[发明专利]一种大型薄壁构件壁厚在位测量系统和方法

权利要求书

1.一种大型薄壁构件壁厚在位测量系统，其特征在于，所述系统包括：数控机床(1)、靠模夹具(3)、测头支架(4)、双目结构光测量设备(5)、工业计算机及高速通信单元；

所述数控机床(1)上设置有转台(2)，所述数控机床(1)控制所述转台(2)转动，并且返回所述转台(2)转动的转角信息；

所述靠模夹具(3)用于完成大型薄壁构件的夹持并且提供测量基准面；

所述测头支架(4)用于实现双目结构光测量设备(5)在工业现场稳定摆放；

所述双目结构光测量设备(5)包括一个数字投影仪(6)、两个CCD工业相机(7)和基座(8)，其中：所述基座(8)用于固定所述CCD工业相机(7)和所述数字投影仪(6)，所述数字投影仪(6)用于完成结构光的图像投影，所述CCD工业相机(7)用于完成图像采集，从而完成双目结构光测量数据获取；

所述CCD工业相机(7)和所述数字投影仪(6)均通过所述高速通信单元与所述工业计算机连接，所述工业计算机通过所述高速通信单元与所述数控机床(1)通信连接；

所述工业计算机通过所述高速通信单元控制所述数字投影仪(6)投影和所述CCD工业相机(7)采集图像完成数据采集，并通过所述高速通信单元控制所述数控机床(1)转动所述转台(2)完成不同位置测量数据的采集，所述工业计算机整合所有数据提取大型薄壁构件壁厚信息，并且反馈给数控机床(1)，使整个系统构成一个整体；其中，将需要测量对象的位置放入测量系统的视场中，利用双目结构光进行单步测量，工业计算机控制数字投影仪(6)投射三频三步相移9幅图片至大型薄壁构件表面；同时，两个CCD工业相机(7)采集经大型薄壁构件表面调制后的光栅图片，利用9幅图片进行多频外差相位解码，进而完成两个CCD工业相机(7)的双目相机的点匹配，利用双目视差测量原理获得视差图，据此进行大型薄壁构件该区域点云三维重建，得到测量区域的点云数据。

2.根据权利要求1所述的大型薄壁构件壁厚在位测量系统，其特征在于，测量时，大型薄壁构件固定在所述靠模夹具(3)上，所述靠模夹具(3)固定在所述数控机床(1)的转台(2)上，进而使所述转台(2)能够带动大型薄壁构件转动，所述双目结构光测量设备(5)固定在所述测头支架(4)上，并且将所述测头支架(4)位于所述数控机床(1)对面，使得所述转台(2)在所述数控机床(1)加工部件和所述测头支架(4)之间。

3.一种采用权利要求1或2所述系统的大型薄壁构件壁厚在位测量方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1)测量初始化

在测量系统开始工作前，完成双目结构光测量设备的两个CCD工业相机标定和初始测量位置的确定；

2)测量规划

根据大型薄壁构件的形状和尺寸，结合数控机床的转台精度和双目结构光测量设备的视场大小信息，对测量策略进行初步规划，保证测量数据完整性和测量效率；

3)基准测量面选定

通过间接测量的方式获取大型薄壁构件的壁厚特征，利用基准测量面实现间接测量；

4)根据2)中结果，得到空间中一系列测量点位，将得到的测量点位转化成数控机床的转台的转角信息，利用数控机床的转台进行单步角度转动，在所选择的测量点进行单步测量；其中，将每步需要测量对象的位置放入测量系统的视场中，利用双目结构光进行单步测量，工业计算机控制数字投影仪投射三频三步相移9幅图片至大型薄壁构件表面；同时，两个CCD工业相机采集经大型薄壁构件表面调制后的光栅图片，利用9幅图片进行多频外差相位解码，进而完成两个CCD工业相机的双目相机的点匹配，利用双目视差测量原理获得视差图，据此进行大型薄壁构件该区域点云三维重建，得到测量区域的点云数据；

5)通过转动一周转台测量基准面即大型薄壁构件的底面点云数据和转动一周转台测得大型薄壁构件表面点云数据，利用初始位置、测量标号、特征点信息完成两次测量的测量面对齐，并且对对应位置的壁厚进行解算完成特征提取，处理噪声的误差完成误差补偿；

6)多位置测量数据拼合

根据测量过程中所获得的各个测量点位处所测得点云的标号，数控机床的转台的转角信息和初始位置值，结合大型薄壁构件的CAD模型信息，将各个测量点位处所获得的点云位置信息统一转换到数控机床坐标系下，实现点云拼合，从而得到大型薄壁构件的完整点云数据，并最终与CAD模型进行比对，获取本次加工结束后各个位置点的壁厚与实际要求的壁厚的偏差。