本发明专利技术涉及一种基于多孔径拼接技术的非接触圆柱度测量方法和系统。该系统主要由数字光栅投射系统、图像采集系统、多视角重叠扫描机构及控制系统、计算机软件处理系统组成。测量首先对系统进行深度和横向标定，然后，通过多视角重叠扫描机构进行被测圆柱各个视角的条纹图像采集，经过图像处理后，获得各视角三维数据。对各视角三维数据利用多孔径拼接技术实现完整的圆柱面形拼接，从而依据ＧＰＳ（几何产品技术规范）实现圆柱度精确评定。该系统可以实现基于多孔径拼接技术的圆柱度非接触式测量和评定，有效地解决了目前圆柱度测量存在的采样点不足、评定结果不统一等问题。测量系统能够达到较高的测量精度，且具有较好的重复性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种圆柱度测量方法和系统，特别是一种基于多孔径拼接技术，采用数字光 栅条纹投射测量方式，实现圆柱度非接触精密测量的方法和系统。
技术介绍
在现代工业生产中，圆柱形零件不但要求保证其尺寸精度，对它的形状和位置精度也有 很高的要求，它直接影响配合表面的配合性质，回转表面的定位精度，进而影响整个机器的 回转精度、旋转件的振动、噪声、润滑及零件的使用寿命等。因此，对零件的回转面进行圆 柱度误差测量是检验该类零件加工质量的重要指标之一。圆柱度误差测量技术目前大都是采用人工的、被动的、接触式的方法，测量仍采用以圆 度测量技术为基础的近似测量方法。其不足表现在采样点数过少，不能满足新一代GPS(几何产品规范，Geometrical Product Specifications and Verification)标准规定的理想采样点数量 (采样密度)要求，从而导致信息量不足，影响测量精度和重复精度；评定结果不能综合反 映圆柱体形貌误差特征，误差评定与功能规范脱节，评定方法缺乏统一的认证准则。另外， 对于儿何特征需要精密测控的场合，接触式测头测力易引起表面的损伤和变形，以及偏差人 工无法补偿等问题更为突出。因此，圆柱度误差的高精度计量和准确评定已成为计量领域中 难以解决的问题之一，迫切需要高精度、高效率、非接触、面阵传感的圆柱度测量方法及应 用技术。伴随研究的深入，已有一些技术策略可供选择，在以光学方法为代表的非接触式测量中， 传感器无需与物面接触，且可以方便地以面阵传感方式实现测量，无疑会极大地提高测量效 率，且能满足国标要求的采样密度。但由于测量有效孔径的限制，对于回转体的测量，如何 获得高精度的整体形貌成为问题的关键。
技术实现思路
本专利技术目的在于针对现有圆柱度测量方法的不足，结合圆柱体几何特征，提出一种基于 多孔径拼接技术的圆柱度非接触测量方法和系统，具有满足ISO和国标采样密度要求、提供 完整面形特征、评定结果统一的特点。同时，本专利技术测量系统具有较好的重复性和不确定度。为达到上述目的，本专利技术的构思是利用数字光栅条纹投射测量方式获得整个圆柱体多 个单视角面形(各视角间有重叠区)信息，运用多孔径拼接信息融合技术将其在圆柱坐标系下拼接得到完整的圆柱表面信息，依据GPS关键技术设计检验操作算子实现圆柱度的数字化、 规范化评定。其工作流程图如图1所示。圆柱度非接触测量系统主要由数字光栅条纹投射系统、图像采集系统、多视角重叠扫描 机构及控制系统和多孔径拼接信息融合软件系统组成，如图2所示。数字光栅条纹投射系统 中由计算机(9)实时生成标准余弦数字光栅，并由一台投影仪DLP (4)投射到待测物面， 能够任意改变光栅节距及频率。图像采集系统则是通过一台CCD(含光学镜头)G)来完成， 经图像采集卡(6)实现图像的模数(A/D)转换，监视器(7)用作信号的实时监测。采集 到的图像以二进制数据文件格式保存于计算机，计算机按专用的图像处理软件系统对其进行 处理，包括包裹相位求解、相位展开、相位分割、标定板控制点提取等。多视角重叠扫描机 构由传感器架(5)和载物台(2)两部分构成，可实现五自由度运动(①载物台旋转、②载 物台平移、③传感器水平移动、④传感器竖直移动、⑤传感器俯仰运动)，运动机构的控制是 利用计算机为上位机，通过可编程控制器PLC (10)和驱动控制器(12)驱动步进电机来实 现。在系统的测量过程中，可以采用上位计算机直接自动控制或采用触摸人机界面(11)进 行手动操作。