[发明专利]一种测量刻型线三维位置的测量方法有效

申请号：	201610810460.X	申请日：	2016-09-08
公开（公告）号：	CN106247940B	公开（公告）日：	2018-06-08
发明（设计）人：	刘巍;兰志广;张洋;杨帆;高鹏;马建伟;贾振元	申请（专利权）人：	大连理工大学
主分类号：	G01B11/00	分类号：	G01B11/00
代理公司：	大连理工大学专利中心 21200	代理人：	关慧贞
地址：	116024 辽***	国省代码：	辽宁;21
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摘要：	本发明一种测量刻型线三维位置的测量方法属于激光测量技术领域，涉及一种测量刻型线三维位置的测量方法。该方法采用线激光进行测量，首先组建复合式线激光测量系统，通过悬吊式安装方式将线激光器测量系统安装在刻型机主轴侧面，通过标准靶球对线激光器坐标系和机床坐标系进行标定，得到坐标转换关系；采集测量数据，并对数据进行处理，提取其刻型线中心位置坐标，得到刻型线的三维位置。该方法位姿调节方便，安装测量系统时不破坏机床原有结构，拆卸方便。测量时间短，效率高，能精确测量刻型线的位置，解决了原有技术测量不方便，测量在位时间长等缺点，能够满足一般刻型线三维位置测量要求。
搜索关键词：	测量三维位置测量系统线激光采集测量数据激光测量技术激光器坐标系三维位置测量中心位置坐标坐标转换关系机床坐标系悬吊式安装安装测量拆卸方便技术测量位姿调节线激光器复合式标定靶球对线在位机床侧面组建
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【主权项】：

一种测量刻型线三维位置的测量方法，其特性是，该方法采用线激光进行测量，首先组建复合式线激光测量系统，通过悬吊式安装方式将线激光器测量系统安装在刻型机主轴侧面，然后通过标准靶球对线激光器坐标系和机床坐标系进行标定，得到坐标转换关系；采集测量数据，并对数据进行处理，提取其刻型线中心位置坐标，得到刻型线的三维位置；方法的具体步骤如下：第一步安装刻型线三维位置测量系统采用悬吊式将测量系统安装在主轴头侧面，测量系统包括机床连接组件(Ⅱ)、线激光器位姿调节组件(Ⅲ)以及监控摄像组件(Ⅳ)三大部分；安装时，首先将上轴套(9)通过上轴套连接螺栓(10)安装在主连接板(4)上，并将上轴心(11)及上轴扇形块(12)放入上轴套(9)的中间，把上轴锁紧螺钉(13)旋入上轴套(9)的螺纹孔中并穿过上轴扇形块(12)顶住上轴心(11)使其固定；然后将下轴套(15)通过下轴套连接螺栓(14)连接至上轴心(11)上，通过与上轴同样的原理用下轴紧锁螺钉(18)穿过下轴套(15)的螺纹孔与下轴扇形块(17)将下轴心(16)固定住；通过线激光器连接板连接螺栓(19)将线激光器连接板(20)连接在下轴心(16)上，并将线激光器(21)通过三个线激光器连接螺栓(22)固定在线激光器连接板(20)上；接着安装监控摄像组件(Ⅳ)，将摄像机连接板(5)通过摄像机连接板螺栓(6)固定在主连接板(4)上，摄像机(8)通过摄像机支架(7)连接在摄像机连接板(5)上，从而将监控摄像组件(Ⅳ)连接在机床连接组件(Ⅱ)上；最后将组装好的整个系统通过主连接板(4)上方的长方形孔套入主轴组件(Ⅰ)上的安装板(2)上，并用两个紧固螺钉(3)旋入主连接板(4)上方的螺纹孔中顶住安装板(2)，从而将整个系统固定在机床主轴的侧面；第二步对线激光器和机床进行标定标定过程分为三步：标定机床运动与线激光器缺省轴的数值对应关系、标定线激光器与机床三维运动、对测量坐标和机床坐标的整体相对变换进行标定；首先，标定机床运动与线激光器缺省轴的数值对应关系，在线激光器的测量深度范围内放置一已知直径的标准靶球，并利用机床移动来获得靶球几个测量轮廓数据，并拟合得到轮廓半径，根据轮廓半径求解轮廓之间的距离，即线激光器光平面运动距离；结合机床移动距离求解机床运动轴对应的线激光器缺省轴测量坐标变化值，从而实现整体的三维数据测量；接着标定线激光器与机床三维运动；同样结合标准靶球，根据激光扫描在球上的截面始终是标准圆且圆心的连线始终垂直于扫描平面的特性，根据截面圆的圆心测量坐标变换就可以得到测量坐标系变换的平移矩阵，从而可以将测量值统一到初始测量坐标系内；最后，对测量坐标和机床坐标的整体相对变换进行标定，通过机床带动线线激光器进行固定轨迹的运动，实现两个坐标系的坐标变换，这样就实现了整体的测量标定工作；第三步对采集数据进行处理对线激光器获得的原始信号进行滤波去噪预处理，获得更接近真实情况的数据信号进行后续特征信息的提取；数据处理包括：二维离散信号预处理，特征位置提取，特征三维信息还原处理；1)二维离散信号预处理采用中值滤波，其公式如下：y(i)＝med{x(i‑N),...,x(i),...,x(i+N)} (1)其中，y(i)为滤波后的输出值，med表示取数据序列中的中值，x(i)为原始数据值，N为滤波操作中的窗口大小，且N∈Z；2)特征位置提取对去噪后的信号直接提取刻型线的位置，其边界特征点提取时先识别凹槽左右两个边界位置a,b点坐标(x_a,z_a)和(x_b,z_b)，然后取其中间位置作为刻型线特征位置，其位置的坐标为c(x_c,z_c)，其中：

