基于多維度大圓投影中心合一的大型高速回轉裝備轉子球面輪廓測量方法技術

基于多維度大圓投影中心合一的大型高速回轉裝備轉子球面輪廓測量方法，屬于精密測量與儀器技術領域；該方法包括以下步驟：通過調整上擺臺(3)、下擺臺(2)、回轉臺(1)改變被測球(7)到不同位姿處，遠心背光光源(8)投射光束至被測球(7)表面，通過遠心鏡頭(6)在相機(5)中成像，獲得對應位置大圓投影圖像；進行濾波處理和邊緣數據提取，得到邊緣數據點集，擬合大圓輪廓，得到大圓圓心；將所有大圓的邊緣數據點集進行坐標變換，獲得整個球面輪廓數據；進行球面輪廓擬合和參數評定，獲得球面輪廓測量結果；本發明專利技術實現了球面輪廓多維度測量，避免了調整環節多、對心困難的問題，提高了球面輪廓測量精度。廓測量精度。廓測量精度。

【技術實現步驟摘要】
基于多維度大圓投影中心合一的大型高速回轉裝備轉子球面輪廓測量方法


[0001]本專利技術屬于精密測量與儀器
，特別涉及一種基于多維度大圓投影中心合一的大型高速回轉裝備轉子球面輪廓測量方法。

技術介紹

[0002]轉子是大型高速回轉裝備中的關鍵部件，廣泛應用于航空航天、儀器儀表等領域。在機械系統中，轉子的球面輪廓誤差會造成干擾力矩，從而引起不同程度的振動，導致精密元件的導向精度降低，直接影響設備的使用性能，因此，現代工藝對轉子球面輪廓的測量精度要求越來越高。隨著轉子需求量日益增多，對球面輪廓測量效率的要求也不斷提高。因此，開展球面輪廓精密測量方法研究，對球面輪廓信息進行準確評定，對于提升系統的整體性能有著重要的作用。
[0003]目前較為常用的球面輪廓測量方法是利用接觸式傳感器進行測量。接觸式測量方法大多為斷續測量，單圈測量點數少，且由于受接觸式測頭影響，通常僅能測量上半球面，使得測量精度不能滿足球面輪廓測量需求。加之接觸式測量儀器存在工作效率低、測頭易磨損和易損傷被測工件表面等缺點，難以滿足實際生產中對大型高速回轉裝備轉子的測量需求。
[0004]文獻(Liu F,Xu G,Zhang Q,et al.An intersecting chord method for minimum circumscribed sphere and maximum inscribed sphere evaluations of sphericity error[J].Meas.Sci.Technol.26(2015)115005.)采用了三坐標機對高速車削中心加工的球臺進行實際測量，采用了交叉法評定整體的球面輪廓。
[0005]專利CN114152236A“一種基于球坐標球面輪廓儀的高精度球面輪廓測量方法”，提出了一種基于球坐標球面輪廓儀的高精度球面輪廓測量方法。調節輔助對心裝置上的標準圓柱體的回轉軸線與臥式主軸回轉軸線同軸；利用輔助對心裝置使非接觸式位移傳感器測量軸線與高精度臥式主軸回轉軸線垂直相交；換成被測球，根據路徑規劃即可測量球體的經、緯線、或任意路徑的數據。該方法實現了高精度球坐標球面輪廓儀空間三維方向的對心，但在測量時需要多次調節輔助對心裝置，調整復雜，操作繁瑣，耗時較長。
[0006]綜合分析以上方法，已有球面輪廓測量方法仍存在很大的局限性。大多接觸測量方法的測量精度不能完全滿足精密球面輪廓測量的測量需求。球坐標測量方法理論上有更高的精度，但在實際操作過程中，存在調整環節多，對心困難等問題，極大地影響了球面輪廓測量精度與效率。

