一种壁板类零件的2D测量装置及图像采集方法与流程

一种壁板类零件的2d测量装置及图像采集方法
技术领域
1.本发明属于零件测量技术领域,尤其涉及是一种壁板类零件的2d测量装置及图像采集方法。


背景技术：

2.飞机壁板类零件在飞机零件数量中占比较大，且尺寸大、特征多，该类零件的精度直接影响飞机的装配工艺。传统的三坐标测量机、测量臂等测量方法是通过接触式采集散点与理论数模对比得到其尺寸精度。这种传统的测量方法存在实施的局限性，特别是针对某些空间尺寸较小的特征边缘，如直角边缘，采用传统测量方法时测量探头无法接触特征边导致特征边缘无法测量，因此传统的接触式测量方法不仅效率低，而且不能实现零件特征尺寸的全要素检测。
3.对此，现有技术中存在部分非接触式数字化检测，如公开号为cn113335557b的中国发明专利公开的“一种飞机机身表面装配质量数字化检测方法及系统”，基于表面质量检测仪ⅰ、跟踪式三维扫描单元等数字化检测工具，结合测量机械臂ⅰ等运动定位设备实现对飞机机身表面装配质量的数字化检测，包括连接件钉头凹凸量、蒙皮对缝阶差间隙，其测量精度高、测量可达性好，同时能够将检测结果投影到对应的检测区域，保证了飞机表面装配质量的可追溯性。但该技术方案还存在以下问题：
4.1)其是对立体设备的三维扫描，不适用于平面被测物的2d测量；
5.2)没有固定机构，不能对易弯曲的平面被测物进行精准测量；
6.3)其在测量的过程中，存在被测物和多个测量设备等的多向运动，没有严格标准化的定位规则，图像拼接误差大，后台数据处理难度大，达不到平面被测物所需的测量精度。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于针对上述现有技术中存在的不足，提出一种壁板类零件的2d测量装置及图像采集方法，适用于(飞机)壁板类零件特征边缘尺寸检测。
8.实现上述目的所采用的技术方案如下：
9.一种壁板类零件的2d测量装置，包括上位机、控制柜、真空检测平台、龙门机构和视觉测量机构；所述真空检测平台包括框架平台，框架平台上布设有用于吸附固定被测零件的真空机构；所述龙门机构包括龙门架和两条相互平行的轨道机构；轨道机构安装于所述框架平台上，龙门架的两端分别与两条滑轨机构连接；龙门框架上安装有驱动机构，驱动机构与所述控制柜电连接，用于控制龙门架在轨道机构上滑行；所述视觉测量机构包括图像采集机构、照明灯和若干视觉靶标；照明灯安装于所述龙门架上，并与控制柜电连接；图像采集机构与控制柜通讯连接，包括有若干安装于龙门架上、用于采集数据的ccd相机；所有视觉靶标分为两组，分别沿两条轨道机构的延伸方向等距间隔设置；所述控制柜与上位机通讯连接，用于接收上位机的控制命令，以及向上位机回传采集数据。
10.优选的，所述真空机构包括若干真空接头以及开设于框架平台表面的网状导气槽；真空接头布设于框架平台上，用于接入外部空气压缩设备；网状导气槽中分布设置有若干直通气管接头，网状导气槽与直通气管接头导通设置，直通气管接头通过导气管与真空接头接通。
11.优选的，所述网状导气槽划分为若干个网格单元，不同网格单元之间互不相通，一个网格单元中至少设置有一个直通气管接头，一个网格单元对应至少一个真空接头，每个真空接头只与其对应的一个网格单元中的直通气管接头接通。
12.优选的，所述框架平台的底部布设有至少四个万向刹车轮。
13.优选的，所述框架平台的四周布设有手柄式支脚。
14.优选的，所述滑轨机构包括齿轮单元、导轨架以及与导轨架平行设置的齿条，导轨架的两端设置有限位块；齿轮单元与齿条相互啮合，所述龙门架与导轨架滑动连接，所述驱动机构通过齿轮单元与齿条传动连接。
15.基于上述一种壁板类零件的2d测量装置，本技术方案提出一种壁板类零件的图像采集方法，包括以下步骤：
