本發(fā)明涉及一種大型薄壁構(gòu)件壁厚的在位光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)和方法，特別是一種將雙目光柵投影測(cè)量和數(shù)控機(jī)床集成的大型薄壁構(gòu)件壁厚的在位測(cè)量系統(tǒng)和方法，屬于機(jī)械工程和光學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在汽車(chē)、航空、航天和船舶制造等國(guó)民經(jīng)濟(jì)重點(diǎn)工業(yè)領(lǐng)域中，存在大量的大型薄壁構(gòu)件，如運(yùn)載火箭推進(jìn)劑貯箱、空間站艙體、大型飛機(jī)機(jī)翼蒙皮、船舶螺旋槳葉片以及汽車(chē)車(chē)身主模型檢具等。作為各系統(tǒng)的重要組成部分，大型薄壁構(gòu)件的加工精度直接關(guān)系到系統(tǒng)的整體力學(xué)性能，其加工效率也與產(chǎn)品的研制過(guò)程息息相關(guān)。如汽車(chē)車(chē)身主模型檢具的成形質(zhì)量影響裝配精度，飛機(jī)蒙皮和船舶曲板的成形質(zhì)量對(duì)其流體力學(xué)性能影響顯著，火箭燃料貯箱壁板和瓜瓣的成形質(zhì)量則最終會(huì)影響火箭飛行的安全性。這些大型薄壁構(gòu)件的加工過(guò)程中，需要及時(shí)獲取零件的準(zhǔn)確幾何描述，調(diào)整加工策略，從而保證加工質(zhì)量。

傳統(tǒng)方法采用接觸式測(cè)量，如三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等，這種方式可以獲得較為精確的面型數(shù)據(jù)，但缺點(diǎn)是測(cè)量速度慢，且因其接觸式測(cè)量原理會(huì)因被測(cè)對(duì)象受力而改變其形貌，故不適用于薄壁結(jié)構(gòu)測(cè)量。另外，這種測(cè)量設(shè)備也很難設(shè)計(jì)為在位測(cè)量的工作方式。在現(xiàn)實(shí)的薄壁結(jié)構(gòu)測(cè)量中，有利用手持式的超聲波測(cè)量方法等，測(cè)量過(guò)程需要輔助材料，并且測(cè)量的點(diǎn)的數(shù)量不足，存在數(shù)據(jù)集不完備的數(shù)據(jù)丟失問(wèn)題，不能在位自動(dòng)高效高精度的測(cè)量，大大降低了生產(chǎn)效率和加工精度。

近年來(lái)，隨著機(jī)器視覺(jué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了以光學(xué)測(cè)量為代表的非接觸式測(cè)量。其中：

近景攝影測(cè)量在大尺寸面型測(cè)量中應(yīng)用廣泛，其具有便攜性好、在位測(cè)量和點(diǎn)批量測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，但測(cè)量前需要在被測(cè)對(duì)象表面粘貼大量的標(biāo)識(shí)點(diǎn)，且準(zhǔn)確度一般；

手持式三維激光掃描儀掃描快速、重量輕、效率高、成本低，在大尺度面型測(cè)量中應(yīng)用廣泛，但是其測(cè)量精度較低，一般需要在被測(cè)對(duì)象表面粘貼標(biāo)識(shí)點(diǎn)，且對(duì)被測(cè)對(duì)象表面反光性要求高；

激光雷達(dá)掃描測(cè)量功能強(qiáng)，便攜性好，測(cè)量效率高，測(cè)量范圍大，但是其測(cè)量精度受環(huán)境影響很明顯，準(zhǔn)確度很難保證；

光柵投影測(cè)量因?yàn)橐淮慰梢垣@取一個(gè)面域的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，所以較為適用于大型薄壁測(cè)量，利用光柵投影測(cè)量，形成數(shù)控裝備上加工與測(cè)量有序交替集成的在位測(cè)量技術(shù),在加工過(guò)程工序間保持零件工位不變的情況下，對(duì)其加工質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)及反饋控制的技術(shù).與離線檢測(cè)相比，在位檢測(cè)避免了零件搬運(yùn)、重復(fù)裝夾等過(guò)程，保證了工序集中與基準(zhǔn)重合，大大提高檢測(cè)效率和準(zhǔn)確性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種將雙目光柵投影測(cè)量、測(cè)量規(guī)劃、數(shù)控機(jī)床等技術(shù)集成的大型薄壁構(gòu)件壁厚在位光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)和方法。

