俯仰軸軸線位置的視覺(jué)標(biāo)定方法研究

畢 超, 趙 源, 郝 雪, 房建國(guó)

(北京航空精密機(jī)械研究所 精密制造技術(shù)航空科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100076)

1 引 言

未來(lái)先進(jìn)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪入口燃?xì)鉁囟葧?huì)達(dá)到2 000～2 300 K[1,2],這將導(dǎo)致渦輪葉片等熱端零部件無(wú)法正常、穩(wěn)定及長(zhǎng)壽命地工作,因而必須采取“外部氣膜冷卻技術(shù)”來(lái)提高其承溫能力[3],即在渦輪葉片的葉身等部位上設(shè)置一系列孔徑小、數(shù)量多、分布密集且軸線角度復(fù)雜的氣膜孔。研究表明,氣膜冷卻效果會(huì)受到氣膜孔的幾何結(jié)構(gòu)與形位精度等因素的影響[4],因而要最大限度地發(fā)揮出外部氣膜冷卻技術(shù)的降溫與防護(hù)效果,就需要實(shí)現(xiàn)對(duì)氣膜孔的幾何結(jié)構(gòu)及形位參數(shù)的高精高效檢測(cè)。

根據(jù)氣膜孔的形態(tài)特征與測(cè)量要求,本文將工業(yè)級(jí)攝像機(jī)與多軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)相集成,研制出了一套應(yīng)用于氣膜孔形位參數(shù)檢測(cè)的新型五軸視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中,以攝像機(jī)作為前端傳感器,并通過(guò)俯仰軸與方位軸的配合來(lái)改變被測(cè)渦輪葉片的空間姿態(tài),從而使攝像機(jī)能夠?qū)?zhǔn)并采集到具有不同軸線角度的氣膜孔圖像數(shù)據(jù)。在開(kāi)始測(cè)量前,必須采取一定的技術(shù)途徑和手段標(biāo)定出俯仰軸與方位軸的軸線在測(cè)量空間中的方位,這樣才能夠使在各個(gè)轉(zhuǎn)角位置處獲取的圖像數(shù)據(jù)均具有相同且統(tǒng)一的基準(zhǔn),從而進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)拼接與整合[5]。在前期工作的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)針對(duì)系統(tǒng)中的俯仰軸軸線的方位標(biāo)定進(jìn)行了研究與探討。

由于系統(tǒng)中俯仰軸的轉(zhuǎn)角范圍為-90°～+90°,無(wú)法實(shí)現(xiàn)整周回轉(zhuǎn),而且攝像機(jī)采集和輸出的數(shù)據(jù)類型為目標(biāo)物體的二維圖像,這就給本文所面對(duì)的俯仰軸軸線標(biāo)定問(wèn)題帶來(lái)了很大難度,主要包括標(biāo)定方案的制定與標(biāo)定靶標(biāo)的選取。當(dāng)前,在復(fù)雜工業(yè)零部件的三維測(cè)量和逆向工程領(lǐng)域中,相關(guān)科研人員對(duì)于不同類型的多軸測(cè)量系統(tǒng),提出了一些旋轉(zhuǎn)軸線標(biāo)定與數(shù)據(jù)拼接的方法。Park S Y和Dai M L等[6,7]將棋盤(pán)格靶標(biāo)固定在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上,應(yīng)用立體視覺(jué)系統(tǒng)拍攝不同轉(zhuǎn)角位置處的靶標(biāo)圖像,通過(guò)共軛點(diǎn)匹配建立旋轉(zhuǎn)軸的直線方程,從而完成了旋轉(zhuǎn)軸的方位標(biāo)定；李鵬飛等[8]針對(duì)所搭建的結(jié)構(gòu)光三維測(cè)量系統(tǒng),提出了一種應(yīng)用圓錐靶標(biāo)來(lái)標(biāo)定旋轉(zhuǎn)軸軸線的方法,通過(guò)對(duì)多個(gè)轉(zhuǎn)角位置處的圓錐頂點(diǎn)進(jìn)行擬合而建立起旋轉(zhuǎn)軸的直線方程,使點(diǎn)云拼接精度達(dá)到了0.054 mm；胡民政等[9,10]應(yīng)用結(jié)構(gòu)光傳感器采集兩個(gè)標(biāo)定球在不同視角下的測(cè)量數(shù)據(jù),而后通過(guò)擬合兩個(gè)球心軌跡的圓心解算出了擺動(dòng)軸與轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸線,使系統(tǒng)的測(cè)量精度達(dá)到了0.04 mm；何萬(wàn)濤等[11]針對(duì)搭載錐光偏振全息激光測(cè)頭的四軸葉片檢測(cè)系統(tǒng),提出了一種帶半徑約束的球心擬合方法,通過(guò)8個(gè)方位的球心三維坐標(biāo)計(jì)算出了轉(zhuǎn)臺(tái)軸線的中心點(diǎn)和方向,實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)軸方位的精確標(biāo)定,標(biāo)定精度達(dá)到了±0.01 mm。雖然這些方法解決了某些特定系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)軸線標(biāo)定問(wèn)題,但是在設(shè)備形式和傳感器類型等方面具有很大的局限性,均不適用于本文中采用攝像機(jī)作為前端傳感器的測(cè)量系統(tǒng)。