16.根据2d测量装置的尺寸准备n个ccd相机构成图像采集机构，并将该n个ccd相机呈“一”字型等距间隔布设于龙门架上；其中，n≥2；
17.将被测零件放置于真空检测平台上，并利用真空机构将被测零件进行铺平固定；
18.将轨道机构的一端作为起始位置，另一端作为末端位置；将龙门架移动至起始位置，建立2d测量装置的初始坐标系，并基于初始坐标系对所有ccd相机进行标定；
19.预设图像采集机构拍摄条件，并根据该条件设定龙门架单次移动距离；
20.利用控制柜通过驱动机构控制龙门架从起始位置开始，沿轨道机构按单次移动距离间歇性移动，直至龙门架移动到末端位置；在此期间，利用图像采集机构根据龙门架在轨道机构上的停留，对被测零件进行分段图像数据采集，并记录当前所采图像的坐标数据；
21.将图像采集机构中所有ccd相机采集到的图像数据与对应的坐标数据一同打包，通过控制柜上传至上位机；
22.利用上位机按照坐标数据对图像数据进行拼接，即完成被测零件的图像采集。
23.优选的，所述初始坐标系包括以图像采集机构中所有ccd相机的焦点为原点分别建立的坐标系；第1个ccd相机基于自身对应的坐标系为参考坐标系进行标定，第i个ccd相机以第i-1个ccd相机对应的坐标系为参考坐标系进行标定；其中，1＜i≤n，i∈z。
24.优选的，所述图像采集机构拍摄条件包括：在对被测零件进行分段图像采集的过程中，龙门架在轨道机构上的每次停留，相应ccd相机拍摄到至少3个视觉靶标，且龙门架在轨道机构上停留的任意两个相邻位置上，相应ccd相机在前一个位置拍摄到的最后一个视觉靶标，是该ccd相机在后一个位置拍摄到的第一个视觉靶标。
25.优选的，所述单次移动距离包括初始移动距离d和实际移动距离δt
(m-1)m
；其中：
[0026][0027]
f为ccd相机镜头的焦距，h为ccd悬挂的高度，h为ccd相机的宽度，l为被测零件沿轨道机构延伸方向的长度，c为同一个ccd相机在相邻位置采集图像的重叠系数；m表示龙门
架在轨道机构上所停留位置的序号，δt
(m-1)m
表示龙门架在轨道机构上从第m-1个停留位置到第m个停留位置的移动距离；
[0028]
当m＝1时，δt
0，1
＝d，为龙门架在轨道机构上从起始位置到第1个停留位置的移动距离；
[0029]
当m＞1时，
[0030][0031][0032]
δt
m-1
表示第一个ccd相机随龙门架从第m-1个停留位置移动到第m个停留位置的距离；δt
′
m-1
表示第n个ccd相机随龙门架从第m-1个停留位置移动到第m个停留位置的距离；和都表示旋转矩阵。
[0033]
本发明的有益效果：
[0034]
1)本技术方案主要针对大尺寸壁板类零件的特征边缘检测，从2d图像拼接的角度出发，提出了一种包含了真空检测平台、龙门机构和视觉测量机构的2d测量装置。该2d测量装置通过设置真空检测平台作为对被测零件的固定机构，实现了被测零件进行柔性固定，操作快速便捷的同时，最大限度的避免了机械损伤，并且能使得被测零件充分铺平，确保后期2d图像采集的准确性，进一步确保测量结果精准性；该装置针对被测零件尺寸大的问题，在视觉测量机构设置多个ccd相机对被测零件进行横向(ccd相机的排列方向)分区图像采集，并通过龙门机构移动视觉测量机构，实现纵向(龙门机构的移动方向)分区采集，最终将采集到的所有图像数据根据坐标数据进行拼接，进一步实现大尺寸壁板类零件的特征边缘检测。综上所述，本技术方案提出的2d测量装置，具备可靠的零件固定条件和图像分区采集条件，是为平面被测物的2d测量专门设置。
[0035]
2)本技术方案将网状导气槽划分为若干个网格单元，每个网格单元可被独立控制，使得本技术方案提出的2d测量装置适用于不同尺寸和不同材质的被测零件，提高了2d测量装置的通用性。