技術實現思路

[0007]針對現有技術存在的問題，本專利技術公開了一種基于多維度大圓投影中心合一的大型高速回轉裝備轉子球面輪廓測量方法。該方法通過上擺臺、下擺臺和回轉臺調整被測球位姿，同時采用遠心背光成像技術測得多維度球面大圓圖像數據，對采集到的多維度球面
大圓圖像數據進行處理，得到被測球的球面輪廓測量結果。本專利技術通過背光成像和多維度大圓中心對齊的方法，提高了球面輪廓測量精度，同時避免了調整環節多、對心困難導致測量效率低的問題。
[0008]本專利技術的技術方案是：
[0009]一種基于多維度大圓投影中心合一的大型高速回轉裝備轉子球面輪廓測量方法，該方法包括以下步驟：
[0010]1)將下擺臺置于回轉臺的中心，上擺臺置于下擺臺的中心，球座置于上擺臺的中心，被測球固定于球座上；
[0011]2)首先，上擺臺帶動被測球繞上擺臺的擺軸擺動到角度α1的位置；然后，下擺臺帶動被測球繞下擺臺的擺軸擺動到角度β1的位置；接著，回轉臺帶動被測球繞回轉臺的轉軸依次旋轉到角度γ1，γ2，γ3，
…
，γ
Q
的位置，Q為整數；遠心背光光源投射光束至被測球的表面，通過遠心鏡頭在相機中成像，并分別在γ1，γ2，γ3，
…
，γ
Q
位置進行測量采樣，獲得測量數據組P1×1×
k
，k＝1,2,
…
,Q；
[0012]3)上擺臺保持在角度α1的位置不動，下擺臺帶動被測球繞下擺臺的擺軸擺動到角度β2的位置；回轉臺帶動被測球繞回轉臺的轉軸依次旋轉到角度γ1，γ2，
…
，γ
Q
的位置；遠心背光光源投射光束至被測球的表面，通過遠心鏡頭在相機中成像，并分別在γ1，γ2，γ3，
…
，γ
Q
位置進行測量采樣，獲得測量數據組P1×2×
k
，k＝1,2,
…
,Q；
[0013]4)上擺臺保持在角度α1的位置，下擺臺帶動被測球繞下擺臺的擺軸依次擺動到角度β3，β4，
…
，β
N
的位置，N為整數；回轉臺帶動被測球繞回轉臺的轉軸依次旋轉到角度γ1，γ2，
…
，γ
Q
的位置；遠心背光光源投射光束至被測球的表面，通過遠心鏡頭在相機中成像，并分別在對應位置進行測量采樣，獲得測量數據組P1×
j
×
k
，j＝3,4,
…
,N，k＝1,2,
…
,Q；
[0014]5)采用步驟2)至步驟4)相似方法，上擺臺帶動被測球繞上擺臺的擺軸擺動到角度α2的位置；下擺臺帶動被測球繞下擺臺的擺軸依次擺動到角度β1，β2，
…
，β
N
的位置；回轉臺帶動被測球繞回轉臺的轉軸依次旋轉到角度γ1，γ2，
…
，γ
Q
的位置；遠心背光光源投射光束至被測球表面，通過遠心鏡頭在相機中成像，并分別在對應位置進行測量采樣，獲得測量數據組P2×
j
×
k
，j＝1,2,
…
,N，k＝1,2,
…
,Q；
[0015]6)上擺臺帶動被測球繞上擺臺的擺軸依次擺動到角度α3，α4，
…
，α
M
的位置，M為整數；下擺臺帶動被測球繞下擺臺的擺軸依次擺動到角度β1，β2，
…
，β
N
的位置；回轉臺帶動被測球繞回轉臺的轉軸依次旋轉到角度γ1，γ2，
…
，γ
Q
的位置；遠心背光光源投射光束至被測球表面，通過遠心鏡頭在相機中成像，并分別在對應位置進行測量采樣，獲得測量數據組P
i
×
j
×
k
，i＝3,4,
…
,M，j＝1,2,
…
,N，k＝1,2,
…
,Q；
[0016]7)通過步驟2)至步驟6)，共測得M
×
N
×
Q組球面大圓圖像數據，球面大圓圖像數據處于yoz平面上；
[0017]8)對采集到的球面大圓圖像數據進行濾波處理；