根據(jù)薄壁構(gòu)件加工工藝過(guò)程中對(duì)薄壁構(gòu)件整體三維形貌及壁厚分布在位檢測(cè)的需求，基于結(jié)構(gòu)光精密測(cè)量技術(shù)獲取點(diǎn)云信息，通過(guò)選定測(cè)量基準(zhǔn)面逐步作差的方法獲取對(duì)應(yīng)位置的壁厚，最后將多部位的測(cè)得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與薄壁構(gòu)件的cad模型進(jìn)行模型比對(duì)和數(shù)據(jù)拼合，實(shí)現(xiàn)大型薄壁構(gòu)件在位檢測(cè)獲取各部位準(zhǔn)確的壁厚數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)全局?jǐn)?shù)據(jù)的拼合，得到被測(cè)量對(duì)象的完整壁厚特征數(shù)據(jù)，進(jìn)而指導(dǎo)薄壁構(gòu)件的銑削工藝加工，同時(shí)也可以完成對(duì)大型薄壁構(gòu)件的質(zhì)量評(píng)估。

本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種大型薄壁構(gòu)件壁厚在位測(cè)量系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：數(shù)控機(jī)床、靠模夾具、測(cè)頭支架、雙目結(jié)構(gòu)光測(cè)量設(shè)備、工業(yè)計(jì)算機(jī)及高速通信單元；

所述數(shù)控機(jī)床上設(shè)置有轉(zhuǎn)臺(tái)，所述數(shù)控機(jī)床控制所述轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，并且返回所述轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)角信息；

所述靠模夾具用于完成大型薄壁構(gòu)件的夾持并且提供測(cè)量基準(zhǔn)面；

所述測(cè)頭支架用于實(shí)現(xiàn)雙目結(jié)構(gòu)光測(cè)量設(shè)備在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定擺放；

所述雙目結(jié)構(gòu)光測(cè)量設(shè)備包括一個(gè)數(shù)字投影儀、兩個(gè)ccd工業(yè)相機(jī)和基座，其中：所述基座用于固定所述ccd工業(yè)相機(jī)和所述數(shù)字投影儀，所述數(shù)字投影儀完成結(jié)構(gòu)光的圖像投影，所述ccd工業(yè)相機(jī)完成圖像采集，從而完成雙目結(jié)構(gòu)光測(cè)量數(shù)據(jù)獲??；

所述ccd工業(yè)相機(jī)和所述數(shù)字投影儀均通過(guò)所述高速通信單元與所述工業(yè)計(jì)算機(jī)連接，所述工業(yè)計(jì)算機(jī)通過(guò)所述高速通信單元與所述數(shù)控機(jī)床通信連接；

所述工業(yè)計(jì)算機(jī)通過(guò)所述高速通信單元控制所述數(shù)字投影儀投影和所述ccd工業(yè)相機(jī)采集圖像完成數(shù)據(jù)采集，并通過(guò)所述高速通信單元控制所述數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)動(dòng)所述轉(zhuǎn)臺(tái)完成不同位置測(cè)量數(shù)據(jù)的采集，所述工業(yè)計(jì)算機(jī)整合所有數(shù)據(jù)提取大型薄壁構(gòu)件壁厚信息，并且反饋給數(shù)控機(jī)床，使整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)整體。

優(yōu)選地，測(cè)量時(shí)，大型薄壁構(gòu)件固定在所述靠模夾具上，所述靠模夾具固定在所述數(shù)控機(jī)床的轉(zhuǎn)臺(tái)上，進(jìn)而使所述轉(zhuǎn)臺(tái)能夠帶動(dòng)大型薄壁構(gòu)件轉(zhuǎn)動(dòng)，所述雙目結(jié)構(gòu)光測(cè)量設(shè)備固定在所述測(cè)頭支架上，并且將所述測(cè)頭支架位于所述數(shù)控機(jī)床對(duì)面，使得所述轉(zhuǎn)臺(tái)在所述數(shù)控機(jī)床加工部件和所述測(cè)頭支架之間。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種基于上述測(cè)量系統(tǒng)的大型薄壁構(gòu)件壁厚在位測(cè)量方法，所述方法包括以下步驟：