[0036]
3)本技术方案通过设置万向刹车轮，使得2d测量装置便于移动和固定；进一步的，通过设置手柄式支脚，提高了本技术方案对应用场景的适用性。
[0037]
4)本技术方案基于2d测量装置提出了一种壁板类零件的图像采集方法，该方法采用多个固定的ccd相机配合并排进行图像采集，整个图像采集的过程中，只利用龙门架整体移动所有的ccd相机，避免了因设备和/或被测零件的多向运动而出现测量误差以及增加后续数据处理难度。
[0038]
5)本技术方案提出的一种壁板类零件的图像采集方法，制定了严格标准化的定位规则，包括采用专门的ccd相机标定方式、制定专门的图像采集机构拍摄条件、设定龙门架单次移动距离，极大限度的降低图像拼接误差，后台数据处理简单，并能很好的满足平面被测物所需的测量精度要求。
附图说明
[0039]
图1为2d测量装置的整体结构示意图；
[0040]
图2为真空检测平台的结构示意图；
[0041]
图3为龙门机构的结构示意图；
[0042]
图中：
[0043]
1、框架平台；1.1、矩形板材；1.2、镂空框架；2、龙门机构；2.1、龙门架；2.2、轨道机构；2.21、导轨架；2.22、齿条；2.23、限位块；2.24、驱动机构；3、照明灯；4、视觉靶标；5、ccd相机；6、万向刹车轮；7、手柄式支脚；7.1、旋转手柄；7.2、安装座；7.3、支撑座；7.4、螺旋杆；8、真空系统；8.1、网状导气槽；8.2、真空接头；8.3、直通气管接头。
具体实施方式
[0044]
为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0045]
因此，以下对在附图中提供的本发明的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0046]
实施例1
[0047]
本实施例公开一种壁板类零件的2d测量装置(以下统称“2d测量装置”)，作为本发明一中基本的实施方式，包括上位机(附图中未展示)、控制柜(附图中未展示)、真空检测平台、龙门机构2和视觉测量机构。
[0048]
真空检测平台包括框架平台1，框架平台1上布设有用于吸附固定被测零件的真空机构。
[0049]
龙门机构2包括龙门架2.1和两条相互平行的轨道机构2.2；轨道机构2.2安装于框架平台1上，龙门架2.1的两端分别与两条滑轨机构连接；龙门框架上安装有驱动机构2.24，驱动机构2.24与所述控制柜电连接，用于控制龙门架2.1在轨道机构2.2上滑行。
[0050]
视觉测量机构包括图像采集机构、照明灯3和若干视觉靶标4；照明灯3安装于所述龙门架2.1上，并与控制柜电连接；图像采集机构与控制柜通讯连接，包括有若干安装于龙门架2.1上、用于采集数据的ccd相机5，ccd相机5的光心轴与真空检测平台的表面垂直；所有视觉靶标4分为两组，分别沿两条轨道机构2.2的延伸方向等距间隔设置。
[0051]
控制柜与上位机通讯连接，用于接收上位机的控制命令，以及向上位机回传采集数据。
[0052]
基于上述结构，2d测量装置的工作原理为：将被测零件防止于框架平台1上，启动真空系统8，可通过吸附的方式，将被测零件平铺固定于框架平台1上。上位机中开发有零件尺寸测量程序。控制柜的作用包括为龙门机构2和视觉测量机构供电，接收上位机的控制命令，根据尺寸测量程序控制龙门机构2与视觉测量机构配合，以对零件进行图像采集，并记录每个ccd相机5采集的每张图像的坐标数据，在此期间，照明灯3对ccd相机5拍摄工作增加曝光量，视觉靶标4设置有编码供ccd相机5识别，只有ccd相机5识别到正确编码，才能成功采集图像，确保图像采集工作的可靠性。将所有图像以及对应的坐标数据打包后，通过控制
