一种曲面半径测量方法与仪器技术

一种曲面半径测量方法与仪器，将四个扇形光栅发生器与CCD摄像头的摄影平面呈斜角α对称放置，所形成的光栅投影使球的曲面相对于摄影平面下降的距离，转化为成像平面上的水平位移，使测量点上的长短径向上的垂直曲面转变为数码影像上的水平曲线，而曲线上像素点间距经标尺和系列算式转为实际间距，最终计算出测量点上的曲面长短半径。

Method and instrument for measuring radius of curved surface

A method and apparatus to measure the radius of curved surface, the photography four fan-shaped grating generator and CCD camera at an oblique angle alpha symmetrically placed, grating projection formed by the ball surface relative to the camera plane down into the distance, the horizontal displacement of the image plane, the vertical surface radial length measuring point on into a horizontal curve digital image, and the pixel spacing curve by the scale and a series of formulas to calculate the actual distance, the final length of radius measurement points on the surface.

【技术实现步骤摘要】
一种曲面半径测量方法与仪器
本专利技术系一种测量任一局部曲面半径的方法与仪器，属于光机电物理检测设备。
技术介绍
目前，公知检测曲面半径的方法中，三D扫描测量既可以完整测定正球体的半径，也可以测量不规则物体物理特征，但需要较贵的扫描仪；而游标卡尺或激光径向测量适合完整球体的测量。本专利技术为测定任一局部区域曲面半径提供方法与设备。
技术实现思路
本专利技术系一种曲面半径测量方法与仪器。下面结合附图与实施例对本专利技术进行详细说明。图1至图5为测量曲面半径测量方法的工作原理示意图；图6为曲面半径测量仪立体视图图7为曲面半径测量仪附件图图8为曲面半径测量仪正前方视图图9为图8A-A剖视图图10为曲面半径测量仪上视图图11为曲面半径测量仪背面视图图12为曲面半径测量仪屏幕贴膜后背面视图图13为曲面半径测量仪定标时屏幕视图图14为曲面半径测量仪测量时屏幕视图图中1a、1b、1c、1d光栅发生器2球体3CCD摄像头4主机4.1电池仓4.2电源开关4.3主板仓4.4拍照按钮4.5电缆接口4.6SD卡槽4.7显示屏4.8暗室4.9侧壁5电池6电缆7SD卡8刻度贴膜9定标纸9.1标尺a、b、c、d分别为光栅发生器1a、1b、1c、1d的投影线R为球体1b-1d轴向半径R'为球体1a-1c轴向半径α为光栅发生器与摄影平面的夹角P为投影线a上的一点（point），P'为投影线d上的一点H0为CCD至成像平面垂直距离0为上下垂线与摄影平面交叉点暨a、b、c、d投影线的交叉点L1为P点与上下垂线的实际距离L1'为P'点与上下垂线的实际距离L0为L1在摄影平面上的投影距离L0'为L1'在摄影平面上的投影距离H为P点与摄影平面的实际垂直距离H'为P'点与摄影平面的实际垂直距离H1为H在球面实际投影点与上下垂线的实际距离H1'为H'在球面实际投影点与上下垂线的实际距离H2为H1在成像平面上的投影距离H2'为H1'在成像平面上的投影距离。图1所示，光栅发生器a的光栅在侧面看呈一扇形，垂直照射至平面上则形成一直线投影（图1A），当光栅发生器1a与1c沿球体（2）1a-1c轴，光栅发生器1b与1d沿球体1b-1d轴在上方与摄影平面呈斜角α对称放置时（图2），则在CCD摄像头呈现a、b、c、d四条投影（图2A）。图3与图3A在a投影上取点（point）P，则P点因为较摄影平面下降H距离，而在水平方向形成距离H1的实际投影，但对于CCD摄影平面来说，成像的投影距离则为H2，这样，P点在上下垂线方向上的下降距离H转化为水平上的实际位移H1，进而在摄影平面上显示为H2（图3A）。实现通过在水平方向测定的H2，并进而计算出实际H；则Tantα=H/H1；H=Tantα×H1--------------------------------(1)而成像H2与实际H1关系为：H2/H0=H1/(H0+H);H1=H2(1+H/H0)--------(2)(2)代入（1）则H=Tantα×H2(1+H/H0);H=Tantα×H2+Tantα×H×H2/H0；H-Tantα×H×H2/H0=Tantα×H2;H=Tantα×H2/(1-Tantα×H2/H0)------------------------------(3)图4、图4A所示，投影线a上的P点在1b-1d轴向上与上下垂线实际距离L1，在摄影平面上形成投影距离L0；则L0/H0=L1/(H0+H)；L1=L0（1+H/H0)----------------------------------------------(4)根据勾股定理，球体（3）在1a与1c轴向上的半径R与L1,R-H关系为：R2=L12+(R-H)2；R2=L12+R2-2RH+H2；2RH=L12+H2；R=L12/2H+H/2-----------------------------------------------（5）计算机程序计算时，程序设定先将CCD测定的L0,H2与常数H0，先代入（3）计算出H,再代入（4）计算出L1,最后将计算出的L1与H代入（5）即可计算出1b-1d轴向上的球体（2）半径R；图4、图4A所示，在CCD投影线d取p'点的L0’、H2’与常数H0。以上述计算机程序同法计算，先将CCD测定的L0’,H2’与常数H0，先代入（3）计算出H’,再代入（4）计算出L1’,最后将计算出的L1’与H’代入（5）即可计算出1a-1c轴向上的球体（2）半径R'。图4A所示，之所以设置1a,1c与1b,1d对称光栅发生器，是为了在CCD上形成对称的a、b、c、d投影线，帮助拍照时对准以及后期计算时对偏斜进行校正，校正的方法是等L0下取四条H2线点间距的平均值；在等H2线下取四条L0线点间距的平均值。图5所示，对于正球体，R=R’，而橄榄形球体则R>R’；为了避免R与R'测定时的相互干扰，从CCD摄像头方向向下看，R与R'呈现相互垂直的关系。在角度β的同步影响下，同R的L与H存在下表对应关系。对于R与R’，则H与L’，L与H’存在同步关系：L=RCosβ；H=RSinβ角β°H（%R）L（%R）角β°H（%R）L（%R）角β°H（%R）L（%R）00110.01740.9998310.51500.8572610.87460.484820.03490.9994320.52990.8480620.88290.469530.05230.9986330.54460.8387630.89100.453940.06970.9976340.55920.8290640.89880.438450.08720.9962350.57360.8192650.90630.422660.10450.9945360.58780.8090660.91350.406770.12190.9925370.60180.7986670.92050.390780.13920.9903380.61570.7880680.92720.374690.15640.9877390.62930.7771690.93360.3584100.17360.9848400.64280.7660700.93970.3420110.19080.9816410.65610.7547710.94550.3256120.20790.9781420.66910.7431720.95110.3090130.22490.9744430.68190.7314730.95630.2923140.24190.9702440.69460.7193740.96120.2756150.25880.9659450.70710.7071750.96590.2588160.27560.9612460.71930.6946760.97020.2419170.29230.9563470.73130.6819770.97430.2249180.30900.9510480.74310.6691780.97810.2079190.32550.9455490.75470.6560790.98160.1908200.34200.9396500.76600.6427800.98480.1736210.35830.93355本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种曲面半径测量方法与仪器，其特征在于：由光栅发生器（1a、1b、1c、1d）、CCD摄像头（3）、主机（4）和附件构成，其附件包括充电电池（5）、电缆（6）、SD卡（7）、刻度贴膜（8）、带标尺（9.1）的定标纸（9）；其中，主机（4）后部的一端为电池仓（4.1），内置电池（5）、电池仓上方设电源开关（4.2）；另一端为主板仓（4.3），主板仓（4.3）上方有拍照按钮（4.4），侧面设电缆接口（4.5）与SD卡槽（4.6）；主机（4）的背面安置显示屏（4.7），其表面贴有刻度贴膜（8）；主机（4）前部为暗室（4.8），暗室（4.8）的侧壁（4.9）末端上对称安置光栅发生器（1a、1b、1c、1d），暗室（4.8）底部正中安置CCD摄像头（3），光栅发生器（1a、1b、1c、1d）与CCD摄像头（3）呈α斜角。

