薄板件装配偏差在线测量方法技术

本发明专利技术涉及一种薄板件装配偏差在线测量方法，基于傅里叶变换轮廓术的测量平台设置在装配平台上方，放置并将参考面调节至水平；根据所需相机视场调节相机和投影仪调整成满足傅里叶变换轮廓术的原理的位置；拍摄标定板标定；拍摄参考面条纹；放置标准件，拍摄标准件用于相位和高度的系统标定；取下参考面和标准件，拍摄薄板装配前后的条纹；求解装配前后的薄板轮廓数据，得到薄板装配偏差，从而实现薄板装配偏差的在线测量。本发明专利技术的测量系统方法简单，成本低且适用广泛。

【技术实现步骤摘要】
薄板件装配偏差在线测量方法
本专利技术涉及光学测量
，尤其是一种薄板件装配偏差在线测量方法。
技术介绍
近年来，随着科学技术的发展和工业水平的提高，以加工制造装配为主的不同行业，例如模具制造、汽车船舶以及航空航天等，对大尺寸、高精度三维外形轮廓测量技术和在线测量装配误差技术提出了越来越高的要求。基于机器视觉理论的视觉测量系统因具有非接触、成本低、效率高、自动化程度高以及测量精度高等优点，在薄板件尺寸和装配偏差测量方面获得了广泛的应用，而傅里叶变换轮廓术可以利用较少的采集照片较快的重构出物体三维轮廓。传统利用傅里叶变换轮廓术原理设计的视觉测量系统有光笔式视觉测量系统、基于三坐标测量机的机构光扫描测量系统和3D扫描仪，前两者只能做到点测量，测量效率低，后者价格昂贵，所以如何使用简单设备完成薄板装配偏差在线测量还缺少系统的测量方法。
技术实现思路
本专利技术提供了一种薄板件装配偏差在线测量方法，基于傅里叶变换轮廓术原理，利用相机和投影仪等简单设备完成测量，使用方便，成本低。本专利技术采用的技术方案如下：S1：在装配平台上方安装基于傅里叶变换轮廓术的测量平台，在所述测量平台上安装相机和投影仪；S2：将参考面通过定位夹具固定在装配平台的装配位置，调节参考面至水平；S3：根据装配薄板所需的相机视场，调节相机和投影仪的位置，并设定合适的投影仪的投影条纹周期；S4：将相机和投影仪调整成满足傅里叶变换轮廓术原理的位置；S5：在参考面上放置标定板，拍摄标定板进行标定；S6：取下标定板，采集参考面π相移前、后的条纹照片，作为后续求解薄板相位差的参考基准；S7：在参考面上放置标准件，采集标准件π相移前、后的条纹照片；建立并求解出被测物体相对于所述参考面的相位差与高度的关系通式；S8：取下标准件和参考面，将待测薄板通过所述定位夹具固定在装配平台的确定位置上，然后采集装配前薄板π相移前、后的条纹照片，得出装配前薄板相对于参考面的相位差；S9：将S8中固定好的薄板进行装配、部分解除薄板与所述定位夹具间的连接，即确保薄板的确定性定位，又避免过定位，然后采集装配后薄板的π相移前、后的条纹照片，得出装配后薄板相对于参考面的相位差；S10：利用S7中的相位差与高度的关系通式，通过S8和S9中的相位差，分别求得薄板装配前、后的轮廓数据，求解得到薄板的装配偏差。其进一步技术方案为：所述S4中，调整相机和投影仪满足傅里叶变换轮廓术的三个约束条件：相机光轴MO与参考面垂直、相机光心M与投影仪光心N连线平行于参考面、相机光轴MO与投影仪光轴NO相交于参考面上一点。所述S7中，所述标准件采用至少两个高度不同的标准四棱柱；拍摄所述至少两个标准四棱柱π相移前和π相移后的条纹照片，求出所述至少两个标准四棱柱的相位差；物体表面高度h(x，y)与物体表面相位差之间的映射关系如下：式中，l为相机光心M与投影仪光心N连线到参考面的距离，d为相机光心M与投影仪光心N的距离，f0为光栅空间频率；引入两个参数C1(x，y)、C2(x，y)，将式写为：根据所采集到的条纹照片，将求出的所述至少两个标准四棱柱的相位差，带入式(2)中，可得高度与相位差的关系式：所述S2中，所述定位夹具采用定位角铁，其顶端设有紧固用通孔，底端固定在所述装配平台上；使用所述定位角铁将参考面固定在装配平台上的薄板装配位置处，通过装配平台上设置的支撑柱调节参考面至水平。所述S8中，取下标准件和参考面，将需要装配成一体的至少两块薄板分别利用紧固件固定连接在对应的所述支撑角铁上，拍摄薄板装配前的π相移前和π相移后的条纹照片，获得装配前薄板的相对于所述参考面的相位差；所述S9中，将两块薄板相互紧固连接、保证确定性定位的前提下释放部分所述紧固件，取下支撑在所述薄板底部的支撑柱后，得到释放后的装配体，然后采集装配后薄板装配体的π相移前、后的条纹照片。