柜上传至上位计算机，上位计算机基于尺寸测量程序，按照坐标数据对图像进行拼接，获得被测零件的完整2d图像，然后便可更基于完整2d图像进行图像处理和数据分析，获取被测零件的尺寸信息，进一步完成被测零件特征边缘检测。
[0053]
实施例2
[0054]
本实施例公开一种壁板类零件的2d测量装置(以下统称“2d测量装置”)，作为本发明一中优选的实施方式，即在实施例1的基础上，真空机构包括若干真空接头8.2以及开设于框架平台1表面的网状导气槽8.1；真空接头8.2布设于框架平台1上，用于接入外部空气压缩设备；网状导气槽8.1中分布设置有若干直通气管接头8.3，网状导气槽8.1与直通气管接头8.3导通设置，直通气管接头8.3通过导气管与真空接头8.2接通。
[0055]
基于上述结构，本技术方案在固定被测零件的过程中，将外部空气压缩设备与真空接头8.2连接好以后，将零件放置于网状导气槽8.1上，零件盖住网状导气槽8.1，形成密闭控件，启动外部空气压缩设备，即可在网状导气槽8.1中形成负压，以实现对零件的吸附固定。基于网状导气槽8.1的网状分布结构，可实现对零件的大面积吸附，以达到将零件铺平的目的，确保2d测量尺寸的准确性。
[0056]
实施例3
[0057]
本实施例公开一种壁板类零件的2d测量装置(以下统称“2d测量装置”)，作为本发明一中优选的实施方式，即在实施例2的基础上，考虑到一些小尺寸零件测量，以及部分因材质原因存在柔性自由弯曲的零件的测量，将网状导气槽8.1划分为若干个网格单元，不同网格单元之间互不相通，一个网格单元中至少设置有一个直通气管接头8.3，一个网格单元对应至少一个真空接头8.2，每个真空接头8.2只与其对应的一个网格单元中的直通气管接头8.3接通。如，可将网状导气槽8.1划分为八(四)个矩形的网格单元，在每个网格单元中设置两(四)个直通气管接头8.3，框架平台1的侧面布设有八(四)个与网格单元一一对应的真空接头8.2，每个网格单元中的两(四)个直通气管接头8.3通过导管与所在网格单元对应的真空接头8.2接通。
[0058]
基于上述结构，每个网格单元可被独立控制。当被测零件的面积无法覆盖整个网状导气槽8.1时，可根据被测零件的尺寸，确定使用网状导气槽8.1的区域范围，并将被测零件覆盖在该区域范围的网格单元上，只需将被覆盖的网格单元制造负压即可。当被测零件因材质原因出现柔性自由弯曲，加入外力辅助按压被测零件的弯曲区域，配合不同的网格单元分别对零件的不同区域进行依次吸附固定，在多个网格单元的配合下实现对被测零件的平铺固定。
[0059]
实施例4
[0060]
本实施例公开一种壁板类零件的2d测量装置(以下统称“2d测量装置”)，作为本发明一中优选的实施方式，即在实施例2的基础上，考虑到一些小尺寸零件测量，以及部分因材质原因存在柔性自由弯曲的零件的测量，将网状导气槽8.1划分为若干个网格单元，不同网格单元之间互不相通，一个网格单元中至少设置有一个直通气管接头8.3，一个真空接头8.2可以对应多个网格单元。如：可知在框架平台1上安装一个真空接头8.2，每个直通气管接头8.3对应一根导气管，最终，所有的导气管汇集接入一个真空接头8.2，如此一来，要实现对每个网格单元的独立控制，只需在导气管上安装阀门即可，可以一个网格单元对应一个阀门，也可一个直通气管接头8.3对应一个阀门。
[0061]
实施例5
[0062]
本实施例公开一种壁板类零件的2d测量装置(以下统称“2d测量装置”)，作为本发明一中优选的实施方式，一种壁板类零件的2d测量装置，其特征在于：包括上位机(附图中未展示)、控制柜(附图中未展示)、真空检测平台、龙门机构2和视觉测量机构，控制柜与上位机通讯连接，用于接收上位机的控制命令，以及向上位机回传采集数据。