[0018]9)對濾波后的球面大圓圖像數據進行邊緣數本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種基于多維度大圓投影中心合一的大型高速回轉裝備轉子球面輪廓測量方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：1)將下擺臺(2)置于回轉臺(1)的中心，上擺臺(3)置于下擺臺(2)的中心，球座(4)置于上擺臺(3)的中心，被測球(7)固定于球座(4)上；2)首先，上擺臺(3)帶動被測球(7)繞上擺臺(3)的擺軸(A)擺動到角度α1的位置；然后，下擺臺(2)帶動被測球(7)繞下擺臺(2)的擺軸(B)擺動到角度β1的位置；接著，回轉臺(1)帶動被測球(7)繞回轉臺(1)的轉軸(C)依次旋轉到角度γ1，γ2，γ3，
…
，γ
Q
的位置，Q為整數；遠心背光光源(8)投射光束至被測球(7)的表面，通過遠心鏡頭(6)在相機(5)中成像，并分別在γ1，γ2，γ3，
…
，γ
Q
位置進行測量采樣，獲得測量數據組P1×1×
k
，k＝1,2,
…
,Q；3)上擺臺(3)保持在角度α1的位置不動，下擺臺(2)帶動被測球(7)繞下擺臺(2)的擺軸(B)擺動到角度β2的位置；回轉臺(1)帶動被測球(7)繞回轉臺(1)的轉軸(C)依次旋轉到角度γ1，γ2，
…
，γ
Q
的位置；遠心背光光源(8)投射光束至被測球(7)的表面，通過遠心鏡頭(6)在相機(5)中成像，并分別在γ1，γ2，γ3，
…
，γ
Q
位置進行測量采樣，獲得測量數據組P1×2×
k
，k＝1,2,
…
,Q；4)上擺臺(3)保持在角度α1的位置，下擺臺(2)帶動被測球(7)繞下擺臺(2)的擺軸(B)依次擺動到角度β3，β4，
…
，β
N
的位置，N為整數；回轉臺(1)帶動被測球(7)繞回轉臺(1)的轉軸(C)依次旋轉到角度γ1，γ2，
…
，γ
Q
的位置；遠心背光光源(8)投射光束至被測球(7)的表面，通過遠心鏡頭(6)在相機(5)中成像，并分別在對應位置進行測量采樣，獲得測量數據組P1×
j
×
k
，j＝3,4,
…
,N，k＝1,2,
…
,Q；5)采用步驟2)至步驟4)相似方法，上擺臺(3)帶動被測球(7)繞上擺臺(3)的擺軸(A)擺動到角度α2的位置；下擺臺(2)帶動被測球(7)繞下擺臺(2)的擺軸(B)依次擺動到角度β1，β2，
…
，β
N
的位置；回轉臺(1)帶動被測球(7)繞回轉臺(1)的轉軸(C)依次旋轉到角度γ1，γ2，
…
，γ
Q
的位置；遠心背光光源(8)投射光束至被測球(7)表面，通過遠心鏡頭(6)在相機(5)中成像，并分別在對應位置進行測量采樣，獲得測量數據組P2×
j
×
k
，j＝1,2,
…
,N，k＝1,2,
…
,Q；6)上擺臺(3)帶動被測球(7)繞上擺臺(3)的擺軸(A)依次擺動到角度α3，α4，
…
，α
M
的位置，M為整數；下擺臺(2)帶動被測球(7)繞下擺臺(2)的擺軸(B)依次擺動到角度β1，β2，
…
，β
N
的位置；回轉臺(1)帶動被測球(7)繞回轉臺(1)的轉軸(C)依次旋轉到角度γ1，γ2，
…
，γ
Q
的位置；遠心背光光源(8)投射光束至被測球(7)表面，通過遠心鏡頭(6)在相機(5)中成像，并分別在對應位置進行測量采樣，獲得測量數據組P
i
×
j
×
k
，i＝3,4,
…
,M，j＝1,2,
…
,N，k＝1,2,
…
,Q；7)通過步驟2)至步驟6)，共測得M
×
N
×
Q組球面大圓圖像數據，球面大圓圖像數據處于yoz平面上；8)對采集到的球面大圓圖像數據進行濾波處理；9)對濾波后的球面大圓圖像數據進行邊緣數據提取，得到邊緣數據點集，擬合出球面大圓輪廓，得到球面大圓的圓心E1，E2，
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【專利技術屬性】
技術研發人員：黃景志，連冬杉，楊潤澤，劉永猛，譚久彬，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學，
類型：發明
國別省市：