基于多维度大圆投影中心合一的大型高速回转装备转子球面轮廓测量方法技术

基于多维度大圆投影中心合一的大型高速回转装备转子球面轮廓测量方法，属于精密测量与仪器技术领域；该方法包括以下步骤：通过调整上摆台(3)、下摆台(2)、回转台(1)改变被测球(7)到不同位姿处，远心背光光源(8)投射光束至被测球(7)表面，通过远心镜头(6)在相机(5)中成像，获得对应位置大圆投影图像；进行滤波处理和边缘数据提取，得到边缘数据点集，拟合大圆轮廓，得到大圆圆心；将所有大圆的边缘数据点集进行坐标变换，获得整个球面轮廓数据；进行球面轮廓拟合和参数评定，获得球面轮廓测量结果；本发明专利技术实现了球面轮廓多维度测量，避免了调整环节多、对心困难的问题，提高了球面轮廓测量精度。廓测量精度。廓测量精度。

【技术实现步骤摘要】
基于多维度大圆投影中心合一的大型高速回转装备转子球面轮廓测量方法


[0001]本专利技术属于精密测量与仪器
，特别涉及一种基于多维度大圆投影中心合一的大型高速回转装备转子球面轮廓测量方法。

技术介绍

[0002]转子是大型高速回转装备中的关键部件，广泛应用于航空航天、仪器仪表等领域。在机械系统中，转子的球面轮廓误差会造成干扰力矩，从而引起不同程度的振动，导致精密元件的导向精度降低，直接影响设备的使用性能，因此，现代工艺对转子球面轮廓的测量精度要求越来越高。随着转子需求量日益增多，对球面轮廓测量效率的要求也不断提高。因此，开展球面轮廓精密测量方法研究，对球面轮廓信息进行准确评定，对于提升系统的整体性能有着重要的作用。
[0003]目前较为常用的球面轮廓测量方法是利用接触式传感器进行测量。接触式测量方法大多为断续测量，单圈测量点数少，且由于受接触式测头影响，通常仅能测量上半球面，使得测量精度不能满足球面轮廓测量需求。加之接触式测量仪器存在工作效率低、测头易磨损和易损伤被测工件表面等缺点，难以满足实际生产中对大型高速回转装备转子的测量需求。
[0004]文献(Liu F,Xu G,Zhang Q,et al.An intersecting chord method for minimum circumscribed sphere and maximum inscribed sphere evaluations of sphericity error[J].Meas.Sci.Technol.26(2015)115005.)采用了三坐标机对高速车削中心加工的球台进行实际测量，采用了交叉法评定整体的球面轮廓。
[0005]专利CN114152236A“一种基于球坐标球面轮廓仪的高精度球面轮廓测量方法”，提出了一种基于球坐标球面轮廓仪的高精度球面轮廓测量方法。调节辅助对心装置上的标准圆柱体的回转轴线与卧式主轴回转轴线同轴；利用辅助对心装置使非接触式位移传感器测量轴线与高精度卧式主轴回转轴线垂直相交；换成被测球，根据路径规划即可测量球体的经、纬线、或任意路径的数据。该方法实现了高精度球坐标球面轮廓仪空间三维方向的对心，但在测量时需要多次调节辅助对心装置，调整复杂，操作繁琐，耗时较长。
[0006]综合分析以上方法，已有球面轮廓测量方法仍存在很大的局限性。大多接触测量方法的测量精度不能完全满足精密球面轮廓测量的测量需求。球坐标测量方法理论上有更高的精度，但在实际操作过程中，存在调整环节多，对心困难等问题，极大地影响了球面轮廓测量精度与效率。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的问题，本专利技术公开了一种基于多维度大圆投影中心合一的大型高速回转装备转子球面轮廓测量方法。该方法通过上摆台、下摆台和回转台调整被测球位姿，同时采用远心背光成像技术测得多维度球面大圆图像数据，对采集到的多维度球面
大圆图像数据进行处理，得到被测球的球面轮廓测量结果。本专利技术通过背光成像和多维度大圆中心对齐的方法，提高了球面轮廓测量精度，同时避免了调整环节多、对心困难导致测量效率低的问题。
[0008]本专利技术的技术方案是：
[0009]一种基于多维度大圆投影中心合一的大型高速回转装备转子球面轮廓测量方法，该方法包括以下步骤：
[0010]1)将下摆台置于回转台的中心，上摆台置于下摆台的中心，球座置于上摆台的中心，被测球固定于球座上；
[0011]2)首先，上摆台带动被测球绕上摆台的摆轴摆动到角度α1的位置；然后，下摆台带动被测球绕下摆台的摆轴摆动到角度β1的位置；接着，回转台带动被测球绕回转台的转轴依次旋转到角度γ1，γ2，γ3，
…
，γ
Q
的位置，Q为整数；远心背光光源投射光束至被测球的表面，通过远心镜头在相机中成像，并分别在γ1，γ2，γ3，
…
，γ
Q
位置进行测量采样，获得测量数据组P1×1×
k
，k＝1,2,
…
,Q；
[0012]3)上摆台保持在角度α1的位置不动，下摆台带动被测球绕下摆台的摆轴摆动到角度β2的位置；回转台带动被测球绕回转台的转轴依次旋转到角度γ1，γ2，
…
，γ
Q
的位置；远心背光光源投射光束至被测球的表面，通过远心镜头在相机中成像，并分别在γ1，γ2，γ3，
…
，γ
Q
位置进行测量采样，获得测量数据组P1×2×
k
，k＝1,2,
…
,Q；
[0013]4)上摆台保持在角度α1的位置，下摆台带动被测球绕下摆台的摆轴依次摆动到角度β3，β4，
…
，β
N
的位置，N为整数；回转台带动被测球绕回转台的转轴依次旋转到角度γ1，γ2，
…
，γ
Q
的位置；远心背光光源投射光束至被测球的表面，通过远心镜头在相机中成像，并分别在对应位置进行测量采样，获得测量数据组P1×
j
×
k
，j＝3,4,
…
,N，k＝1,2,
…
,Q；
[0014]5)采用步骤2)至步骤4)相似方法，上摆台带动被测球绕上摆台的摆轴摆动到角度α2的位置；下摆台带动被测球绕下摆台的摆轴依次摆动到角度β1，β2，
…
，β
N
的位置；回转台带动被测球绕回转台的转轴依次旋转到角度γ1，γ2，
…