1)測(cè)量初始化

在測(cè)量系統(tǒng)開(kāi)始工作前，完成雙目結(jié)構(gòu)光測(cè)量設(shè)備的兩個(gè)ccd工業(yè)相機(jī)標(biāo)定和初始測(cè)量位置的確定；

2)測(cè)量規(guī)劃

根據(jù)大型薄壁構(gòu)件的形狀和尺寸，結(jié)合數(shù)控機(jī)床的轉(zhuǎn)臺(tái)精度和雙目結(jié)構(gòu)光測(cè)量設(shè)備的視場(chǎng)大小信息，對(duì)測(cè)量策略進(jìn)行初步規(guī)劃，保證測(cè)量數(shù)據(jù)完整性和測(cè)量效率；

3)基準(zhǔn)測(cè)量面選定

通過(guò)間接測(cè)量的方式獲取大型薄壁構(gòu)件的壁厚特征，利用基準(zhǔn)測(cè)量面實(shí)現(xiàn)間接測(cè)量；

4)根據(jù)2)中結(jié)果，得到空間中一系列測(cè)量點(diǎn)位，將得到的測(cè)量點(diǎn)位轉(zhuǎn)化成數(shù)控機(jī)床的轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)角信息，利用數(shù)控機(jī)床的轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行單步角度轉(zhuǎn)動(dòng)，在所選擇的測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行單步測(cè)量；

5)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)一周轉(zhuǎn)臺(tái)測(cè)量基準(zhǔn)面即大型薄壁構(gòu)件的底面點(diǎn)云數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)動(dòng)一周轉(zhuǎn)臺(tái)測(cè)得大學(xué)薄壁構(gòu)件表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)，利用初始位置、測(cè)量標(biāo)號(hào)、特征點(diǎn)信息完成兩次測(cè)量的測(cè)量面對(duì)齊，并且對(duì)對(duì)應(yīng)位置的壁厚進(jìn)行解算完成特征提取，處理噪聲的誤差完成誤差補(bǔ)償；

6)多位置測(cè)量數(shù)據(jù)拼合

根據(jù)測(cè)量過(guò)程中所獲得的各個(gè)測(cè)量點(diǎn)位處所測(cè)得點(diǎn)云的標(biāo)號(hào)，數(shù)控機(jī)床的轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)角信息和初始位置值，結(jié)合大學(xué)薄壁構(gòu)件的cad模型信息，將各個(gè)測(cè)量點(diǎn)位處所獲得的點(diǎn)云位置信息統(tǒng)一轉(zhuǎn)換到數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系下，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云拼合，從而得到大型薄壁構(gòu)件的完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并最終與cad模型進(jìn)行比對(duì)，獲取本次加工結(jié)束后各個(gè)位置點(diǎn)的壁厚與實(shí)際要求的壁厚的偏差。

優(yōu)選地，1)中：

根據(jù)雙目結(jié)構(gòu)光測(cè)量設(shè)備的內(nèi)部關(guān)系，對(duì)ccd工業(yè)相機(jī)利用已知形狀和參數(shù)的標(biāo)定板，通過(guò)對(duì)數(shù)字投影儀光線進(jìn)行正交方向二維相位編碼，同步提取標(biāo)定參考點(diǎn)在ccd工業(yè)相機(jī)和數(shù)字投影儀成像平面對(duì)應(yīng)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)雙目結(jié)構(gòu)光測(cè)量設(shè)備中ccd工業(yè)相機(jī)的精確標(biāo)定；設(shè)定初始標(biāo)識(shí)為初始測(cè)量位置，確定整個(gè)實(shí)際被測(cè)大型薄壁構(gòu)件的初始坐標(biāo)系原點(diǎn)。

優(yōu)選地，1)中，所述ccd工業(yè)相機(jī)的內(nèi)外參數(shù)模型如下式所示：

c＝(κ,sx,sy,cx,cy,α,β,γ,tx,ty,tz)

其中：參數(shù)κ為徑向畸變級(jí)，sx,sy分別表示在x和y方向的縮放比例因子，cx,cy表示徑向畸變的中心，α,β,γ為角度變量,tx,ty,tz為平移變量；x、y、z為位置變量。

