一种曲面目标空间特征及加工误差的测量装置及方法

技术领域

本发明属于曲面目标测量的技术领域，尤其涉及一种曲面目标空间特征及加工误差的测量装置，以及一种三维激光成像仪测量性能优化方法。

背景技术

本发明中的曲面目标主要指舰船外板，一般来说舰船外板在成型过程中需要对弯曲度等空间特征以及尺寸误差等加工误差进行严格控制，目前主要采用卡板和样箱等方法测量舰船外板成型过程中的空间特征和尺寸误差。

采用卡板和样箱的方式对舰船外板成型过程中的空间特征和尺寸误差进行测量，存在以下缺陷：

1、精度低、速度慢；

2、卡板和样箱重复利用率低，造成资源浪费严重。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种曲面目标空间特征及加工误差的测量装置，其能够准确、迅速地测量曲面目标空间特征和尺寸误差。

本发明的技术方案是：这种曲面目标空间特征及加工误差的测量装置，其包括：命令模块(1)、数据模块(2)、参数配置模块(3)、缓存模块(4)、上位机(5)；

命令模块包括：命令缓存单元(101)，命令处理单元(102)，功能选择单元(103)；数据模块(2)包括DCS缓存单元(201)，图像增强单元(202)，解算单元(203)和数据缓存单元(204)；命令模块(1)与数据模块(2)相连，参数配置模块(3)与数据模块(2)相连，缓存模块(4)分别与DCS缓存单元(201)、图像增强单元(202)、数据缓存单元连接(204)，上位机(5)分别与命令缓存单元(101)和数据缓存单元(204)连接；

装置时刻采集灰度信息，当检测到标志点时，转换为距离采集模式并将距离信息传送至上位机，实现对曲面目标空间特征及加工误差测量。

本发明通过命令模块与数据模块相连，参数配置模块与数据模块相连，缓存模块分别与DCS缓存单元、图像增强单元、数据缓存单元连接，上位机分别与命令缓存单元和数据缓存单元连接，根据曲面目标最远端与装置间的距离d，计算出激光调制频率f，确保曲面目标处于装置景深内，启动灰度采集模式，将标志点粘贴至被测物体开始和结束端，不间断采集灰度信息，当同时检测到两个标志点时，表明被测物体已完全处于视场内，图像增强单元读取增强参数，启动距离采集模式，在DCS缓存单元中，DCS信息传输给图像增强单元进行下一步处理，同时传输给缓存模块进行备份，图像增强单元根据配置从DCS缓存模块读取当前帧DCS信息，从缓存模块读取历史帧DCS信息并进行处理，处理后的结果同时传输给缓存模块和距离解算单元，距离解算单元进行距离信息解算，通过数据缓存单元传输至缓存模块，缓存模块将距离信息传输至上位机，上位机根据得到的距离信息进行计算，获得三维尺寸信息，并且对三维尺寸信息进行去噪、滤波处理，计算出相关空间特征，包括：曲面弯曲度、曲面面积、曲面法线；以及加工误差，包括：尺寸误差、形状误差、位置误差，因此能够准确、迅速地测量曲面目标空间特征和尺寸误差。

还提供了一种三维激光成像仪测量性能优化方法，其包括以下步骤：

(1)上位机请求测试数据包，数据模块根据公式(1)产生数据包并发送至上位机，若检测无误则进行步骤(2)，若数据无法匹配则检查电气连接性是否正常，数据连接性是否良好，排除故障后重复步骤(1)；

(2)根据曲面目标最远端与装置间的距离d，计算出激光调制频率f，确保曲面目标处于装置景深内，启动灰度采集模式；

(3)将标志点粘贴至被测物体开始和结束端，不间断采集灰度信息，当同时检测到两个标志点时，表明被测物体已完全处于视场内，图像增强单元读取增强参数，启动距离采集模式；

(4)在DCS缓存单元中，DCS信息传输给图像增强单元进行下一步处理，同时传输给缓存模块进行备份，图像增强单元根据配置从DCS缓存模块读取当前帧DCS信息，从缓存模块读取历史帧DCS信息并进行处理，处理后的结果同时传输给缓存模块和距离解算单元；

(5)距离解算单元进行距离信息解算，通过数据缓存单元传输至缓存模块，缓存模块将距离信息传输至上位机；

(6)上位机根据得到的距离信息进行计算，获得三维尺寸信息，并且对三维尺寸信息进行去噪、滤波处理；

(7)根据步骤(6)得到的三维尺寸信息，计算出相关空间特征，包括：曲面弯曲度、曲面面积、曲面法线；以及加工误差，包括：

尺寸误差、形状误差、位置误差。

附图说明

图1为根据本发明的曲面目标空间特征及加工误差的测量装置的工作原理示意图。

图2为根据本发明的伪随机代码生成原理图。

图3为根据本发明的相位计算方法流程图。

图4为根据本发明的标志点示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。

如图1所示，这种曲面目标空间特征及加工误差的测量装置，其包括：命令模块1、数据模块2、参数配置模块3、缓存模块4、上位机5；

命令模块包括：命令缓存单元101，命令处理单元102，功能选择单元103；数据模块2包括DCS缓存单元201，图像增强单元202，解算单元203和数据缓存单元204；命令模块1与数据模块2相连，参数配置模块3与数据模块2相连，缓存模块4分别与DCS缓存单元201、图像增强单元202、数据缓存单元连接204，上位机5分别与命令缓存单元101和数据缓存单元204连接；