，γ
Q
的位置；远心背光光源投射光束至被测球表面，通过远心镜头在相机中成像，并分别在对应位置进行测量采样，获得测量数据组P2×
j
×
k
，j＝1,2,
…
,N，k＝1,2,
…
,Q；
[0015]6)上摆台带动被测球绕上摆台的摆轴依次摆动到角度α3，α4，
…
，α
M
的位置，M为整数；下摆台带动被测球绕下摆台的摆轴依次摆动到角度β1，β2，
…
，β
N
的位置；回转台带动被测球绕回转台的转轴依次旋转到角度γ1，γ2，
…
，γ
Q
的位置；远心背光光源投射光束至被测球表面，通过远心镜头在相机中成像，并分别在对应位置进行测量采样，获得测量数据组P
i
×
j
×
k
，i＝3,4,
…
,M，j＝1,2,
…
,N，k＝1,2,
…
,Q；
[0016]7)通过步骤2)至步骤6)，共测得M
×
N
×
Q组球面大圆图像数据，球面大圆图像数据处于yoz平面上；
[0017]8)对采集到的球面大圆图像数据进行滤波处理；
[0018]9)对滤波后的球面大圆图像数据进行边缘数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多维度大圆投影中心合一的大型高速回转装备转子球面轮廓测量方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：1)将下摆台(2)置于回转台(1)的中心，上摆台(3)置于下摆台(2)的中心，球座(4)置于上摆台(3)的中心，被测球(7)固定于球座(4)上；2)首先，上摆台(3)带动被测球(7)绕上摆台(3)的摆轴(A)摆动到角度α1的位置；然后，下摆台(2)带动被测球(7)绕下摆台(2)的摆轴(B)摆动到角度β1的位置；接着，回转台(1)带动被测球(7)绕回转台(1)的转轴(C)依次旋转到角度γ1，γ2，γ3，
…
，γ
Q
的位置，Q为整数；远心背光光源(8)投射光束至被测球(7)的表面，通过远心镜头(6)在相机(5)中成像，并分别在γ1，γ2，γ3，
…
，γ
Q
位置进行测量采样，获得测量数据组P1×1×
k
，k＝1,2,
…
,Q；3)上摆台(3)保持在角度α1的位置不动，下摆台(2)带动被测球(7)绕下摆台(2)的摆轴(B)摆动到角度β2的位置；回转台(1)带动被测球(7)绕回转台(1)的转轴(C)依次旋转到角度γ1，γ2，
…
，γ
Q
的位置；远心背光光源(8)投射光束至被测球(7)的表面，通过远心镜头(6)在相机(5)中成像，并分别在γ1，γ2，γ3，
…
，γ
Q
位置进行测量采样，获得测量数据组P1×2×
k
，k＝1,2,
…
,Q；4)上摆台(3)保持在角度α1的位置，下摆台(2)带动被测球(7)绕下摆台(2)的摆轴(B)依次摆动到角度β3，β4，
…
，β
N
的位置，N为整数；回转台(1)带动被测球(7)绕回转台(1)的转轴(C)依次旋转到角度γ1，γ2，
…
，γ
Q
的位置；远心背光光源(8)投射光束至被测球(7)的表面，通过远心镜头(6)在相机(5)中成像，并分别在对应位置进行测量采样，获得测量数据组P1×
j
×
k
，j＝3,4,
…
,N，k＝1,2,
…
,Q；5)采用步骤2)至步骤4)相似方法，上摆台(3)带动被测球(7)绕上摆台(3)的摆轴(A)摆动到角度α2的位置；下摆台(2)带动被测球(7)绕下摆台(2)的摆轴(B)依次摆动到角度β1，β2，
…
，β
N
的位置；回转台(1)带动被测球(7)绕回转台(1)的转轴(C)依次旋转到角度γ1，γ2，
…
，γ
Q
的位置；远心背光光源(8)投射光束至被测球(7)表面，通过远心镜头(6)在相机(5)中成像，并分别在对应位置进行测量采样，获得测量数据组P2×
j
×
k
，j＝1,2,
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,N，k＝1,2,
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,Q；6)上摆台(3)带动被测球(7)绕上摆台(3)的摆轴(A)依次摆动到角度α3，α4，
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的位置；回转台(1)带动被测球(7)绕回转台(1)的转轴(C)依次旋转到角度γ1，γ2，
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Q
的位置；远心背光光源(8)投射光束至被测球(7)表面，通过远心镜头(6)在相机(5)中成像，并分别在对应位置进行测量采样，获得测量数据组P
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×
j
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…
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…
,Q；7)通过步骤2)至步骤6)，共测得M
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Q组球面大圆图像数据，球面大圆图像数据处于yoz平面上；8)对采集到的球面大圆图像数据进行滤波处理；9)对滤波后的球面大圆图像数据进行边缘数据提取，得到边缘数据点集，拟合出球面大圆轮廓，得到球面大圆的圆心E1，E2，
…
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×
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【专利技术属性】
技术研发人员：黄景志，连冬杉，杨润泽，刘永猛，谭久彬，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：