優(yōu)選地，2)中，所述的對(duì)測(cè)量策略進(jìn)行初步規(guī)劃，是使得相鄰兩個(gè)點(diǎn)位的測(cè)量面域具有一定的重合度，避免出現(xiàn)空隙丟失關(guān)鍵測(cè)量特征，同時(shí)重合區(qū)域不能過(guò)大以至于影響測(cè)量速度，保證測(cè)量數(shù)據(jù)完整性和測(cè)量效率。

優(yōu)選地，3)中，通過(guò)選取基準(zhǔn)面做差的方式求取壁厚，先對(duì)基準(zhǔn)面進(jìn)行一次測(cè)量確定測(cè)量基準(zhǔn)，夾持大型薄壁構(gòu)件，通過(guò)對(duì)大型薄壁構(gòu)件上表面間接進(jìn)行壁厚測(cè)量。

優(yōu)選地，4)中，將每步需要測(cè)量對(duì)象的位置放入測(cè)量系統(tǒng)的視場(chǎng)中，利用雙目結(jié)構(gòu)光進(jìn)行單步測(cè)量。

更優(yōu)選的，工業(yè)計(jì)算機(jī)控制數(shù)字投影儀投射三頻三步相移9幅圖片至大型薄壁構(gòu)件表面；同時(shí)；左右兩個(gè)ccd工業(yè)相機(jī)采集經(jīng)大型薄壁構(gòu)件表面調(diào)制后的光柵圖片，利用9幅圖片進(jìn)行多頻外差相位解碼，進(jìn)而完成左右ccd工業(yè)相機(jī)的雙目相機(jī)的點(diǎn)匹配，利用雙目視差測(cè)量原理獲得視差圖，據(jù)此進(jìn)行大型薄壁構(gòu)件該區(qū)域點(diǎn)云三維重建，得到測(cè)量區(qū)域的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，5)中：利用數(shù)控機(jī)床的轉(zhuǎn)臺(tái)從起始位置開(kāi)始完成一次轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量基準(zhǔn)面(即大型薄壁構(gòu)件的底面)，以獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，基準(zhǔn)面的測(cè)量只進(jìn)行一次，之后夾持大型薄壁構(gòu)件，使柵格板盡量靠近靠模表面，以減小因二者空隙而導(dǎo)致的測(cè)量誤差；之后再循環(huán)一次測(cè)得柵格板表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)；比較靠模和柵格板的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，從而獲得各個(gè)位置準(zhǔn)確的壁厚信息。

優(yōu)選地，6)中，在完成本次測(cè)量后，利用大型薄壁構(gòu)件當(dāng)前位置的的壁厚信息來(lái)指導(dǎo)加工，銑削加工一次完成后，進(jìn)行一次表面三維點(diǎn)云測(cè)量，再與基準(zhǔn)面進(jìn)行比較得到最終的偏差，最終實(shí)現(xiàn)大型薄壁構(gòu)件壁厚在線光學(xué)測(cè)量。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

1)利用雙目光柵投影測(cè)量獲取局部區(qū)域點(diǎn)云數(shù)據(jù)，一次可以獲得一個(gè)面域的數(shù)據(jù)，相比于超聲波測(cè)量大大提高了測(cè)量效率也保證了數(shù)據(jù)的完整性；

2)無(wú)需在大型薄壁構(gòu)件表面添加輔助測(cè)量試劑如耦合劑等，簡(jiǎn)化了測(cè)量步驟，更適于在位測(cè)量；

3)利用雙目光柵投影測(cè)量，選用基準(zhǔn)面做差的方式，兩次測(cè)量在同一坐標(biāo)系下進(jìn)行，而且通過(guò)數(shù)控機(jī)床的位置信息的反饋和測(cè)量規(guī)劃的整定，結(jié)合已知的cad模型數(shù)據(jù)可以保證數(shù)據(jù)能夠高精度的實(shí)現(xiàn)完整拼合，提高了大型薄壁構(gòu)件整體點(diǎn)云的精度；

4)利用與基準(zhǔn)面做差的方式，選定初始位置只需要一次裝夾就可以進(jìn)行多次測(cè)量，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)硬件組成，同時(shí)也簡(jiǎn)化了測(cè)量流程，提高了適應(yīng)性和健壯性。

附圖說(shuō)明

通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的測(cè)量方法的流程框圖；

圖2為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：數(shù)控機(jī)床1，轉(zhuǎn)臺(tái)2，靠模夾具3，測(cè)頭支架4，雙目結(jié)構(gòu)光測(cè)量設(shè)備5；

