本发明专利技术提供一种大型法兰现场加工铣床用法兰平面度实时测量系统及检测方法。本发明专利技术系统包括正八棱柱外壳、相机、计算机、光源和形貌反馈单元。正八棱柱外壳用于隔绝外部光照以及固定相机、光源和形貌反馈单元；计算机控制相机进行拍照；光源包括八个点光源，分别固定于刚性框架的八边形加固梁的顶点内侧，用于提供不同方向的光照；形貌反馈单元实时反映法兰表面的形貌。当铣床带动该系统在法兰表面移动时，连接在滚轮上的万向节和支撑杆随法兰表面的凹凸不平而相应发生上下移动，从而带动柔性薄膜发生形变。利用光度立体技术对形变后的柔性薄膜进行三维重建，从而实现平面度的实时测量。量。量。
【技术实现步骤摘要】
一种大型法兰现场加工铣床用法兰平面度实时测量系统及检测方法
[0001]本专利技术涉及机械加工
，具体而言，尤其涉及一种大型法兰现场加工铣床用法兰平面度实时测量系统及检测方法。
技术介绍
[0002]随着国家基础设施建设的不断推进和工业化进程的不断发展，大型工业设备的制造和安装需求不断增加，其中大型法兰作为连接管道和设备的重要零件之一，具有较大的市场需求。在大型法兰的装配过程中，法兰的平面度是决定其密封性和牢固性的关键因素。通过提高大型法兰平面度的测量精度和效率，可以辅助作业人员及时排查并修正法兰的加工误差，以提高法兰的产品质量与安装精度并降低施工过程中的安全隐患。因此，大型法兰平面度的测量技术是时下相关领域的研究热点。
[0003]目前，大型法兰的平面度测量方法主要存在两大亟待解决的问题。一是传统的大型法兰现场加工通常依赖于人工操作，而人工测量法兰平面度需要投入大量的时间和劳动力，且人为因素会进一步放大加工误差，降低了法兰质量并增大了成本。二是在传统的大型法兰加工中，常采用离线法进行法兰平面度的测量和调整，无法实时获取法兰的形貌并提前调整铣刀姿态，只能在加工完成后再测量平面度并反复加工至合格为止，大幅降低了法兰的加工效率。
[0004]综上所述，在现有大型法兰平面度的测量技术的限制下，大型法兰的现场加工不仅效率和产品质量较低，而且加工成本较高。因此，需要提出新的技术和方法来优化大型法兰平面度的测量过程，以实现大型法兰高效、实时和精确的现场加工。
技术实现思路
[0005]根据上述提出的技术问题，提供一种大型法兰现场加工铣床用法兰平面度实时测量系统及测量方法。本专利技术系统无需进行人工测量，方法简单，成本较低，可以实现实时测量且测量精度高。此外，测量速度快，效率高，在保障工人人身安全的同时，大幅降低工人劳动强度。
[0006]本专利技术采用的技术手段如下：
[0007]一种大型法兰现场加工铣床用法兰平面度实时测量系统，包括：正八棱柱外壳、相机、计算机、光源以及形貌反馈单元，其中：
[0008]所述正八棱柱外壳，用于隔绝外部光照，固定相机、光源和形貌反馈单元；
[0009]所述相机，用于采集图像；
[0010]所述计算机，用于控制相机进行拍照采集，并接收相机采集的图像，完成对图像的矫正和预处理；
[0011]所述光源，用于提供不同方向的光照；
[0012]所述形貌反馈单元，用于实时反映法兰表面的形貌。
[0013]进一步地，所述正八棱柱外壳由正八棱柱外壳顶板、八边形加固梁、刚性底板、不透光外壳和正八棱柱刚性框架组成。
[0014]进一步地，所述相机设置在正八棱柱外壳顶板的中央，且相机的光轴线保持竖直。
[0015]进一步地，所述光源包括八个点光源，其中：
[0016]八个点光源分别固定在正八棱柱刚性框架的八边形加固梁的顶点内侧；八个点光源的颜色按照红色、绿色、蓝色、红色、绿色、红色、蓝色、绿色的顺序排列；每两个点光源之间的夹角为45
°
，每个点光源与所述相机的光轴线成45
°
夹角，并且通过旋钮固定并调整方向。
[0017]进一步地，所述形貌反馈单元自上而下分别设置有柔性薄膜、刚性支撑杆、直线轴承、万向节、圆柱形刚性垫片和滚轮，其中：
[0018]滚轮和刚性支撑杆之间由万向节连接；刚性支撑杆通过直线轴承固定在正八棱柱外壳的刚性底板上的导向孔内，刚性支撑杆在刚性底板下方的部分具有轴肩，用于控制刚性支撑杆的行程；
[0019]刚性支撑杆上部固定设置有圆柱形刚性垫片，并与柔性薄膜固定连接，使得刚性支撑杆在上下移动时带动柔性薄膜发生形变。
[0020]进一步地，在所述形貌反馈单元中，当滚轮经过法兰平面上凸起或者凹陷部分时，在直线轴承的作用下，固定在正八棱柱外壳的刚性底板上的刚性支撑杆发生相应的向上或向下运动，由于固定在刚性支撑杆上的圆柱形刚性垫片与柔性薄膜固定在一起，因此，刚性支撑杆在上下移动时带动柔性薄膜发生形变。
[0021]进一步地，所述柔性薄膜的数量为1，所述柔性薄膜的大小根据所加工的法兰平面决定；所述柔性薄膜的大小决定其余零件的数量。
[0022]进一步地，在实际加工时，铣刀与大型法兰加工的法兰平面度实时测量系统之间由连接杆相连，以确保二者绕旋转轴的转速相同，且所述大型法兰加工的法兰平面度实时测量系统的位置超前于铣刀。
[0023]本专利技术还提供了一种基于上述大型法兰现场加工铣床用法兰平面度实时测量系统的检测方法，包括：
[0024]S1、在大型法兰加工前，对相机进行标定：