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3)特征三维信息还原通过以上计算，即可获得每个线激光测量位置的刻型线的特征点坐标c(x_c,z_c)，结合线激光器安装后的标定结果，以第一个测量位置为初始Y_L轴零点位置建立初始测量坐标系，即第一个位置的测量坐标为c₀(X_L0,0,Z_L0)，此时机床坐标为J₀(X_J0,Y_J0,Z_J0)，则第i个测量位置的特征点在初始坐标系的坐标c_i为

<mrow><mfenced open = "[" close = "]"><mtable><mtr><mtd><msub><mi>x</mi><mrow><mi>c</mi><mi>i</mi></mrow></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>y</mi><mrow><mi>c</mi><mi>i</mi></mrow></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>z</mi><mrow><mi>c</mi><mi>i</mi></mrow></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>=</mo><mfenced open = "[" close = "]"><mtable><mtr><mtd><mfrac><mrow><msub><mi>ΔX</mi><mrow><mi>L</mi><mi>X</mi></mrow></msub></mrow><msub><mi>L</mi><mi>X</mi></msub></mfrac></mtd><mtd><mfrac><mrow><msub><mi>ΔX</mi><mrow><mi>L</mi><mi>Y</mi></mrow></msub></mrow><msub><mi>L</mi><mi>X</mi></msub></mfrac></mtd><mtd><mfrac><mrow><msub><mi>ΔX</mi><mrow><mi>L</mi><mi>Z</mi></mrow></msub></mrow><msub><mi>L</mi><mi>X</mi></msub></mfrac></mtd><mtd><msub><mi>X</mi><mrow><mi>L</mi><mi>i</mi></mrow></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><mfrac><msub><mi>l</mi><mi>X</mi></msub><msub><mi>L</mi><mi>X</mi></msub></mfrac></mtd><mtd><mfrac><msub><mi>l</mi><mi>Y</mi></msub><msub><mi>L</mi><mi>Y</mi></msub></mfrac></mtd><mtd><mfrac><msub><mi>l</mi><mi>Z</mi></msub><msub><mi>L</mi><mi>Z</mi></msub></mfrac></mtd><mtd><mn>0</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mfrac><mrow><msub><mi>ΔZ</mi><mrow><mi>L</mi><mi>X</mi></mrow></msub></mrow><msub><mi>L</mi><mi>Z</mi></msub></mfrac></mtd><mtd><mfrac><mrow><msub><mi>ΔZ</mi><mrow><mi>L</mi><mi>X</mi></mrow></msub></mrow><msub><mi>L</mi><mi>Z</mi></msub></mfra</div>
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                                <li><a href="/patent/201621408905.3/">一种高速微带线装置</a></li>
                                <li><a href="/patent/201920072120.0/">一种激光定位仪</a></li>
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[发明专利]一种测量刻型线三维位置的测量方法有效

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