[发明专利]一种工件成形过程的检测方法及装置

权利要求书

1.一种金属封严环滚压成形型面过程检测方法，其特征在于包括：

步骤1：标定两台非接触式检测设备检测数据间的相对位置关系；

包括：使用截面为正方形的标定方轴和中间段为圆锥面、截面为圆的标定锥轴标定所述两台非接触式检测设备安装的空间位置关系；以及使用所述标定方轴标定所述两台非接触式检测设备检测坐标系的相对位置关系，具体方法为：

将所述标定方轴放置于位于两台非接触式检测设备之间的标定件装夹装置之上，通过两台非接触式检测设备分别采集标定方轴左右两侧截面轮廓点云数据，取标定方轴的一组对边，记该组对边被左侧非接触式检测设备检测点云最小二乘拟合直线斜率为k₃，被右侧非接触式检测设备检测点云最小二乘拟合直线斜率为k₄，则两台非接触式检测设备的测量坐标系之间夹角：θ＝|arctank₃-arctank₄|；

若k₃＞k₄，则左侧非接触式检测设备的测量坐标系相对右侧非接触式检测设备的测量坐标系逆时针旋转了θ；

取左侧非接触式检测设备所得点云数据中y坐标值最大点(x_L,y_L)，右侧非接触式检测设备所得点云数据中y坐标值最大点(x_R,y_R)，两者对应测量光束平面与标定方轴上方棱边的交点P，为同一空间点在不同坐标系下的坐标；至此，完成了两台非接触式检测设备检测坐标系相对位置关系的标定；

步骤2：建立所述非接触式检测设备检测数据间的拼接变换关系；

包括：根据所述两台非接触式检测设备安装的空间位置关系，以及所述两台非接触式检测设备检测坐标系的相对位置关系，建立将所述两台非接触式检测设备获取待测工件成形过程的轮廓数据拼接至同一检测坐标系下的坐标变换矩阵；

所述步骤2具体为：

建立公共坐标系，以所述交点P为坐标原点，建立左侧非接触式检测设备与右侧非接触式检测设备的测量坐标系的平移变换矩阵；

选择左侧非接触式检测设备的测量坐标系的坐标轴方向为公共坐标轴的方向，建立右侧非接触式检测设备的测量坐标系的旋转变换矩阵，至此，完成了两台非接触式检测设备检测数据间拼接变换关系的建立；

步骤3：利用所述非接触式检测设备测量金属封严环截面轮廓在所述非接触式检测设备检测坐标系下的离散坐标，拼接所述离散坐标形成完整轮廓数据；

包括：使所述非接触式检测设备的检测光束平面垂直于待测工件，并且使待测工件测量截面处于检测设备的有效测量范围之内，通过非接触式检测设备采集工件两侧的轮廓点云数据；利用所述坐标变换矩阵将两台非接触式检测设备的检测数据变换至公共坐标系下，实现所述工件成形轮廓检测数据的拼接，形成待测工件的完整轮廓数据。

2.根据权利要求1所述一种金属封严环滚压成形型面过程检测方法，其特征在于所述非接触式检测设备为激光轮廓扫描传感器。

3.根据权利要求1所述一种金属封严环滚压成形型面过程检测方法，其特征在于：

标定所述两台非接触式检测设备安装的空间位置关系的方法具体为：

步骤1.1：使用截面为正方形的标定方轴标定所述两台非接触式检测设备的测量光束平面平行：

将截面为正方形的标定方轴放置于位于两台非接触式检测设备之间的标定件装夹装置之上，采用所述两台非接触式检测设备分别采集所述标定方轴左右两侧截面轮廓数据，所得数据为所述标定方轴截面轮廓点集在测量坐标系下的坐标(x,y)；

对每台非接触式检测设备所得点云数据，按照y坐标大小排序，对比x坐标的变化趋势，确定中转点，并以此为界将数据分为两组，并对每组数据使用最小二乘法进行直线拟合，求解出每条直线的斜率；

记每台非接触式检测设备测得点云数据拟合求解得到的两条直线斜率分别为k₁,k₂，判断k₁×k₂是否等于-1，若等于-1，则表明当前状态下，该非接触式检测设备测量光束平面已垂直于所述标定方轴的轴线；若不等于-1，则求解两条直线所夹锐角：基于此锐角求解非接触式检测设备测量光束平面与垂直于标定方轴轴线平面之间的夹角：

调整所述非接触式检测设备使其先顺时针转过所测得的夹角β，重新判断k₁×k₂是否等于-1，若不等于则逆时针转过2β，使所述两台非接触式检测设备的测量光束平面能够同时垂直于所述标定方轴的轴线，此时所述测量光束平面平行；

步骤1.2：在所述两台非接触式检测设备的测量光束平面平行的前提下，使用中间段为圆锥面、截面为圆的标定锥轴标定所述两台非接触式检测设备的测量光束平面共面：

将中间段为圆锥面、截面为圆的标定锥轴放置于位于两台非接触式检测设备之间的标定件装夹装置之上，采用所述两台非接触式检测设备采集所述标定锥轴的锥段截面轮廓点云数据，使用最小二乘法拟合圆，求解出圆的半径；

记左侧非接触式检测设备测得圆拟合半径R₁，右侧非接触式检测设备测得圆拟合半径R₂，若R₁＜R₂，则左侧非接触式检测设备在前；若R₁＞R₂，则右侧非接触式检测设备在前；

记圆锥段锥度为k，则两台非接触式检测设备测量光束平面间距离：调整使其中一台非接触式检测设备移动距离h，使两台非接触式检测设备的测量光束平面能够共面，至此，完成了两台非接触式检测设备空间位置关系的标定，保证两台非接触式检测设备能同步扫描工件的同一截面轮廓。