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【0527-88266222】、【17768165506】。 四川省,樂山市,犍為縣 犍為縣，隸屬四川省樂山市，位于川西平原西南邊緣，有“蜀西門戶”之譽。地處北緯29°1′2″至29°27′47″，東經(jīng)103°43′35″至104°11′48″。北鄰樂山市五通橋區(qū)、沙灣區(qū)、井研縣，東連宜賓、自貢兩市，西南毗鄰沐川，面積1375.4平方公里，轄15個鎮(zhèn)。犍為屬于亞熱帶濕潤性氣候區(qū)。根據(jù)第七次人口普查數(shù)據(jù)，截至2020年11月1日零時，犍為縣常住人口416673人。
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光學(xué)坐標(biāo)測量系統(tǒng)在無縫鋼管生產(chǎn)中的應(yīng)用
檢測技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)之一，是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)強調(diào)實時、在線、非接觸檢測，確保對生產(chǎn)過程實現(xiàn)控制，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的合格率，這是許多傳統(tǒng)檢測手段無法提供的。
由線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器和CMM（C00rd1nate Measur1ng Mach1ne，三坐標(biāo)測量機）組成的光學(xué)坐標(biāo)測量系統(tǒng)用于產(chǎn)品檢測具有非接角、速度快、精度合適、現(xiàn)場抗干擾能力強等優(yōu)點，能很好地滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的需求。
一、光學(xué)坐標(biāo)測量系統(tǒng)原理
線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器實質(zhì)上是二維坐標(biāo)傳感系統(tǒng)，測量時由精密的伺服機構(gòu)驅(qū)動，對被測物體進行掃描以獲得檢測系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)。集成系統(tǒng)利用二維視覺傳感器進行三維測量，原理圖如圖1所示。其中視覺傳感器提供YS和ZS方向的坐標(biāo)值，即傳感器坐標(biāo)平面；XS坐標(biāo)由CMM給出，即CMM的運動方向。在視覺傳感器中所用的線光源可由半導(dǎo)體激光器光束經(jīng)圓柱面鏡反射擴展而成，能量接受器彩面陣式CCD攝像機。
二、光學(xué)坐標(biāo)測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架
基于線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器光學(xué)坐標(biāo)測量系統(tǒng)的主要設(shè)備有：CMM和線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器集成測量系統(tǒng)；驅(qū)動CMM集成系統(tǒng)的伺服機構(gòu)；PC機（下位機）以及工作站（上位機）等。測量時將視覺傳感器固定在CMM的橫梁滑塊上，在CMM精密伺服機的驅(qū)動下可以在CMM的X-Y坐標(biāo)平面上運動，實現(xiàn)對被測物體的掃描。系統(tǒng)各部分之間的指令與各種信息的傳遞通過計算機網(wǎng)絡(luò)完成。其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
三、無縫鋼管直線度和截面在線檢測系統(tǒng)
1、 基本原理
無縫鋼管是一類重要的工業(yè)產(chǎn)品，在反映無縫鋼管質(zhì)量的參數(shù)中，鋼管直線度及截面尺寸是主要的幾何參數(shù)。這兩個參數(shù)的在線檢測意義重大，是控制無縫鋼管制造質(zhì)量的關(guān)鍵。現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)已能實現(xiàn)無縫鋼管的大批量規(guī)模生產(chǎn)，但無縫鋼管直線度、截面尺寸的率檢測一直沒有得到很好的解決，原因可歸結(jié)為：無縫鋼管的制造環(huán)境惡劣，不允許采用接觸式的測量方法：無縫鋼管的空間尺寸大，大型無縫鋼管長度達十幾米，要求檢測系統(tǒng)具備很大的測量空間。基于線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的光學(xué)坐標(biāo)則量系統(tǒng)能夠 對無縫鋼管的直線度及截面尺寸進行較為拓線測量，其檢測原理圖如圖3所示。