圖3為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的雙目結(jié)構(gòu)光測(cè)量設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖，

圖中：數(shù)字投影儀6，ccd工業(yè)相機(jī)7，鋁合金基座8；

圖4為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的測(cè)量原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖2所示，一種用于薄壁構(gòu)件壁厚在位測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：數(shù)控機(jī)床1、轉(zhuǎn)臺(tái)2、靠模夾具3、測(cè)頭支架4、雙目結(jié)構(gòu)光測(cè)量設(shè)備5、工業(yè)計(jì)算機(jī)及高速通信單元，其中：

所述雙目結(jié)構(gòu)光測(cè)量設(shè)備5包括一個(gè)數(shù)字投影儀6、兩個(gè)ccd工業(yè)相機(jī)7，以及鋁合金基座8(如圖3所示)，鋁合金基座8用來(lái)固定ccd工業(yè)相機(jī)7和數(shù)字投影儀6，數(shù)字投影儀6用于完成結(jié)構(gòu)光的編碼圖像投影，兩個(gè)ccd工業(yè)相機(jī)7用于完成圖像采集，ccd工業(yè)相機(jī)7和數(shù)字投影儀6都是通過(guò)高速通信單元與工業(yè)計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，工業(yè)計(jì)算機(jī)又通過(guò)高速通信單元與數(shù)控機(jī)床1進(jìn)行通信連接，高速通信單元用于完成數(shù)據(jù)交互，工業(yè)計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)處理和控制；數(shù)控機(jī)床1用來(lái)控制轉(zhuǎn)臺(tái)2轉(zhuǎn)動(dòng)并且返回?cái)?shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)角信息，靠模夾具3用來(lái)完成大型薄壁構(gòu)件的夾持并且提供測(cè)量基準(zhǔn)面，測(cè)頭支架4用來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)頭在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定擺放；

所述工業(yè)計(jì)算機(jī)通過(guò)控制數(shù)字投影儀6投影和ccd工業(yè)相機(jī)7采集圖像完成數(shù)據(jù)采集，控制數(shù)控機(jī)床1轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)2完成不同位置測(cè)量數(shù)據(jù)的采集，工業(yè)計(jì)算機(jī)整合所有數(shù)據(jù)提取大型薄壁構(gòu)件壁厚信息，并且反饋給數(shù)控機(jī)床1。

如圖1所示，一種用于薄壁構(gòu)件壁厚在位測(cè)量方法，所述方法包括下述步驟：

1)測(cè)量初始化

測(cè)量系統(tǒng)開(kāi)始工作前，完成雙目結(jié)構(gòu)光測(cè)量設(shè)備的ccd工業(yè)相機(jī)標(biāo)定和初始測(cè)量位置的確定。

根據(jù)雙目結(jié)構(gòu)光測(cè)量設(shè)備的內(nèi)部關(guān)系，對(duì)ccd工業(yè)相機(jī)利用已知形狀和參數(shù)的標(biāo)定板，通過(guò)對(duì)數(shù)字投影儀光線進(jìn)行正交方向二維相位編碼，同步提取標(biāo)定參考點(diǎn)在ccd工業(yè)相機(jī)和數(shù)字投影儀成像平面對(duì)應(yīng)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)雙目結(jié)構(gòu)光測(cè)量設(shè)備的精確標(biāo)定；設(shè)定初始標(biāo)識(shí)為初始測(cè)量位置，確定大型薄壁構(gòu)件的初始坐標(biāo)系原點(diǎn)。

所述ccd工業(yè)相機(jī)的內(nèi)外參數(shù)模型如下式所示：

c＝(κ,sx,sy,cx,cy,α,β,γ,tx,ty,tz)

其中：κ為徑向畸變級(jí)，sx,sy分別表示在x方向和y方向的縮放比例因子，cx,cy表示徑向畸變的中心，α,β,γ為角度變量，tx,ty,tz為平移變量，x、y、z為位置變量。