為了使所研制的氣膜孔五軸視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)具備多軸測(cè)量功能,本文提出了一種應(yīng)用工業(yè)級(jí)攝像機(jī)和定制的長(zhǎng)方體標(biāo)定靶標(biāo)來(lái)確定俯仰軸軸線的空間位置的方法。通過(guò)雙軸位置轉(zhuǎn)臺(tái)的俯仰軸使標(biāo)定靶標(biāo)處于不同位姿,并由三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)帶動(dòng)攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)而采集到靶標(biāo)的前表面與上表面的正焦圖像；然后,提取出圖像中的目標(biāo)棱邊,并利用目標(biāo)棱邊的唯一性建立約束條件而進(jìn)行聯(lián)立求解,最終解算出俯仰軸軸線的原點(diǎn)坐標(biāo),使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多軸測(cè)量功能。

2 氣膜孔五軸測(cè)量系統(tǒng)

圖1為所研制的氣膜孔五軸視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用“X、Y、Z3個(gè)移動(dòng)軸和B、C2個(gè)旋轉(zhuǎn)軸”的總體結(jié)構(gòu)形式,由三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、工業(yè)級(jí)攝像機(jī)、雙軸位置轉(zhuǎn)臺(tái)和葉片定位工裝等構(gòu)成。其中,三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和雙軸位置轉(zhuǎn)臺(tái)構(gòu)成該系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ),而攝像機(jī)是該系統(tǒng)的前端傳感器[12],搭載于三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的Z軸末端并且空間方位固定,從而通過(guò)X、Y和Z軸的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)在測(cè)量空間中的移動(dòng)軌跡和準(zhǔn)確定位。同時(shí),為了能夠采集到渦輪葉片上具有不同軸線角度的全部氣膜孔的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),在系統(tǒng)中進(jìn)一步增加了具有俯仰軸和方位軸的雙軸位置轉(zhuǎn)臺(tái),以用于改變被測(cè)渦輪葉片的空間方位,其中,B軸為俯仰軸,C軸為方位軸。

三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)為移動(dòng)橋式結(jié)構(gòu),其中X、Y和Z軸方向的光柵尺分辨力均為0.5 μm,各軸運(yùn)動(dòng)范圍均為500 mm,示值誤差為(2.5+3×L/1000)μm,其中L表示被測(cè)長(zhǎng)度[13]。雙軸位置轉(zhuǎn)臺(tái)采用U-T型結(jié)構(gòu)形式,B軸與C軸之間的垂直度≤5″,B軸的角位置工作范圍為-90°～+90°,C軸的角位置工作范圍為0°～360°,并且各軸的回轉(zhuǎn)誤差均≤±2″。

