[发明专利]一种二维轮廓形状的测量方法及测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及测量领域，更具体地说，涉及一种不依赖坐标的二维轮廓形状的测量方法及测量装置。

背景技术

针对一类二维外形轮廓(如平面凸轮、圆盘、法兰盘、冰刀刀刃)的测量，目前国内外的测量方法较多，其中弧度规测量方式只能得到轮廓某点的局部变形量，在连续的轮廓测量中无法准确定位每个轮廓点在另一个方向上(非局部变形量方向)的位置，从而无法进行较精确的连续的轮廓测量；三坐标测量仪及一般轮廓测量仪也可以用来测量二维轮廓，由于其自身原理的限制，当工件轮廓大于其测量范围后，便不能正确测量工件，而需重新选用量程更大的三坐标测量机，并且其体积一般比较大，便携性较差；光学比较仪采用相对测量的方法得到被测物体的轮廓尺寸，其测量同样受测量仪自身的结构尺寸的限制，而且需要标准件来作比对；光学轮廓仪利用投影等原理结合一定的处理软件得到被测物体的形状，其价格比较昂贵，对一般的测量而言非常不经济。

发明内容

本文提出了一种不依赖坐标的二维轮廓形状的测量方法并基于此方法实现了一种不依赖坐标的二维轮廓形状的测量装置，从而解决以上现有技术中存在的测量范围受测量装置的量程限制、测量准备阶段过长、测量装置体积很大及携带不便及测量装置价格昂贵等问题。

因此，首先本发明提出了一种不依赖坐标的二维轮廓形状的测量方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤a、选择被测物体二维轮廓上的某一点为测量起点；

步骤b、测量被测物体二维轮廓上各点相对所述测量起点的二维累积弧长以及该二维累积弧长对应的近似曲率；

步骤C、根据步骤a得到的二维累积弧长及其近似曲率之间的关系重构出测量物体的二维轮廓形状。

本发明提出了一种二维轮廓形状的新的测量方法，可以通过采用基于该方法实现的测量装置与被测物体轮廓之间的相对运动，得到各位置处的弧长及曲率数据，通过这两个表征曲线特性的参数重构出测量物体的轮廓形状。所述的近似曲率是指被测物体二维轮廓的某位置弯曲程度，由被测物体轮廓的局部变形量及基于该方法实现的装置的结构参数推算的，是实际位置曲率的近似值。本方法的核心是实现一种数学模型，该模型的在重构被测物体的过程中所需要的关键数据是被测物体轮廓的弧长及曲率数据，这两个数据是与坐标无关的，这样通过这两个数据可以计算出物体的轮廓形状。

其次，基于该测量方法本发明提出一种测量装置，包括：

测量模块，用于与被测物体直接接触，得到各测点的弧长及变形量；

处理模块，用于处理弧长及变形量，重构被测物体的形状，并给出相应的分析图表。

采集模块，用于测量模块与处理模块之间的接口，从测量模块获得数据，并将采集得到的数据发送给处理模块，由数据采集卡或数据采集仪器组成的。

作为一种可选方案，所述的测量模块是由第一传感组件、第二传感器、第一支架、第二支架、底座组成，所述第一支架、第二支架分别安装在所述底座两端，所述第一传感器组件安装在所述第二支架下端，所述第二传感器安装所述第一支架、第二支架之间的底座上，所述第一支架、第二支架、第二传感器均在同一水平面上；所述第一传感器组件包括角度传感器与滚轮，其中滚轮与传感器的转轴过盈连接，在测量时，所述滚轮与被测物体轮廓相接触，并沿被测物体轮廓上作无滑动滚动带动角度传感器旋转，所述角度传感器不断采样得到轮廓上各点的累积弧长值；所述第二传感器为位移传感器，用于测量各点的累积弧长对应的近似曲率。

作为另一种可选方案，所述的测量模块是由第一传感组件、第二传感器、第一支架、第二支架、底座组成，所述第一支架、第二支架分别安装在所述底座两端，所述第二传感器安装所述第一支架、第二支架之间的底座上，所述第一传感器组件安装在所述第二传感器下端，所述第一支架、第二支架、第二传感器均在同一水平面上；所述第一传感器组件包括角度传感器与滚轮，其中滚轮与传感器的转轴过盈连接，在测量时，所述滚轮与被测物体轮廓相接触，并沿被测物体轮廓上作无滑动滚动带动角度传感器旋转，所述角度传感器不断采样得到轮廓上各点的累积弧长值；所述第二传感器为位移传感器，用于测量各点的累积弧长对应的近似曲率。