2)測(cè)量路徑規(guī)劃：

根據(jù)大型薄壁構(gòu)件的形狀和尺寸，結(jié)合數(shù)控機(jī)床的轉(zhuǎn)臺(tái)精度和雙目結(jié)構(gòu)光測(cè)量設(shè)備的視場(chǎng)大小信息，對(duì)測(cè)量策略進(jìn)行初步規(guī)劃，主要確定單步轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)角大小，每步測(cè)量對(duì)應(yīng)的柵格對(duì)象標(biāo)號(hào)，使得相鄰兩個(gè)點(diǎn)位的測(cè)量面域具有一定的重合度，避免出現(xiàn)空隙丟失關(guān)鍵測(cè)量特征，同時(shí)重合區(qū)域不能過(guò)大以至于影響測(cè)量速度，從而保證測(cè)量數(shù)據(jù)完整性和測(cè)量效率。

3)基準(zhǔn)測(cè)量面選定

由于整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的目的是測(cè)量大型薄壁構(gòu)件的壁厚，光學(xué)測(cè)量的穿透能力差，因?yàn)樾枰ㄟ^(guò)間接測(cè)量的方式來(lái)獲取壁厚特征，通過(guò)選取基準(zhǔn)面做差的方式求取壁厚；所述基準(zhǔn)面有兩種選取方式：第一種是選取靠模表面為基準(zhǔn)面，由于靠模與薄壁內(nèi)表面緊密貼合，可以理解為靠模即為薄壁內(nèi)表面的三維位置；第二種為薄壁上表面為基準(zhǔn)面；為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定性，此處選擇靠模表面為基準(zhǔn)面；先對(duì)基準(zhǔn)面進(jìn)行一次測(cè)量后，確定基準(zhǔn)，之后夾持大型薄壁構(gòu)件。

4)根據(jù)2)中結(jié)果，得到空間中一系列測(cè)量點(diǎn)位，將得到的測(cè)量點(diǎn)位轉(zhuǎn)化成數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)角信息，利用數(shù)控機(jī)床的轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行單步角度轉(zhuǎn)動(dòng)，將每步需要測(cè)量對(duì)象的位置放入測(cè)量系統(tǒng)的視場(chǎng)中，利用雙目結(jié)構(gòu)光進(jìn)行單步測(cè)量；由工業(yè)計(jì)算機(jī)控制數(shù)字投影儀投射預(yù)設(shè)好的三頻三步相移9幅圖片至大型薄壁構(gòu)件表面，同時(shí)，控制左右兩個(gè)ccd工業(yè)相機(jī)采集經(jīng)大型薄壁構(gòu)件表面調(diào)制后的光柵圖片；根據(jù)多頻相移外差解包原理，對(duì)所獲得的結(jié)構(gòu)光編碼圖片進(jìn)行相位解碼，得到包裹相位圖和全場(chǎng)相位圖，根據(jù)基礎(chǔ)矩陣進(jìn)行極線校正，然后進(jìn)行雙目匹配，根據(jù)匹配結(jié)果計(jì)算視差圖，據(jù)此進(jìn)行大型薄壁構(gòu)件該區(qū)域點(diǎn)云三維重建，從而得到測(cè)量區(qū)域的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

5)利用數(shù)控機(jī)床的轉(zhuǎn)臺(tái)從起始位置開(kāi)始完成一次轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量基準(zhǔn)面，獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，基準(zhǔn)面的測(cè)量只進(jìn)行一次，之后夾持大型薄壁構(gòu)件再循環(huán)一次測(cè)得薄壁表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)，由于初始位置相同，每一次數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)動(dòng)的角度都是事先在測(cè)量規(guī)劃中確定好的，根據(jù)測(cè)量標(biāo)號(hào)和圖像中的特征點(diǎn)信息完成兩次測(cè)量對(duì)應(yīng)的點(diǎn)云圖像的匹配，將兩次圖像的坐標(biāo)系進(jìn)行整定后，由于轉(zhuǎn)臺(tái)靠模是半圓形的，所以在進(jìn)行壁厚計(jì)算的時(shí)候需要進(jìn)行軸向做差，通過(guò)坐標(biāo)變換，之后對(duì)對(duì)應(yīng)位置的壁厚進(jìn)行解算完成特征提取，利用濾波方式處理噪聲等誤差完成誤差補(bǔ)償；最終得到各個(gè)位置準(zhǔn)確的壁厚信息。

