具有定位补偿功能的数字化卡板及其测量方法技术

本发明专利技术提供了一种具有定位补偿功能的数字化卡板及其测量方法，包括：基板、定位机构、位移传感器、视觉传感器、控制器，所述基板通过定位机构横跨在被测车体的表面上；其中：所述定位机构位于所述基板的下方，用于支撑基板，并限定所述基板与被测车体的相对位置；所述位移传感器安装在基板的内部，并与被测车体上的预设测量点所在表面保持垂直，用于测量被测车体的预设测量点；所述视觉传感器位于基板的两侧，用于测量被测车体的两侧边缘；所述控制器安装在基板的内容，并与所述位移传感器、视觉传感器电连接，用于接收和处理所述位移传感器、视觉传感器测量得到的数据。本发明专利技术定位精度高，可在生产现场实时测量车体轮廓偏差，测量速度快。

Digital card board with positioning compensation function and its measuring method

The invention provides a digital card with a positioning compensation function and a measuring method, including a substrate, a positioning mechanism, a displacement sensor, a visual sensor, a controller, which cross the surface of the measured body through a positioning mechanism, wherein the positioning mechanism is located below the base plate, and is used for the base plate. The base plate is supported and the relative position of the substrate is limited to the measured body; the displacement sensor is installed inside the substrate and is maintained perpendicular to the surface of the preset measurement point on the measured body for measuring the preset measurement point of the measured body; the visual sensor is located on both sides of the substrate for measuring the measured body. The controller is installed on the content of the base plate and is electrically connected with the displacement sensor and the visual sensor for receiving and processing the data obtained by the displacement sensor and the visual sensor. The positioning accuracy of the invention is high, and it can measure the deviation of the car body profile in real time in the production field, and the measuring speed is fast.

