测量的基本任务之一，常规圆形截面尺寸的测量方法较多，测量精度和效率都易于保障，而几米甚至十几米以上的大尺寸圆形截面几何形状的测量一直是工业上的难题，如飞机舱体、水轮发电机组和大型轴承等都是圆形、椭圆形等类似截面形状，对其尺寸准确测量具有重要意义，特别是飞机、轮船等分段部件装配时，要求装配部件的端面几何形状测量准确度高。

制约大型圆形截面测量的难点在于被测物尺寸大，每个测量设备相对只能测量小部分点，往往很难采集足够的点覆盖整个被测物。这样不仅造成信息少，而且点集分布不均匀，导致拟合精度不高。而放置过多传感器将导致成本过高以及难以维护，全局标定困难。即使能够获得均匀的整个圆周上的大量信息，也需要花费大量时间，如激光跟踪仪需要进行多次移站，经纬仪需要人工逐点瞄准效率低。而大尺寸工件受周围环境的影响较大，尤其是温度影响。长时间测量过程中的温度梯场变化会使测量数据噪声加大。另外由于测量熟练程度等各方面原因，测量不可避免地混入噪声。这些都造成测量精度的下降，大尺寸测量对于噪声尤其敏感。因此需要研究更有效的测量方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超大型工件圆形截面形状与方位测量的装置及方法，可以解决超大型工件圆形截面几何量测量的难题。本发明具有所有测点同时测量、完整获取工件六维信息等优点。

本发明提供的一种超大型工件圆形截面形状与方位测量的装置包括：激光跟踪仪、端面几何形状测量网和工件轴线修正测量网，所述的端面几何形状测量网包括水平测量网和垂直测量网，在每个测量网上布置至少两对视觉传感器，用于同时测量一个圆截面；激光跟踪仪作为全局测量设备，每个视觉传感器与激光跟踪仪用于同时测量公共视场内的点。视觉传感器是通用的非接触式的坐标测量传感器，它主要是由半导体激光发射器、CCD传感器和柱面镜组成。

本发明提供的一种超大型工件圆形截面形状与方位测量的装置包括：激光跟踪仪、端面几何形状测量网和工件轴线修正测量网，所述的测量网是由若干视觉传感器构成；视觉传感器是通用的非接触式的坐标测量传感器，它主要是由半导体激光发射器、CCD传感器和柱面镜组成。

所述的端面几何形状测量网至少具有八个视觉传感器，一组四个用于组成水平测量网，包括两个配对视觉传感器，每个配对视觉传感器由两个视觉传感器以中心对称放置组成，另一组组成与水平测量网相互垂直的垂直测量网，用于同时测量一个圆截面；

所述的轴线修正测量网至少具有六个视觉传感器，每组三个视觉传感器同时测量一个圆截面。所有视觉传感器均基于双目视觉原理采集被测点三坐标，内部包括半导体激光发射器、CCD传感器和柱面镜。

激光跟踪仪作为全局测量设备，每个视觉传感器与激光跟踪仪用于同时测量公共视场内的点。

本发明提供的一种超大型工件测量的方法包括的步骤：

1)将视觉传感器放置在距被测工件有效工作距离范围内，经测量传感器内部的半导体激光器投射点光源到柱面镜，投射线结构光刀到被测物，内部的双目CCD传感器对光刀成像，利用亚像素细分算法细化高斯分布的光刀，提取光刀上特征点像坐标，精度可达0.05像素。利用三角测量原理，从两个相机的二维坐标计算被测点三维坐标，可得到整个结构光条上所有点坐标。

2)端面几何形状测量网分为水平测量网和垂直测量网，分别测量工件端面圆截面的多条水平弦线和垂直弦线，采用两个视觉传感器以中心对称放置，配对测量每一条弦线，两个配对视觉传感器发射共面结构光刀，并光切到被测圆形截面上，在圆周处发生光线弯折，弯折点即为两个被测特征点d₁和d₂，从而得到圆截面上两点d₁和d₂的坐标，得到圆的一条弦d₁d₂，并可计算出弦的中点M₁＝(d₁+d₂)/2。

水平测量网由这样n个平行的配对视觉传感器构成，即每条弦线互相平行，求出n条平行弦的中点M₁，M₂，...M_n，最后将这些中点拟合一条直线l_H。同理，由垂直测量网也测量和计算出一条直线l_V。根据圆中一组平行弦的中点连线必经过圆心定理，两条中点连线的交点就是所求圆心O＝l_H∩l_V。