在將雙軸位置轉(zhuǎn)臺(tái)安裝于三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上后,還需要對(duì)其姿態(tài)進(jìn)行機(jī)械找正與精密調(diào)整,使得B軸與C軸均處于零位時(shí),B軸軸線與三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的Y軸平行,同時(shí)C軸軸線與Z軸平行。此時(shí),B軸和C軸的軸線方向矢量分別被確定為(0,1,0)和(0,0,1),這樣就能夠?qū)鹘y(tǒng)的軸線標(biāo)定參數(shù)由6個(gè)減少到了3個(gè),從而顯著降低了氣膜孔五軸視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)中的軸線標(biāo)定難度。在應(yīng)用過(guò)程中,當(dāng)B軸與C軸處于不同的轉(zhuǎn)角位置時(shí),由攝像機(jī)采集到的此狀態(tài)下的測(cè)量數(shù)據(jù)就可以通過(guò)簡(jiǎn)單的旋轉(zhuǎn)、平移等坐標(biāo)變換而獲得統(tǒng)一的基準(zhǔn),從而使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多軸測(cè)量功能[14]。因此,需要采取一定的技術(shù)手段在“五軸+視覺(jué)”的系統(tǒng)條件下分別確定出B軸和C軸的軸線位置,而本文重點(diǎn)研究B軸軸線的位置標(biāo)定問(wèn)題,即確定出B軸軸線的原點(diǎn)OB在O-XYZ中的空間坐標(biāo)(X0,Y0,Z0)。

系統(tǒng)前端攝像機(jī)由CCD和鏡頭等組成。其中,CCD選用Grasshopper3系列工業(yè)相機(jī),該型相機(jī)采用Sony ICX674 CCD傳感器,其像面尺寸為8.8 mm×6.6 mm,像素?cái)?shù)目為1 920×1 440,單個(gè)像元的大小為4.54 μm×4.54 μm；鏡頭選用MML-HR系列遠(yuǎn)心鏡頭,其放大倍數(shù)為4,分辨力為3 μm,工作距離為65 mm。

3 標(biāo)定原理與算法

工業(yè)級(jí)攝像機(jī)屬于光電傳感器,其采集和輸出的數(shù)據(jù)類型為被測(cè)物體的二維圖像,并且景深范圍有限,因而非常適合于對(duì)平面物體進(jìn)行成像,并且對(duì)于物體的邊、角、棱等劇烈變化部位的結(jié)構(gòu)特征較為敏感[15,16]。因此,本文提出了一種應(yīng)用具有平面和鋒利棱邊特征的定制靶標(biāo)來(lái)標(biāo)定出B軸原點(diǎn)OB的空間坐標(biāo)(X0,Y0,Z0)的方法,具有易于實(shí)現(xiàn)且適用性強(qiáng)的特點(diǎn)。定制的長(zhǎng)方體靶標(biāo)如圖2所示,該標(biāo)定靶標(biāo)由工具鋼或合金鋼制成,形狀精度良好,各個(gè)表面均為平整的亞光表面且紋理特征、表面粗糙度相近,而且其各條棱邊均為鋒利、完整的直邊。具體說(shuō)來(lái),該靶標(biāo)的三維尺寸為80 mm×40 mm×10 mm,各個(gè)表面的平面度≤2 μm、表面粗糙度Ra優(yōu)于 0.08,并且相對(duì)表面之間的平行度≤2 μm。相比于常規(guī)的球形標(biāo)定靶標(biāo),該靶標(biāo)一方面易于制作且易于達(dá)到較高的形位精度；另一方面結(jié)構(gòu)特征與攝像機(jī)的成像特點(diǎn)相契合,適用于解決視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)定問(wèn)題。

圖2 定制的長(zhǎng)方體靶標(biāo)

應(yīng)用此標(biāo)定靶標(biāo)來(lái)標(biāo)定俯仰軸(B軸)軸線位置的步驟如下:

(1)控制B軸和C軸均旋轉(zhuǎn)到各自的零位,將標(biāo)定靶標(biāo)放置于雙軸位置轉(zhuǎn)臺(tái)上,而后對(duì)靶標(biāo)的方向和姿態(tài)進(jìn)行機(jī)械找正與精密調(diào)整,使靶標(biāo)的前表面朝向攝像機(jī)且與測(cè)量系統(tǒng)的YOZ平面平行,如圖3所示。由于靶標(biāo)的上表面與其前表面垂直,則此時(shí)靶標(biāo)的上表面與XOY平面平行,調(diào)整好靶標(biāo)的方位后將其固定。將處于此狀態(tài)下的由標(biāo)定靶標(biāo)的前表面與上表面相交而成的棱邊定義為目標(biāo)棱邊,以用于后續(xù)的軸線標(biāo)定。