[0025]采集不同姿态下的完整的标定板照片至少20张，计算相机的内参、外参和畸变系数，完成相机标定；
[0026]S2、在大型法兰加工前，对光源方向进行标定：
[0027]将一个黑色高光球置于正八棱柱外壳的刚性底板上方中央，调整光源方向，依次逐个点亮八个方向的光源，每点亮一个光源，采集一张照片，共采集八张不同方向的光源的照片，计算光源方向；
[0028]S3、在大型法兰加工时，进行图像采集：
[0029]在大型法兰加工时，同时点亮8个点光源，每秒采集一张柔性薄膜的图像；
[0030]S4、对步骤S3采集的图像进行矫正和预处理：
[0031]利用所述步骤S2相机标定得到的相机内参和畸变系数对图像进行矫正；
[0032]对采集到的图像进行预处理，包括噪声去除、图像对齐和图像匹配，以保证照片数据的准确性和一致性；
[0033]S5、进行柔性薄膜形貌的三维重建，得到三维点云：
[0034]根据所述步骤S3计算出来的光源方向以及经过所述步骤S4预处理之后的图像，由光度立体技术完成柔性薄膜形貌的三维重建并得到三维点云；
[0035]S6、对所述步骤S5得到的三维点云进行曲率计算：
[0036]采用最近邻法计算点云上每个点的法向量，通过拟合平面来估计该点处的局部曲面形状；
[0037]基于法向量计算每个点的曲率，评估该点的曲面形状；
[0038]对于每个点，计算在所选相邻点范围内的所有曲率的平均值，即可得到该点的平面度。
[0039]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0040]1、本专利技术提供的大型法兰现场加工铣床用法兰平面度实时测量系统，实现了对大型法兰的实时监测，能够及时获取法兰的平面度信息。基于实时监测结果，可以根据法兰的形貌提前调整滚轮等加工设备，以实现精确的加工控制。因此，可以在加工过程中及时发现和纠正加工误差，提高法兰的质量和密封性，同时减少后续加工调整的工作量和成本。
[0041]2、本专利技术提供的大型法兰现场加工铣床用法兰平面度实时测量系统，不再依赖人工操作，通过引入自动化设备和算法，提高生产效率和加工精度，方法简单，成本较低，可以实现实时测量且测量精度高。此外，测量速度快，效率高，在保障工人人身安全的同时，大幅降低工人劳动强度。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种大型法兰现场加工铣床用法兰平面度实时测量系统，其特征在于，包括：正八棱柱外壳、相机、计算机、光源以及形貌反馈单元，其中：所述正八棱柱外壳，用于隔绝外部光照，固定相机、光源和形貌反馈单元；所述相机，用于采集图像；所述计算机，用于控制相机进行拍照采集，并接收相机采集的图像，完成对图像的矫正和预处理；所述光源，用于提供不同方向的光照；所述形貌反馈单元，用于实时反映法兰表面的形貌。2.根据权利要求1所述的大型法兰现场加工铣床用法兰平面度实时测量系统，其特征在于，所述正八棱柱外壳由正八棱柱外壳顶板(1)、八边形加固梁(2)、刚性底板(4)、不透光外壳(5)和正八棱柱刚性框架(20)组成。3.根据权利要求1所述的大型法兰现场加工铣床用法兰平面度实时测量系统，其特征在于，所述相机(3)设置在正八棱柱外壳顶板1的中央，且相机(3)的光轴线保持竖直。4.根据权利要求1所述的大型法兰现场加工铣床用法兰平面度实时测量系统，其特征在于，所述光源包括八个点光源(6)，其中：八个点光源(6)分别固定在正八棱柱刚性框架(20)的八边形加固梁(2)的顶点内侧；八个点光源(6)的颜色按照红色、绿色、蓝色、红色、绿色、红色、蓝色、绿色的顺序排列；每两个点光源(6)之间的夹角为45
°
，每个点光源(6)与所述相机(3)的光轴线成45
°
夹角，并且通过旋钮(7)固定并调整方向。5.根据权利要求1所述的大型法兰现场加工铣床用法兰平面度实时测量系统，其特征在于，所述形貌反馈单元自上而下分别设置有柔性薄膜(8)、刚性支撑杆(9)、直线轴承(10)、万向节(11)、圆柱形刚性垫片(12)和滚轮(14)，其中：滚轮(14)和刚性支撑杆(9)之间由万向节(11)连接；刚性支撑杆(9)通过直线轴承(10)固定在正八棱柱外壳的刚性底板(4)上的导向孔(13)内，刚性支撑杆(9)在刚性底板(4)下方的部分具有轴肩，用于控制刚性支撑杆(9)的行程；刚性支撑杆(9)上部固定设置有圆柱形刚性垫片(12)，并与柔性薄膜(8)固定连接，使得刚性支撑杆(9)在上下移动时带动柔性薄膜(8)发生形变。6.根据权利要求5所述的大型法兰现场加工铣床用法兰平面度实时测量系统，其特征在于，在所述形貌反馈单元中，当滚轮(14)经过法兰平面(19)上凸起或者凹陷部分时，在直线轴承(10)的作用下，...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋永欣，隋凯丽，张翔宇，张玉霞，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：
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