6)多位置測(cè)量數(shù)據(jù)拼合

根據(jù)5)中所獲得的各個(gè)測(cè)量點(diǎn)位處所測(cè)得點(diǎn)云的標(biāo)號(hào)和初始位置值，結(jié)合大型薄壁構(gòu)件的cad模型信息，將各個(gè)測(cè)量點(diǎn)位處所獲得的三維點(diǎn)云信息統(tǒng)一轉(zhuǎn)換到數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系下，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云拼合，從而得到大型薄壁構(gòu)件的完整點(diǎn)云數(shù)據(jù)；最終與cad模型進(jìn)行比對(duì)，獲取本次加工結(jié)束后各個(gè)位置點(diǎn)的壁厚與實(shí)際要求的壁厚的偏差，最終反饋給數(shù)控機(jī)床整個(gè)大型薄壁結(jié)構(gòu)的壁厚分布、每個(gè)柵格的壁厚和偏差空間分布、壁厚和偏差均值、壁厚和偏差極值等特征信息。

并且在完成本次測(cè)量后，利用這些特征信息來(lái)指導(dǎo)加工，銑削加工一次完成后，進(jìn)行一次表面三維點(diǎn)云測(cè)量，再與基準(zhǔn)面進(jìn)行比較得到最終的偏差，最終實(shí)現(xiàn)大型薄壁構(gòu)件壁厚在線光學(xué)測(cè)量。

進(jìn)一步的，具體的數(shù)據(jù)拼合過(guò)程是依靠數(shù)控機(jī)床反饋的數(shù)控機(jī)床的轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)角信息、初始位置進(jìn)行的。假設(shè)光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)的坐標(biāo)系為xc,yc,zc，而數(shù)控機(jī)床的轉(zhuǎn)臺(tái)原點(diǎn)建立的數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系為xw,yw,zw，兩個(gè)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣為t，ccd工業(yè)相機(jī)坐標(biāo)系中的點(diǎn)pc＝(xc,yc,zc)^t，數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系中的點(diǎn)pw＝(xw,yw,zw)^t，則有：

其中：t為轉(zhuǎn)換矩陣，由旋轉(zhuǎn)和平移矩陣組合成共有六個(gè)參數(shù)決定即(α',β',γ',t′x,t′y,t′z)，分別是繞三軸的旋轉(zhuǎn)角和沿三軸的位移。

已知數(shù)控機(jī)床當(dāng)前的旋轉(zhuǎn)角位移為θ，則統(tǒng)一到原始坐標(biāo)系下的點(diǎn)p′w＝(x′w,y′w,x′w)^t，矩陣r為：

最終在數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系下的所有點(diǎn)云為：

經(jīng)過(guò)上述坐標(biāo)變化可以將所有的點(diǎn)云轉(zhuǎn)化到轉(zhuǎn)臺(tái)坐標(biāo)系下，在同一坐標(biāo)系下完成圖像配準(zhǔn)，并且按照?qǐng)D像間的相互關(guān)系將圖像序列合并成一幅完整無(wú)縫的拼接圖像；對(duì)于兩幅圖像的重疊部分采用一種在對(duì)應(yīng)點(diǎn)處平均的方式進(jìn)行處理，相當(dāng)于一種濾波的方式保證數(shù)據(jù)的完整并且抑制噪聲的干擾。

如圖4所示為測(cè)量原理圖，實(shí)際大型薄壁構(gòu)件在測(cè)量過(guò)程中主要關(guān)注的面有：靠模夾具面、加工后表面、未加工表面，其中：加工后表面和未加工表面是薄壁構(gòu)件的上表面，未加工表面與靠模夾具面的差是初始測(cè)量值，加工后表面與靠模夾具面的差是剩余厚度值，初始測(cè)量值和剩余厚度值的差就是已加工深度，通過(guò)測(cè)量各個(gè)面的三維坐標(biāo)值，間接地獲得各個(gè)厚度信息。

本發(fā)明測(cè)量開(kāi)始前對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定保證測(cè)量精度，同時(shí)通過(guò)分析測(cè)量對(duì)象的特點(diǎn)和需求進(jìn)行測(cè)量規(guī)劃，保證數(shù)據(jù)完整性和測(cè)量效率。

本發(fā)明在非接觸條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)大型薄壁構(gòu)件的精密測(cè)量，不僅可以為加工質(zhì)量評(píng)價(jià)提供形貌數(shù)據(jù)，也可以用于指導(dǎo)加工工藝過(guò)程。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。