圖3 調(diào)整好方位后的標(biāo)定靶標(biāo)

(2)控制三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)帶動(dòng)攝像機(jī)運(yùn)動(dòng),使靶標(biāo)的前表面完全進(jìn)入到攝像機(jī)的視野中,而后通過(guò)自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)使攝像機(jī)在X軸方向上對(duì)焦于靶標(biāo)的前表面,則此時(shí)能夠觀察到最清晰的靶標(biāo)前表面圖像；然后,單獨(dú)控制Z軸使攝像機(jī)向上運(yùn)動(dòng),直到目標(biāo)棱邊出現(xiàn)在攝像機(jī)的視野中,采集此狀態(tài)下的目標(biāo)棱邊圖像,并讀取此時(shí)X、Z軸的坐標(biāo)示值為X1和Z1,如圖4所示；接下來(lái),在所采集到的圖像中通過(guò)閾值分割、邊緣檢測(cè)等步驟提取出與目標(biāo)棱邊對(duì)應(yīng)的邊緣特征,并計(jì)算該邊緣特征與圖像中心在圖像高度方向上的像素?cái)?shù)目,將其記為像素距離la(單位:pixel),再乘以每個(gè)像素所代表的物理尺寸k(單位:mm/pixel),就可以得到與la相對(duì)應(yīng)的實(shí)際距離a(單位:mm),即

圖4 B軸處于0°時(shí)采集目標(biāo)棱邊圖像

a=k·la

(1)

(3)控制B軸旋轉(zhuǎn)到90°位置,則此時(shí)靶標(biāo)的上表面朝向攝像機(jī),控制三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)帶動(dòng)攝像機(jī)運(yùn)動(dòng),使靶標(biāo)的上表面完全進(jìn)入到攝像機(jī)的視野中,然后通過(guò)自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)使攝像機(jī)在X軸方向上對(duì)焦于靶標(biāo)的上表面,則此時(shí)能夠觀察到最清晰的靶標(biāo)上表面圖像；然后單獨(dú)控制Z軸使攝像機(jī)向下運(yùn)動(dòng),直到目標(biāo)棱邊出現(xiàn)在攝像機(jī)的視野中,采集此狀態(tài)下的目標(biāo)棱邊圖像,并讀取此時(shí)X、Z軸的坐標(biāo)示值為X2和Z2,B軸處于90°時(shí)采集目標(biāo)棱邊圖像如圖5所示；接下來(lái),在圖像中提取出與目標(biāo)棱邊對(duì)應(yīng)的邊緣特征,并計(jì)算該邊緣特征與圖像中心在圖像高度方向上的像素?cái)?shù)目,將其記為像素距離lb,再乘以每個(gè)像素所代表的物理尺寸k,從而得到與lb相對(duì)應(yīng)的實(shí)際距離b,即

圖5 B軸處于90°時(shí)采集目標(biāo)棱邊圖像

b=k·lb

(2)

(4)對(duì)X1、Z1、X2、Z2、a和b進(jìn)行代數(shù)運(yùn)算,分別得到圖4和圖5中的物理距離L1、L2、L3和L4的表達(dá)式:

(3)

式中:X0和Z0分別為B軸原點(diǎn)OB的X軸坐標(biāo)分量和Z軸坐標(biāo)分量,mm；L1和L2分別表示B軸處于0°時(shí)的目標(biāo)棱邊與OB在X軸方向和Z軸方向上的物理距離,mm；L3和L4分別表示B軸處于90°時(shí)的目標(biāo)棱邊與OB在X軸方向和Z軸方向上的物理距離,mm；X1和Z1分別為攝像機(jī)采集前表面目標(biāo)棱邊圖像時(shí)的X、Z軸的坐標(biāo)示值,mm；X2和Z2分別為攝像機(jī)采集上表面目標(biāo)棱邊圖像時(shí)的X、Z軸的坐標(biāo)示值,mm；a和b分別為與像素距離la和lb相對(duì)應(yīng)的實(shí)際距離,mm。

