一种膜片刻痕深度自动测量系统及测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种膜片刻痕深度自动测量系统及测量方法，包括：测量工装，用于安装检测膜片；二维移动工作台，用于安装测量工装；二维移动工作台安装在三维光学轮廓测量仪上，连接上位机；三维光学轮廓测量仪，用于根据设定的测量镜头上、下采集高度采集测量点的三维轮廓点数据；三维光学轮廓测量仪连接上位机；上位机，用于控制二维移动工作台移动，并按照设定孔位顺序依次将每个台阶孔的起始位置对准三维光学轮廓测量仪的测量镜头；还用于对得到的数据进行处理得到每个待测膜片上每个测量点的刻痕深度。本发明专利技术有效解决了现有膜片刻痕深度测量中采用固定位置单次规划方法无法开展自动化测量的缺点。适用于大批量膜片尺寸检测及分析。及分析。及分析。

【技术实现步骤摘要】
一种膜片刻痕深度自动测量系统及测量方法


[0001]本专利技术属于光学测量
，尤其涉及一种膜片刻痕深度自动测量系统及测量方法。

技术介绍

[0002]膜片隔离阀能够实现液体火箭发动机提前加注推进剂确保无泄漏，并可实现推进剂贮存系统长期可靠密封，满足预包装要求，具有结构简单的优点。工作时，在一定的挤压力作用下破裂，使推进剂贮存单元与上下游保持畅通。
[0003]膜片隔离阀作为一次性工作阀门，在型号研制中保证膜片破裂压力在设计要求的范围内是一项关键技术。由于破裂压力的性能不可直接检测，而是通过膜片刻痕几何尺寸测量间接得来的，且膜片刻痕的形貌特征也直接影响膜片阀破裂压力的控制。因而膜片刻痕几何参数测量和形貌分析显得尤为重要了，直接影响膜片隔离阀的特性。
[0004]目前对于膜片刻痕深度和底部形貌的测量主要是采用人工的方法，9片产品通常需要540步操作，人工测量劳动强度大；同时，测量结果依赖操作人员的熟练程度，容易出现错误。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种膜片刻痕深度自动测量系统及测量方法，以解决现有膜片刻痕测量方法存在的劳动强度大且准确性不高的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一方面，本专利技术提供一种膜片刻痕深度自动测量系统，包括：测量工装，用于安装检测膜片；所述测量工装包括下部开口的箱体和L型限位板，所述箱体的顶板均匀开有多个台阶孔，用于安装待检测膜片；每个台阶孔周围的箱体顶板上表面上开有三条定位刻线，它们分别用于标识和对齐待检测膜片刻痕开口两端以及刻痕中点在台阶孔位定位的对应位置；所述L型限位板固定在二维移动工作台上，用于定位箱体在二维移动工作台上的位置；二维移动工作台，用于安装测量工装；所述二维移动工作台安装在三维光学轮廓测量仪上，连接上位机；三维光学轮廓测量仪，用于根据设定的测量镜头上、下采集高度采集测量点的三维轮廓点数据；所述三维光学轮廓测量仪连接上位机；上位机，用于控制二维移动工作台移动，并按照设定孔位顺序依次将每个台阶孔的起始位置对准三维光学轮廓测量仪的测量镜头；对于每个孔位，当该孔位的起始位置对准测量镜头时，控制二维移动工作台移动，按照预设的测量点顺序使得该孔位上的待测膜片的每个测量点依次对准测量镜头，得到所有孔位上待测膜片的全部测量点位置附近的三维轮廓点数据；另外还用于对得到的数据进行处理得到每个待测膜片上每个测量点的刻痕深度。
[0007]进一步的，所述测量工装的台阶孔为通孔。
[0008]另一方面，本专利技术提供一种膜片刻痕深度自动测量方法，该方法基于上述本专利技术的膜片刻痕深度自动测量系统，具体包括如下步骤：步骤1，将所有待检测膜片安装在测量工装上，将测量工装安装在二维移动工作台上，二维移动工作台安装在三维光学轮廓测量仪上；将三维光学轮廓测量仪和二维移动工作台均连接上位机；步骤2，通过上位机将设定的测量镜头上、下采集高度输入三维光学轮廓测量仪；上位机控制二维移动工作台移动，按照设定孔位顺序依次将每个台阶孔的起始位置对准三维光学轮廓测量仪的测量镜头；对于每个孔位，当该孔位的起始位置对准测量镜头时，上位机控制二维移动工作台移动，按照预