【技术特征摘要】
1.一种曲面半径测量方法与仪器，其特征在于：由光栅发生器（1a、1b、1c、1d）、CCD摄像头（3）、主机（4）和附件构成，其附件包括充电电池（5）、电缆（6）、SD卡（7）、刻度贴膜（8）、带标尺（9.1）的定标纸（9）；其中，主机（4）后部的一端为电池仓（4.1），内置电池（5）、电池仓上方设电源开关（4.2）；另一端为主板仓（4.3），主板仓（4.3）上方有拍照按钮（4.4），侧面设电缆接口（4.5）与SD卡槽（4.6）；主机（4）的背面安置显示屏（4.7），其表面贴有刻度贴膜（8）；主机（4）前部为暗室（4.8），暗室（4.8）的侧壁（4.9）末端上对称安置光栅发生器（1a、1b、1c、1d），暗室（4.8）底部正中安置CCD摄像头（3），光栅发生器（1a、1b、1c、1d）与CCD摄像头（3）呈α斜角。2.权利要求1所述一种曲面半径测量方法与仪器，其特征在于：其定标方法为水平放置定标纸（9），曲面半径测量仪垂直对准拉近，直至显示屏（4.7）上的光栅投影a与c、b与d重合为一十字，拍摄图像，电缆（6）或记录于SD卡（7）输出至计算机；像素点距÷标尺长度=转换系数；测量CCD与定标纸垂直间距记录为H0。3.权利要求1所一种曲面半径测量方法与仪器，其特征在于：使用时，调整曲面半径测量仪拍摄的角度和距离，直至显示屏上光栅投影a与c、b与d的影像对称，拍摄图像，以电缆（6）或记录于SD卡（7）输出至计算机；按L：H>2.5:1的规则，在a投影线取P点画方框，在等L0下取...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮建，孙笑，郭树忠，
申请(专利权)人：北京远见医疗技术发展有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11