(5)根據(jù)雙軸位置轉(zhuǎn)臺(tái)與標(biāo)定靶標(biāo)的結(jié)構(gòu)特征以及相互位置關(guān)系,由于目標(biāo)棱邊的唯一性而存在著距離約束關(guān)系L1=L4且L2=L3,如圖6所示,因而與式(3)聯(lián)立為多元一次方程組而進(jìn)行求解,即可得到B軸原點(diǎn)OB的X0坐標(biāo)和Z0坐標(biāo)的表達(dá)式,即

圖6 X0和Z0的計(jì)算原理

(4)

(5)

(6)對(duì)于B軸原點(diǎn)OB的Y0坐標(biāo),可以根據(jù)C軸軸線的原點(diǎn)坐標(biāo)來(lái)確定,在本文中,將已經(jīng)標(biāo)定出的C軸原點(diǎn)在Y軸方向上的坐標(biāo)作為B軸原點(diǎn)OB的Y0坐標(biāo),這樣就完成了俯仰軸軸線的原點(diǎn)坐標(biāo)標(biāo)定。

通過(guò)以上步驟,即可確定出B軸軸線的原點(diǎn)OB在系統(tǒng)測(cè)量空間中的三維坐標(biāo)(X0,Y0,Z0),再結(jié)合上文通過(guò)調(diào)整與找正所確定的軸線方向矢量(0,1,0),從而確定了雙軸位置轉(zhuǎn)臺(tái)的俯仰軸軸線的空間方位。

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

俯仰軸軸線位置的標(biāo)定是五軸視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),為了驗(yàn)證所提出的視覺(jué)標(biāo)定方法的可行性及精度水平。在如圖7所示的已有設(shè)備條件下,首先按照上文所述的標(biāo)定靶標(biāo)和標(biāo)定步驟,對(duì)雙軸位置轉(zhuǎn)臺(tái)的B軸在測(cè)量空間O-XYZ中的位置進(jìn)行了標(biāo)定。

在標(biāo)定過(guò)程中,首先在B軸和C軸均回零的狀態(tài)下,應(yīng)用千分表等對(duì)標(biāo)定靶標(biāo)進(jìn)行找正與調(diào)整,以使其處于正確的空間方位。然后,通過(guò)2個(gè)旋轉(zhuǎn)軸與3個(gè)直線軸之間的運(yùn)動(dòng)配合,使攝像機(jī)對(duì)焦于靶標(biāo)的前表面,并對(duì)采集到的前表面正焦圖像進(jìn)行邊緣提取與像素距離la的計(jì)算,如圖8所示；而后使攝像機(jī)對(duì)焦于靶標(biāo)的上表面,并對(duì)采集到的上表面正焦圖像進(jìn)行邊緣提取與像素距離lb的計(jì)算,如圖9所示。

根據(jù)圖8和圖9中的邊緣提取結(jié)果以及式(1)～式(5),即可解算出B軸原點(diǎn)坐標(biāo)(X0,Y0,Z0)中的X0和Z0。而對(duì)于Y0,將其取為已經(jīng)標(biāo)定出的C軸原點(diǎn)在Y軸方向上的坐標(biāo)值。為了提高位置標(biāo)定精度,按照步驟(1)～(6)連續(xù)進(jìn)行了多次標(biāo)定實(shí)驗(yàn),并將各次的標(biāo)定結(jié)果取平均后作為最終的B軸原點(diǎn)坐標(biāo),即OB(206.933 5, 254.835 5, 157.055 7),單位:mm。

圖8 采集靶標(biāo)前表面的正焦圖像并計(jì)算la

圖9 采集靶標(biāo)上表面的正焦圖像并計(jì)算lb

對(duì)于系統(tǒng)中的雙軸位置轉(zhuǎn)臺(tái),其B軸和C軸的回轉(zhuǎn)角度誤差均≤±2″。

開(kāi)始標(biāo)定前,在B軸和C軸均回零的狀態(tài)下對(duì)標(biāo)定靶標(biāo)進(jìn)行找正與調(diào)整,以使其處于正確方位,而且在整個(gè)標(biāo)定過(guò)程中C軸的轉(zhuǎn)角位置并不發(fā)生變化,因而C軸的回轉(zhuǎn)角度誤差不會(huì)對(duì)標(biāo)定結(jié)果產(chǎn)生影響。而B(niǎo)軸的回轉(zhuǎn)角度誤差會(huì)使標(biāo)定靶標(biāo)發(fā)生傾斜,但由于標(biāo)定靶標(biāo)的尺寸較小,由B軸回轉(zhuǎn)角度誤差所帶來(lái)的前表面或上表面傾斜位移≤±5 μm,可以滿足后續(xù)氣膜孔位置度的檢測(cè)精確要求。