由線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器組成檢測系統(tǒng)，傳感器的線結(jié)構(gòu)光投射器的光平面和被測鋼管相交，得到鋼管截面的部分圓周，通過調(diào)整傳感器的視覺角度，從而得到整個圓周的表面數(shù)據(jù)，這些表面數(shù)據(jù)由圖像采集卡采集，再通過計算機系統(tǒng)進行擬合計算，得到該截面的尺寸和截面圓心的位置。在CMM的移動方向上傳感器順序測量無縫鋼管的多個截面，綜合多組數(shù)據(jù)得到無縫鋼管的直線度和截面尺寸。
2、控制系統(tǒng)模型的建立
該系統(tǒng)主要有四個功能模塊組成：集成測量系統(tǒng)建模、視覺傳感器測量視角規(guī)劃、測量數(shù)據(jù)的預(yù)處理、多視角測量數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)與拼接。其系統(tǒng)流程圖如圖4所示。
集成測量系統(tǒng)建模
集成測量系統(tǒng)建模主要包括兩個方面：
①視覺傳感器映射模型的建立；
②將視覺傳感器集成到CMM測量坐標(biāo)系下，實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)由視覺傳感器窨相對坐標(biāo)系到CMM測量坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換[1]。其中視覺傳感器的映射模型（攝像機的映射模型）建立如下：
其中：（ZW，YW，ZW）-全局坐標(biāo)系；
（XS，YS，ZS）-攝像機坐標(biāo)系；
R-兩坐標(biāo)系之間的旋轉(zhuǎn)正交矩陣，由攝像機在空間的三個方位角ψ、φ、θ確定；
T-攝像機光心在空間坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。
若令圖像坐標(biāo)平面為X-Y，像素坐標(biāo)為（x,y）,圖像坐標(biāo)系坐標(biāo)原點的坐標(biāo)為（x0,y0）,fx、fy是橫縱CCD陣列的放大比例函數(shù)，則可以得到圖像坐標(biāo)與攝像機之間的關(guān)系式[4]：
第二部分統(tǒng)一坐標(biāo)系模型如下：
其中：Cn-齊次形式的攝像機坐標(biāo)；
P-透視變換矩陣；
Wn-表示對應(yīng)的齊次坐標(biāo)。
視覺傳感器視角規(guī)劃
視覺傳感器視角規(guī)劃問題的提出主要是因為線結(jié)構(gòu)傳感器只能測量無縫鋼管某一個截面的部分表面，因此必須調(diào)整傳感器的角度，從不同角度對無縫鋼管的截面進行測量，以獲得覆蓋整個截面的數(shù)據(jù)[2]。這要求在滿足測量精度的前提下，以少的測量視角對物體進行掃描。
圖像的預(yù)處理
由于對無縫鋼管截面部分圓周掃描得到數(shù)據(jù)是由排列密集、雜亂的數(shù)據(jù)點所組成的整個測量數(shù)據(jù)之間沒有明顯的拓?fù)潢P(guān)系，無法直接在該系統(tǒng)現(xiàn)有的商品化CAD系統(tǒng)中建立模型，因此必須對測得的數(shù)據(jù)進行分割預(yù)處理，生成規(guī)范的網(wǎng)格數(shù)據(jù)，滿足CAD建模的要求。因為對鋼管截面的擬合得到的是一個封閉的輪廓可采用邊緣檢出法進行分割，其數(shù)學(xué)模型如下：
多視角測量數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)與拼接
就是通過坐標(biāo)變換的方法將不同坐標(biāo)系下的數(shù)據(jù)點集轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一的坐標(biāo)系下，在此基礎(chǔ)上將配準(zhǔn)后的數(shù)據(jù)拼接成完整的數(shù)據(jù)[3]。
四、結(jié)束語
基于線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的光學(xué)坐標(biāo)測量系統(tǒng)用于無縫鋼管的生產(chǎn)中，能較為的測量出所需參數(shù)，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量，滿足生產(chǎn)的需求。（end）
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