设的测量点顺序使得该孔位上的待测膜片的每个测量点依次对准测量镜头；当移动到任一测量点时，上位机启动三维光学轮廓测量仪根据设定的测量镜头上、下采集高度进行当前测量点的三维轮廓点数据采集；从而得到所有孔位上待测膜片的全部测量点位置附近的三维轮廓点数据；步骤3，根据步骤2得到的每个待测膜片的每个测量点位置的三维轮廓点数据，根据垂直于刻痕方向的截线创建规则找到每个测量点对应的长度最短的保留点连线对应的截交线，将其与该测量点的三维轮廓点数据求交集，得到当前测量点的垂直刻痕的二维轮廓线的点数据，从而得到所有待测膜片的全部测量点的垂直刻痕的二维轮廓线的点数据；步骤4，遍历所有待测膜片的每个测量点，按照步骤3得到每个测量点位置的垂直于刻痕的二维轮廓线点数据，确定当前测量点的刻痕深度；步骤5，检测底部刻痕缺陷。
[0009]进一步的，步骤2中，所述设定孔位顺序为Z形；所述设定测量点顺序：依次移动到待测膜片的第三位置、第一位置、第二位置、第四位置和第五位置，其中，第一位置和第五位置距离待测膜片的刻痕开口2
‑
3mm，第三位置位于刻痕的中间点处，第二位置位于第一位置和第三位置的中间点处，第四位置位于第二位置和第五位置的中间点处。
[0010]进一步的，步骤3中，所述得到当前测量点的垂直刻痕的二维轮廓线的点数据包括如下子步骤：步骤31，拾取当前待测膜片的每个测量点位置的三维轮廓对应图像的对角点位置的二维坐标；保持一个角点不动，将另一个角点沿该图像水平/垂直方向按照步进固定值相对移动，创建每个测量点位置的三维轮廓的一系列截交线；步骤32，将步骤31得到的所有截交线与该测量点位置的三维轮廓点数据求交集，得到当前测量点位置的多组二维轮廓线点数据，其中每个截交线分别对应一组二维轮廓线点数据；步骤33，对当前测量点位置的每组二维轮廓线点数据进行分割，得到修正后的二维轮廓线点数据；基于修正后的二维轮廓线点数据，计算每组对应的二维轮廓线长度；将每组的修正后的二维轮廓点数据从头到尾依次连线，将连线总长度定义为二维轮廓线长度；步骤34，比较步骤33得到的当前测量点的所有组对应的二维轮廓线长度，找到长度最短的二维轮廓线对应的截交线，作为当前测量点的垂直于刻痕方向的截交线；步骤35，将步骤34获得的当前测量点位置的截交线对应的点集与步骤2得到的当前测量点位置三维轮廓点数据求交集，得到当前测量点位置的垂直于刻痕的二维轮廓线点
数据集；步骤36，重复步骤31
‑
35，得到所有待测膜片的每个测量点位置的垂直于刻痕的二维轮廓线点数据。
[0011]进一步的，步骤33中，对当前测量点位置的每组二维轮廓线点数据进行分割的过程为：将当前组二维轮廓线点数据采用RANSAC分割，按照距离阈值小于3μm的点判定的局内点拟合得到平面P0，以平面P0为基准去除该二维轮廓数据中与平面P0距离小于5μm的点，得到当前二维轮廓线点的保留点，即得到修正后的二维轮廓线点数据。
[0012]进一步的，步骤4包括如下子步骤：步骤41，分割刻痕上下面轮廓点数据，操作如下：（1）计算二维轮廓线点数据集的方向矢量D，计算公式如下：其中，P
i
为由步骤35得到当前测量点的垂直刻痕的二维轮廓线点数据集中第i个点的坐标矢量，为点集的中心，m为点集的点数据个数；（2）按步骤（1）的公式得到的方向矢量D，采用主成分分析法提取步骤35得到当前测量点位置的垂直于刻痕的二维轮廓线点数据集的主方向；计算点数据集中每个点与的连线与该主方向的夹角，将夹角小于10度的点组合为点集Q
j
，并对点集Q
j
中的所有点按照y
j
从大到小进行排列；（3）设定最小点数百分比阈值为0.7，对步骤（2）得到的点集Q
i
，以为条件依次过滤掉Q
i