所述S10中，通过薄板装配前、后的相位差，带入所述相位差与高度的关系通式，获得装配前、后薄板的轮廓数据，即装配前、后薄板表面的三维点云数据，将装配前、后对应的高度值相减求得薄板装配偏差。所述S8中，将薄板固定在定位夹具上，保证薄板与S7中参考面所在的水平位置一致，实现参考面和被测薄板在一定范围内相位连续。所述S5中，将带有棋盘格的所述标定板放置在所述参考面上，拍摄一组不同位置的多张标定照片，使用软件完成标定。本专利技术的有益效果如下：本专利技术的薄板件装配偏差在线测量方法，基于傅里叶变换轮廓术原理，将π相移法与傅里叶变换轮廓术相结合，减小了拍摄现场背景光的影响。本专利技术采用装配前后薄板的变形条纹获得薄板轮廓点云数据，实现了装配偏差结果的可视化。本专利技术利用相机和投影仪等简单设备完成测量，采用的测量方法硬件容易搭建，需要拍摄照片较少，使用方便，成本低，薄板轮廓恢复时间快，提高了测量效率。本专利技术的参考面的放置拍摄和取下巧妙的解决了装配干涉及傅里叶变换轮廓术相位连续的问题。附图说明图1为本专利技术薄板装配偏差在线测量平台结构示意图。图2为本专利技术参考面调整状态的结构示意图。图3为本专利技术条纹投影三维测量物体表面高度原理示意图。图4为本专利技术棋盘格标定板拍摄状态的结构示意图。图5为本专利技术标准四棱柱拍摄状态的结构示意图。图6为本专利技术第一薄板和第二薄板放置后拍摄状态的结构示意图。图7为本专利技术第一薄板和第二薄板装配释放后拍摄状态的结构示意图。图8为本专利技术测量方法的流程图。图中：1、测量平台；2、相机；3、投影仪；4、装配平台；5、支撑角铁；6、支撑柱；7、参考面；8、标定板；10、高度为45mm的标准四棱柱；11、高度为25mm标准四棱柱；12、第一薄板；13、第二薄板；P1、第一位置；P2、第二位置；P3、第三位置；P4、第四位置；14、装配孔。具体实施方式以下结合附图说明本专利技术的具体实施方式。如图8所示，本实施例的一种薄板件装配偏差在线测量方法，按以下步骤进行的：S1：如图1所示，将基于傅里叶变换轮廓术的测量平台1搭建好，初步安装相机2和投影仪3的位置使其大致满足傅里叶变换轮廓术的约束原理，根据装配平台4上面四个确定薄板位置的固定定位用的支撑角铁5和可调整高度的支撑柱6的位置，将测量装配1放置在装配平台4上方的合适位置，使得装配工作的空间在相机视场内；S2：测量平台1初步搭建完成后，如图2所示，将参考面7放置在装配位置上，调节支撑柱6使得参考面7处于水平位置，水平位置的测量使用水平仪测量；具体地，装配平台4上设有相应的安装孔，调节支撑柱6底部插入到安装孔中，可通过螺纹配合，调节高度。S3：由于相机的视场越小测量的精度就越高，所以相机视场要在能够拍摄到装配薄板目标区域的情况下尽可能的小，根据以上原理调节相机，调节投影仪3和相机2差不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种薄板件装配偏差在线测量方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：在装配平台(4)上方安装基于傅里叶变换轮廓术的测量平台(1)，在所述测量平台(1)上安装相机(2)和投影仪(3)；/nS2：将参考面(7)通过定位夹具固定在装配平台(4)的装配位置，调节参考面(7)至水平；/nS3：根据装配薄板所需的相机视场，调节相机(2)和投影仪(3)的位置，并设定合适的投影仪(3)的投影条纹周期；/nS4：将相机(2)和投影仪(3)调整成满足傅里叶变换轮廓术原理的位置；/nS5：在参考面(7)上放置标定板(8)，拍摄标定板(8)进行标定；/nS6：取下标定板(8)，采集参考面(7)π相移前、后的条纹照片，作为后续求解薄板相位差的参考基准；/nS7：在参考面(7)上放置标准件，采集标准件π相移前、后的条纹照片；建立并求解出被测物体相对于所述参考面(7)的相位差与高度的关系通式；/nS8：取下标准件和参考面(7)，将待测薄板通过所述定位夹具固定在装配平台(4)的确定位置上，然后采集装配前薄板π相移前、后的条纹照片，得出装配前薄板相对于参考面(7)的相位差；/nS9：将S8中固定好的薄板进行装配、部分解除薄板与所述定位夹具间的连接，确保薄板的确定性定位，然后采集装配后薄板的π相移前、后的条纹照片，得出装配后薄板相对于参考面(7)的相位差；/nS10：利用S7中的相位差与高度的关系通式，通过S8和S9中所得相位差，分别求得薄板装配前、后的轮廓数据，求解得到薄板的装配偏差。/n...