在完成B軸原點(diǎn)位置的標(biāo)定后,還需要通過(guò)進(jìn)一步的測(cè)量實(shí)驗(yàn)對(duì)標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行正確性與精度水平的驗(yàn)證。因此,本文選取了一個(gè)長(zhǎng)方體試驗(yàn)件作為被測(cè)物,該試驗(yàn)件采用了與標(biāo)定靶標(biāo)相同的材料和制作工藝,其被測(cè)面1與被測(cè)面2之間的標(biāo)稱尺寸為60.003 mm。

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,首先在B軸和C軸均回零的狀態(tài)下,調(diào)整試驗(yàn)件的空間方位,使被測(cè)面1朝向攝像機(jī)并將其固定。應(yīng)用該測(cè)量系統(tǒng)對(duì)焦于被測(cè)面1并獲取此狀態(tài)下的坐標(biāo)示值。然后,控制B軸旋轉(zhuǎn)到90°位置,應(yīng)用該測(cè)量系統(tǒng)獲取與被測(cè)面2相對(duì)應(yīng)的棱邊的坐標(biāo)示值,而后利用B軸原點(diǎn)坐標(biāo)的標(biāo)定結(jié)果將該坐標(biāo)示值轉(zhuǎn)換為B軸轉(zhuǎn)位之前與被測(cè)面2相對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)示值,這樣就可以解算得到被測(cè)面1與被測(cè)面2之間距離的測(cè)量結(jié)果,從而與標(biāo)稱尺寸進(jìn)行比對(duì)以對(duì)標(biāo)定結(jié)果的正確性與精度水平進(jìn)行驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖10所示。保持實(shí)驗(yàn)條件相同,對(duì)該試驗(yàn)件連續(xù)進(jìn)行10次重復(fù)性測(cè)量,各次測(cè)量結(jié)果如表1所示。

圖10 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

由表1中的數(shù)據(jù)可以計(jì)算出:所測(cè)長(zhǎng)度尺寸的平均值為60.001 6 mm,標(biāo)準(zhǔn)差為0.007 2 mm,各次測(cè)量誤差均≤±0.012 mm；置信系數(shù)取為3,則單次測(cè)量的極限誤差為±0.021 6 mm。根據(jù)氣膜孔形位參數(shù)的測(cè)量要求,該系統(tǒng)的重復(fù)性精度水平能夠滿足相應(yīng)的測(cè)量公差要求。

表1 測(cè)量結(jié)果

5 結(jié) 論

搭建了氣膜孔五軸視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng),提出了一種應(yīng)用攝像機(jī)和標(biāo)定靶標(biāo)來(lái)標(biāo)定其俯仰軸軸線的空間位置的方法。在標(biāo)定過(guò)程中,首先將定制的標(biāo)定靶標(biāo)調(diào)整好方位后固定在雙軸位置轉(zhuǎn)臺(tái)上,而后通過(guò)三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)帶動(dòng)攝像機(jī)運(yùn)動(dòng),在俯仰軸處于0°和90°時(shí),分別使攝像機(jī)采集到靶標(biāo)的前表面與上表面的正焦圖像。然后,基于目標(biāo)棱邊的唯一性并通過(guò)圖像處理與代數(shù)運(yùn)算建立約束條件,最終解算出了俯仰軸軸線的原點(diǎn)OB在機(jī)器坐標(biāo)系O-XYZ中的坐標(biāo),從而完成了俯仰軸軸線位置的標(biāo)定。最后,應(yīng)用所得標(biāo)定結(jié)果對(duì)一個(gè)尺寸已知的試驗(yàn)件進(jìn)行了10次重復(fù)性測(cè)量,各次測(cè)量結(jié)果與標(biāo)稱值之間的誤差均≤±0.012 mm, 且單次測(cè)量極限誤差為±0.021 6 mm,能夠滿足氣膜孔形位參數(shù)的測(cè)量公差要求,從而驗(yàn)證了該標(biāo)定方法的可行性和有效性。