装置时刻采集灰度信息，当检测到标志点时，转换为距离采集模式并将距离信息传送至上位机，实现对曲面目标空间特征及加工误差测量。

本发明通过命令模块与数据模块相连，参数配置模块与数据模块相连，缓存模块分别与DCS缓存单元、图像增强单元、数据缓存单元连接，上位机分别与命令缓存单元和数据缓存单元连接，根据曲面目标最远端与装置间的距离d，计算出激光调制频率f，确保曲面目标处于装置景深内，启动灰度采集模式，将标志点粘贴至被测物体开始和结束端，不间断采集灰度信息，当同时检测到两个标志点时，表明被测物体已完全处于视场内，图像增强单元读取增强参数，启动距离采集模式，在DCS缓存单元中，DCS信息传输给图像增强单元进行下一步处理，同时传输给缓存模块进行备份，图像增强单元根据配置从DCS缓存模块读取当前帧DCS信息，从缓存模块读取历史帧DCS信息并进行处理，处理后的结果同时传输给缓存模块和距离解算单元，距离解算单元进行距离信息解算，通过数据缓存单元传输至缓存模块，缓存模块将距离信息传输至上位机，上位机根据得到的距离信息进行计算，获得三维尺寸信息，并且对三维尺寸信息进行去噪、滤波处理，计算出相关空间特征，包括：曲面弯曲度、曲面面积、曲面法线；以及加工误差，包括：尺寸误差、形状误差、位置误差，因此能够准确、迅速地测量曲面目标空间特征和尺寸误差。

优选地，所述数据模块的解算单元包含两种解算模式：距离解算模式和灰度解算模式，其中距离解算模式获取作为距离信息的深度图像；灰度解算模式获取同视场下的作为强度信息的二维灰度图像，两种模式均为实时获取信息。

优选地，所述命令模块1的功能选择单元执行6个工作，分别为数据包测试、DCS原始数据传输、灰度信息传输、深度信息传输；其中数据包测试模式由9级移位寄存器生成伪随机代码，生成方法根据如公式(1)、(2)、(3)：

其中，

优选地，所述装置的激光调制频率，根据公式(4)获得：

其中，f为激光调制频率，c为光速，d为曲面目标最远端与装置间的距离。

优选地，根据灰度信息提取标志点，判断被测目标是否处于装置视场内。

优选地，所述数据模块2的图像增强模块202根据参数配置模块4中的图像增强参数配置。

优选地，所述缓存模块4中同时与DCS缓存单元201、图像增强单元202和数据缓存单元204连接，并且在时间上资源调配分时复用，空间上存储资源互不干涉。

还提供了一种三维激光成像仪测量性能优化方法，其包括以下步骤：

(1)上位机请求测试数据包，数据模块根据公式(1)产生数据包并发送至上位机，若检测无误则进行步骤(2)，若数据无法匹配则检查电气连接性是否正常，数据连接性是否良好，排除故障后重复步骤(1)；

(2)根据曲面目标最远端与装置间的距离d，计算出激光调制频率f，确保曲面目标处于装置景深内，启动灰度采集模式；

(3)将标志点粘贴至被测物体开始和结束端，不间断采集灰度信息，当同时检测到两个标志点时，表明被测物体已完全处于视场内，图像增强单元读取增强参数，启动距离采集模式；

(4)在DCS缓存单元中，DCS信息传输给图像增强单元进行下一步处理，同时传输给缓存模块进行备份，图像增强单元根据配置从DCS缓存模块读取当前帧DCS信息，从缓存模块读取历史帧DCS信息并进行处理，处理后的结果同时传输给缓存模块和距离解算单元；

(5)距离解算单元进行距离信息解算，通过数据缓存单元传输至缓存模块，缓存模块将距离信息传输至上位机；

(6)上位机根据得到的距离信息进行计算，获得三维尺寸信息，并且对三维尺寸信息进行去噪、滤波处理；

(7)根据步骤(6)得到的三维尺寸信息，计算出相关空间特征，包括：曲面弯曲度、曲面面积、曲面法线；以及加工误差，包括：

尺寸误差、形状误差、位置误差。

优选地，如图3所示，所述步骤(5)中通过查找表和迭代器相结合实现反正切计算相位，根据公式(5)进行距离解算

其中，d为距离，c为光速，f为激光调制频率，

优选地，所述步骤(7)中，鉴于曲面目标测量所得的三维尺寸信息，建立曲面目标空间模型，根据空间模型计算曲面目标的相关空间特征；鉴于已知曲面目标的三维尺寸信息，通过将其与测量得到的三维尺寸信息进行比对，计算出曲面目标加工过程中产生的误差。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。