【技术实现步骤摘要】
具有定位补偿功能的数字化卡板及其测量方法
本专利技术涉及列车车体轮廓测量
，具体地，涉及具有定位补偿功能的数字化卡板及其测量方法。
技术介绍
在列车车厢制造过程中，需要对车厢车体的车顶、侧墙等部件进行在线检测，以获取准确的形状参数。目前，在列车生产现场采用的车体轮廓检测方法一般是以金属卡板为模板，利用直尺人工测量车体与卡板之间的间隙大小的方式来获取形状偏差信息。这种检测方式测量精度低、效率低、可靠性差，而且生产过程的相关数据无法自动保存，不能实现产品质量追溯，无法满足现代化生产需求。针对这一问题，又提出了自动化测量技术。对于一般的大尺寸目标轮廓三维测量，现场自动化测量方式主要有：双目立体成像法、数字投影光栅法以及偏差测量法。双目立体成像法是采用两个视觉探头同时瞄准被测目标的同一区域，通过特征匹配和计算得出特征点的空间位置坐标。但是，双目立体成像法测量过程复杂，特征匹配容易出错、深度测量精度低，不适宜车体轮廓测量。数字投影光栅法是利用数字投影仪想被测表面透射一组光栅条纹，利用一侧的摄像机获取光栅条纹的图像，最后对图像数据处理，得到被测表面的三维轮廓。但是，数字投影光栅法的测量精度受测量范围影响较大，尤其在表面出现较大倾角时，测量误差显著增大，无法满足车体轮廓测量需求。偏差测量法是在一个刚性卡板上安装若干位移传感器，形成一个数字化卡板，直接测量卡板与被测车体之间的距离偏差，从而实现卡板轮廓的测量。但是，偏差测量法是一种相对测量方法，数字卡板与被测车体之间的定位精度直接影响轮廓测量精度，而在生产现场卡板的定位精度往往得不到保证，因此实际测量精度低。专利技术内容针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种具有定位补偿功能的数字化卡板及其测量方法。第一方面，本专利技术提供的一种具有定位补偿功能的数字化卡板，包括：基板、定位机构、位移传感器、视觉传感器、控制器，所述基板通过定位机构横跨在被测车体的表面上；其中：所述定位机构位于所述基板的下方，用于支撑基板，并限定所述基板与被测车体的相对位置；利用定位机构与被测车体保持稳定而可靠的相对位置关系，从而保证每次测量的位置一致性、提高测量重复性；所述位移传感器安装在基板的内部，并与被测车体上的预设测量点所在表面保持垂直，用于测量被测车体的预设测量点；其中，位移传感器为多个非接触位移传感器，位移传感器的数量与测量点数量一致；而测量点数量根据实际情况设定；所述视觉传感器位于基板的两侧，用于测量被测车体的两侧边缘；所述控制器安装在基板的内容，并与所述位移传感器、视觉传感器电连接，用于接收和处理所述位移传感器、视觉传感器测量得到的数据。可选地，所述基板内部设置有多个纵横交错的刚性骨架，所述基板的外部设置有轻质金属材料支撑的防护板。基板采用轻质金属材质制作，以保证卡板具有足够高的刚性、减小变形、保证测量精度；为了降低基板的自重，基板内部采用类似于飞机翅膀的空心蜂窝结构，基板外部为轻质薄形防护板、实现防水防尘功能。可选地，所述定位机构包括：两组纵向定位机构和两组横向定位机构，其中：两组纵向定位机构用于支撑基板的全部重量，以使基板保持在被测车体的表面上方；两组横向定位机构位于所述基板两端的下方，并分别与被测车体的两端横向弹性接触，用于消除基板的横向移动。可选地，两组纵向定位机构的支点间的距离约为基板总长的5/9，且两组纵向定位机构按照基板的中心对称设置；从而使得基板的形变最小。两组纵向定位机构均采用万向球结构，用于在支撑基板的同时，滚动调节基板在被测车体的表面上的位置。两组纵向定位机构和两组横向定位机构均采用双点支撑形式，两个支撑点的跨距均大于卡板的高度，从而有效防止卡板出现倾覆现象。可选地，还包括电池组，所述电池组用于向位移传感器、视觉传感器、控制器提供电能。电池组内置于卡板之内，可为所有的位移传感器、视觉传感器和控制器统一供电，满足连续工作的要求。例如，电池组采用可充电式锂电池，并内置于卡板之内，从而为所有的位移传感器、视觉传感器和控制器统一供电，满足连续工作的要求。可选地，所述位移传感器为多个，多个所述位移传感器采用串行通讯方式将测量得到的数据传输给所述控制器。例如可以利用一根电缆实现所有位移传感器与控制器的连接与数据采集，减少并行采集产生的多根电缆的重量负担。可选地，所述位移传感器还设置有独立的定位板，所述定位板包含有三个互相正交的定位面，所述三个互相正交的定位面用于配准所述位移传感器相应的三个基准面。从而保证位移传感器的位置与姿态符合设计要求。可选地，所述视觉传感器采用由相机、镜头以及照明光源组成的一体化传感器，其中，所述镜头安装在相机上，所述照明光源环绕布置于镜头外侧并采用LED环形光源。实现对被测车体进行补光照明。可选地，所述控制器包括：工控机和转换器，所述工控机设置有用于接收用户操作信号的触摸屏，并通过所述转换器的串行总线与所述位移传感器电连接，通过预设接口与所述视觉传感器电连接。控制器的操作面板外露于卡板表面，便于操作。可选地，还可以为具有定位补偿功能的数字化卡板配备一个标准件，该标准件采用一段实际的被测车体，在规定的测量点处，以刻画出测量标志，通过设计稳固的支撑座形成一个固定的整体式标准件，便于进行标定操作和移动运输。第二方面，本专利技术提供一种具有定位补偿功能的数字化卡板的测量方法，可以应用第一方面中任一项所述的具有定位补偿功能的数字化卡板，所述方法包括：测量所述具有定位补偿功能的数字化卡板对应的标准件上每个测点位置的轮廓距离和标准件的实际长度，并将测量到的数据作为基准值输入控制器；将所述具有定位补偿功能的数字化卡板置于所述标准件上，并根据控制器的提示进行位置微调；在位置微调结束后，在所述控制器接收到用户输入的校准指示信息后，自动保存所有位移传感器和视觉传感器的测量结果，将所述测量结果作为零位值；将所述具有定位补偿功能的数字化卡板置于被测车体的表面上，并根据控制器的提示进行位置微调；在位置微调结束后，横向锁紧定位机构；将所述具有定位补偿功能的数字化卡板移动到测量位置，在所述控制器接收到用户输入的测量指示信息后，自动获取所有位移传感器和两个视觉传感器的数据，分析处理后得到被测车体的轮廓与长度的偏差值，将所述偏差值显示于控制器的触摸屏上并保存；通过两个视觉传感器的读数值之和计算出所述具有定位补偿功能的数字化卡板的定位偏差，并进行定位偏差的修正；将控制器中保存的数据发送给远端的服务器。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术提供的具有定位补偿功能的数字化卡板及其测量方法，通过在基板的下方设置定位机构来限定所述基板与被测车体的相对位置；并通过控制器自动获取位移传感器和视觉传感器的测量结果。定位机构与被测车体保持稳定而可靠的相对位置关系，从而保证每次测量的位置一致性、提高测量重复性。采用控制器、移传感器和视觉传感器来实现自动化定位和数据测量，使得定位精度高，可在生产现场实时测量车体轮廓偏差，测量速度快。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1是本专利技术的数字卡板结构组成示意图；图2是本专利技术的基板内部结构示意图；图3是本专利技术的定位机构支撑布局示意图；图4为本专利技术的位移传感器级联方式示意图；图5为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有定位补偿功能的数字化卡板，其特征在于，包括：基板、定位机构、位移传感器、视觉传感器、控制器，所述基板通过定位机构横跨在被测车体的表面上；其中：所述定位机构位于所述基板的下方，用于支撑基板，并限定所述基板与被测车体的相对位置；所述位移传感器安装在基板的内部，并与被测车体上的预设测量点所在表面保持垂直，用于测量被测车体的预设测量点；所述视觉传感器位于基板的两侧，用于测量被测车体的两侧边缘；所述控制器安装在基板的内容，并与所述位移传感器、视觉传感器电连接，用于接收和处理所述位移传感器、视觉传感器测量得到的数据。