根据上述专利技术构思，本专利技术采用下述技术方案一种基于多孔径拼接技术的圆柱度非接触测量方法，其特征在于首先对测量系统进行标 定，随后进行图像采集及条纹图像处理，通过控制二维图像传感器和被测圆柱体的相对运动 进行重叠扫描，依次获得被测圆柱体的多个单视角面形数据；其次，基于多孔径拼接融合技 术实现多视角面形数据的精确拼接，获得整体圆柱面形数据；进而，依据几何产品技术规范 GPS关键技术设计检验操作算子实现圆柱度的数字化评定，并参照提出圆柱度测量面形半径 误差评定指标。上述获得被测圆柱体的多个单视角面形数据的方式是通过数字光栅条纹投射测量方法来 实现，利用面阵CCD图像传感器(3)采集投射到物体上的条纹图像，经过位相求解操作得 到包含物体三维信息的绝对位相，从而依据测量系统的标定参数获得单视角的空间三维面形 数据。上所述依次获得被测圆柱体的多个单视角面形数据是利用多视角重叠扫描原理，通过分 析被测圆柱体几何特征确定相邻视角重叠区域的大小及视角数目，控制载物台(2)按照确定 的角度旋转，依次完成传感器与被测圆柱间的相对运动，从而实现各个单视角的测量。上述获得整体圆柱面形数据利用多孔径拼接技术实现，即利用相邻视角重叠区面形信息 建立相对空间位置关系，通过坐标变换将各个单视角三维面形统一于同一坐标系下，从而获得最终的整个圆柱面数据，其关键在于依据拼接数学模型进行误差求解与坐标变换的迭代操 作。一种基于多孔径拼接技术的圆柱度非接触测量系统，应用于上述的测量方法，其特征在 于包括数字光栅条纹投射系统、图像釆集系统、多视角重叠扫描机构及控制系统，这些系统 通过计算机(9)连接成一个自动的圆柱度非接触式测量系统。上述数字光栅条纹投射系统由所述计算机连接一个数字投影装置DLP构成；计算机实时 绘制模拟的余弦光栅条纹，通过数字投影装置DLP将其投射到待测物面，光栅节距和条纹频 率能够任意改变，以适应直径不同的被测零件。上述图像采集系统由一个含光学镜头的CCD连接一个图像采集卡和一个监视器组成， 所述图像采集卡连接所述计算机；采集到的图像以二进制数据文件形式存储于计算机。上述多视角重叠扫描机构及控制系统是由设置所述CCD (3)和DLP投影仪(4)的 一个传感器架(5)及一个载物台(2)构成多视角重叠扫描机构，所述传感器架(5)和载物 台(2)通过一个驱动控制器(12)和一个可编程控制器PLC (10)连接所述计算机(9)和 一个人机界面(11);传感器架(5)的调整以及载物台(2)的平动和旋转由计算机(9)通 过可编程控制器PLC (10)和驱动控制器(12)自动控制，同时，各项控制的手动操作可以 直接通过人机界面(11)触摸屏进行。本专利技术方法及系统与现有技术相比，具有以下显而易见的突出实质性特点和显著优点1、 可以实现圆柱度误差的非接触自动测量；2、利用多孔径拼接技术可以实现圆柱体整体面形的 精确测量，有效地解决了现有圆柱度测量方法中存在的采样点不足问题；3、测量系统标定引 入逆向标定策略，利用专门设计的标定板可以同时进行系统的横向和深度标定，提高了标定 的可操作性和检测精度；4、由于测量获得的是整体面形数据，可以提出新的圆柱度评定评 价指标，这将是对现有的误差评定方法及指标有效地补充；5、整个测量系统具有测量精度高， 重复性好，实现了圆柱度误差的数字化评定；6、测量装置结构简单紧凑，操作方便，自动化 程度较高，成本低，利于普及；7、该测量系统和方法还可以用于其它形位误差的测量，具有 很好的应用价值。 附图说明图1是本专利技术测量方法的工作流程图。图2是本专利技术系统的构成示意图。图3是本专利技术系统的多孔径拼接技术原理图。图4是本专利技术系统的标定原理意图。图5是图2本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于多孔径拼接技术的圆柱度非接触测量方法，其特征在于首先对测量系统进行标定，随后进行图像采集及条纹图像处理，通过控制二维图像传感器和被测圆柱体的相对运动进行重叠扫描，依次获得被测圆柱体的多个单视角面形数据；其次，基于多孔径拼接融合技术实现多视角面形数据的精确拼接，获得整体圆柱面形数据；进而，依据几何产品技术规范ＧＰＳ关键技术设计检验操作算子实现圆柱度的数字化评定，并参照提出圆柱度测量面形半径误差评定指标。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈明仪，郑鹏，郭红卫，于瀛洁，周文静，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。