中的散点，得到过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种膜片刻痕深度自动测量系统，其特征在于，包括：测量工装，用于安装检测膜片；所述测量工装包括下部开口的箱体和L型限位板，所述箱体的顶板均匀开有多个台阶孔，用于安装待检测膜片；每个台阶孔周围的箱体顶板上表面上开有三条定位刻线，它们分别用于标识和对齐待检测膜片刻痕开口两端以及刻痕中点在台阶孔位定位的对应位置；所述L型限位板固定在二维移动工作台上，用于定位箱体在二维移动工作台上的位置；二维移动工作台，用于安装测量工装；所述二维移动工作台安装在三维光学轮廓测量仪上，连接上位机；三维光学轮廓测量仪，用于根据设定的测量镜头上、下采集高度采集测量点的三维轮廓点数据；所述三维光学轮廓测量仪连接上位机；上位机，用于控制二维移动工作台移动，并按照设定孔位顺序依次将每个台阶孔的起始位置对准三维光学轮廓测量仪的测量镜头；对于每个孔位，当该孔位的起始位置对准测量镜头时，控制二维移动工作台移动，按照预设的测量点顺序使得该孔位上的待测膜片的每个测量点依次对准测量镜头，得到所有孔位上待测膜片的全部测量点位置附近的三维轮廓点数据；另外还用于对得到的数据进行处理得到每个待测膜片上每个测量点的刻痕深度。2.如权利要求1所述的膜片刻痕深度自动测量系统，其特征在于，所述测量工装的台阶孔为通孔。3.一种膜片刻痕深度自动测量方法，其特征在于，该方法基于权利要求1或2所述的膜片刻痕深度自动测量系统，具体包括如下步骤：步骤1，将所有待检测膜片安装在测量工装上，将测量工装安装在二维移动工作台上，二维移动工作台安装在三维光学轮廓测量仪上；将三维光学轮廓测量仪和二维移动工作台均连接上位机；步骤2，通过上位机将设定的测量镜头上、下采集高度输入三维光学轮廓测量仪；上位机控制二维移动工作台移动，按照设定孔位顺序依次将每个台阶孔的起始位置对准三维光学轮廓测量仪的测量镜头；对于每个孔位，当该孔位的起始位置对准测量镜头时，上位机控制二维移动工作台移动，按照预设的测量点顺序使得该孔位上的待测膜片的每个测量点依次对准测量镜头；当移动到任一测量点时，上位机启动三维光学轮廓测量仪根据设定的测量镜头上、下采集高度进行当前测量点的三维轮廓点数据采集；从而得到所有孔位上待测膜片的全部测量点位置附近的三维轮廓点数据；步骤3，根据步骤2得到的每个待测膜片的每个测量点位置的三维轮廓点数据，根据垂直于刻痕方向的截线创建规则找到每个测量点对应的长度最短的保留点连线对应的截交线，将其与该测量点的三维轮廓点数据求交集，得到当前测量点的垂直刻痕的二维轮廓线的点数据，从而得到所有待测膜片的全部测量点的垂直刻痕的二维轮廓线的点数据；步骤4，遍历所有待测膜片的每个测量点，按照步骤3得到每个测量点位置的垂直于刻痕的二维轮廓线点数据，确定当前测量点的刻痕深度；步骤5，检测底部刻痕缺陷。4.如权利要求3所述的膜片刻痕深度自动测量方法，其特征在于，步骤2中，所述设定孔位顺序为Z形；所述设定测量点顺序：依次移动到待测膜片的第三位置（3）、第一位置（1）、第
二位置（2）、第四位置（4）和第五位置（5），其中，第一位置（1）和第五位置（5）距离待测膜片的刻痕开口2
‑
3mm，第三位置（3）位于刻痕的中间点处，第二位置（2）位于第一位置（1）和第三位置（3）的中间点处，第四位置（4）位于第二位置（2）和第五位置（5）的中间点处。5.如权利要求3所述的膜片刻痕深度自动测量方法，其特征在于，步骤3中，所述得到当前测量点的垂直刻痕的二维轮廓线的点数据包括如下子步骤：步骤31，拾取当前待测膜片的每个测量点位置的三维轮廓对应图像的对角点位置的二维坐标；保持一个角点不动，将另一个角点沿该图像水平/垂直方向按照步进固定值相对移动，创建每个测量点位置的三维轮廓的一系列截交线；步骤32，将步骤31得到的所有截交线与该测量点位置的三维轮廓点数据求交集，得到当前测量点位置的多组二维轮廓线点数据，其中每个截交线分别对应一组二维轮廓线点数据；步骤33，对当前测量点位置的每组二维轮廓线点数据进行分割，得到修正后的二维轮廓线点数据；基于修正后的二维轮廓线点数据，计算每组对应的二维轮廓线长度；将每组的修正后的二维轮廓点数据从头到尾依次连线，将连线总长度定义为二维轮廓线长度；步骤34，比较步骤33得到的当前测量点的所有组对应的二维轮廓线长度，找到长度最短的二维轮廓线对应的截交线，作为当前测量点的垂直于刻痕方向的截交线；步骤35，将步骤34获得的当...

【专利技术属性】
技术研发人员：张彦彦，苏晨，李彤，邓瑞娜，张香妮，田敏，邓锦荣，
申请(专利权)人：西安航天动力研究所，
类型：发明
国别省市：