【技术特征摘要】
1.一种具有定位补偿功能的数字化卡板，其特征在于，包括：基板、定位机构、位移传感器、视觉传感器、控制器，所述基板通过定位机构横跨在被测车体的表面上；其中：所述定位机构位于所述基板的下方，用于支撑基板，并限定所述基板与被测车体的相对位置；所述位移传感器安装在基板的内部，并与被测车体上的预设测量点所在表面保持垂直，用于测量被测车体的预设测量点；所述视觉传感器位于基板的两侧，用于测量被测车体的两侧边缘；所述控制器安装在基板的内容，并与所述位移传感器、视觉传感器电连接，用于接收和处理所述位移传感器、视觉传感器测量得到的数据。2.根据权利要求1所述的具有定位补偿功能的数字化卡板，其特征在于，所述基板内部设置有多个纵横交错的刚性骨架，所述基板的外部设置有轻质金属材料支撑的防护板。3.根据权利要求1所述的具有定位补偿功能的数字化卡板，其特征在于，所述定位机构包括：两组纵向定位机构和两组横向定位机构，其中：两组纵向定位机构用于支撑基板的全部重量，以使基板保持在被测车体的表面上方；两组横向定位机构位于所述基板两端的下方，并分别与被测车体的两端横向弹性接触，用于消除基板的横向移动。4.根据权利要求3所述的具有定位补偿功能的数字化卡板，其特征在于，两组纵向定位机构的支点间的距离约为基板总长的5/9，且两组纵向定位机构按照基板的中心对称设置；两组纵向定位机构均采用万向球结构，用于在支撑基板的同时，滚动调节基板在被测车体的表面上的位置。5.根据权利要求1所述的具有定位补偿功能的数字化卡板，其特征在于，还包括电池组，所述电池组用于向位移传感器、视觉传感器、控制器提供电能。6.根据权利要求1所述的具有定位补偿功能的数字化卡板，其特征在于，所述位移传感器为多个，多个所述位移传感器采用串行通讯方式将测量得到的数据传输给所述控制器。7.根据权利要求6所述的具有定位补偿功能的数字化卡板，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶卫，赵辉，李智，陈潇，杨红伟，尹小恰，刘凯媚，赵昱东，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31