【技术特征摘要】
1.一种薄板件装配偏差在线测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在装配平台(4)上方安装基于傅里叶变换轮廓术的测量平台(1)，在所述测量平台(1)上安装相机(2)和投影仪(3)；
S2：将参考面(7)通过定位夹具固定在装配平台(4)的装配位置，调节参考面(7)至水平；
S3：根据装配薄板所需的相机视场，调节相机(2)和投影仪(3)的位置，并设定合适的投影仪(3)的投影条纹周期；
S4：将相机(2)和投影仪(3)调整成满足傅里叶变换轮廓术原理的位置；
S5：在参考面(7)上放置标定板(8)，拍摄标定板(8)进行标定；
S6：取下标定板(8)，采集参考面(7)π相移前、后的条纹照片，作为后续求解薄板相位差的参考基准；
S7：在参考面(7)上放置标准件，采集标准件π相移前、后的条纹照片；建立并求解出被测物体相对于所述参考面(7)的相位差与高度的关系通式；
S8：取下标准件和参考面(7)，将待测薄板通过所述定位夹具固定在装配平台(4)的确定位置上，然后采集装配前薄板π相移前、后的条纹照片，得出装配前薄板相对于参考面(7)的相位差；
S9：将S8中固定好的薄板进行装配、部分解除薄板与所述定位夹具间的连接，确保薄板的确定性定位，然后采集装配后薄板的π相移前、后的条纹照片，得出装配后薄板相对于参考面(7)的相位差；
S10：利用S7中的相位差与高度的关系通式，通过S8和S9中所得相位差，分别求得薄板装配前、后的轮廓数据，求解得到薄板的装配偏差。


2.根据权利要求1所述的薄板件装配偏差在线测量方法，其特征在于，所述S4中，调整相机(2)和投影仪(3)满足傅里叶变换轮廓术的三个约束条件：相机光轴MO与参考面(7)垂直、相机光心M与投影仪光心N连线平行于参考面(7)、相机光轴MO与投影仪光轴NO相交于参考面(7)上一点。


3.根据权利要求2所述的薄板件装配偏差在线测量方法，其特征在于，所述S7中，所述标准件采用至少两个高度不同的标准四棱柱；拍摄所述至少两个标准四棱柱π相移前和π相移后的条纹照片，求出所述至少两个标准四棱柱的相位差；建立物体表面高度h(x，y)与物体表面相位差之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗晨，徐超，周怡君，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32