[0063]
真空检测平台包括框架平台1，框架平台1上布设有用于吸附固定被测零件的真空机构。其中，为了贴合2d测量装置移动采集的工作原理，优选的将真空检测平台设置为矩形，主要包括一张矩形板材1.1，矩形板材1.1的底部以镂空框架1.2做支撑，矩形板材1.1与镂空框架1.2之间通过焊接的方式连接或者通过螺栓连接。真空机构包括若干真空接头8.2以及开设于框架平台1表面的网状导气槽8.1；真空接头8.2布设于框架平台1上，用于接入外部空气压缩设备；网状导气槽8.1中分布设置有若干直通气管接头8.3，网状导气槽8.1与直通气管接头8.3导通设置，直通气管接头8.3通过导气管(隐藏在附图中框架平台1的底部)与真空接头8.2接通。
[0064]
进一步的，网状导气槽8.1划分为若干个网格单元，不同网格单元之间互不相通，一个网格单元中至少设置有一个直通气管接头8.3，一个网格单元对应至少一个真空接头8.2，每个真空接头8.2只与其对应的一个网格单元中的直通气管接头8.3接通。
[0065]
龙门机构2包括龙门架2.1和两条相互平行的轨道机构2.2。轨道机构2.2焊接于框架平台1上或者通过螺栓连接在框架平台1上。龙门架2.1的两端分别与两条滑轨机构连接具体的：滑轨机构包括齿轮单元(隐藏在附图中龙门架2.1的底部)、导轨架2.21以及与导轨架2.21平行设置的齿条2.22，导轨架2.21的两端设置有限位块2.23；齿轮单元与齿条2.22相互啮合，所述龙门架2.1与导轨架2.21滑动连接，龙门框架上安装有驱动机构2.24，驱动机构2.24通过齿轮单元与齿条2.22传动连接。驱动机构2.24与所述控制柜电连接，用于配合齿轮单元和齿条2.22，控制龙门架2.1在导轨架2.21上滑行。
[0066]
视觉测量机构包括图像采集机构、照明灯3和若干视觉靶标4；照明灯3安装于所述龙门架2.1上，并与控制柜电连接；图像采集机构与控制柜通讯连接，包括有若干安装于龙门架2.1上、用于采集数据的ccd相机5；所有视觉靶标4分为两组，分别沿两条轨道机构2.2的延伸方向等距间隔设置，两组视觉靶标4的布设位置对称。如此一来，在图像采集的过程中，图像采集机构中最右侧第一个ccd相机5可拍摄到处于右侧一组中视觉靶标4，图像采集机构中最左侧第一个ccd相机5可拍摄到处于左侧一组中视觉靶标4，为了确保后期图像处理精度，前述两个ccd相机5的视野中需同时存在至少3个靶标。每组视觉靶标4中，相邻视觉靶标4之间的距离d可以通过公式得到，即：
[0067][0068]
其中，f为ccd相机5的镜头焦距，h为ccd相机5的悬挂高度，h为ccd相机5的宽度，l为视觉靶标4的宽度。
[0069]
驱动机构2.24中设置了编码器，编码器与视觉测量机构电连接，测量时，驱动机构2.24匀速连续转动，编码器均匀输出脉冲，即同步反映龙门架2.1在滑轨机构上移动，输出的同步脉冲信号给视觉测量机构，使视觉测量机构同步进行视觉测量，即每一个编码器脉冲进行一次测量，获得一组图像数据。测量获得数据可以根据各ccd相机5位置标定关系及
ccd相机5与视觉靶标4的位置关系计算完成整个零件的二维图像数据采集，通过后期图像处理及数据分析，可以完成零件特征边缘检测。
[0070]
进一步的，框架平台1的底部布设有至少四个万向刹车轮6，可便于对真空检测平台进行移动，并在目标位置通过万向刹车轮6的刹车功能固定。
[0071]
进一步的，框架平台1的四周布设有手柄式支脚7，具体的，手柄式支脚7包括旋转手柄7.1、安装座7.2、支撑座7.3和螺旋杆7.4；安装座7.2固定于框架平台1上，螺旋杆7.4贯穿安装座7.2，并与安装座7.2螺旋连接；螺旋杆7.4的顶部和底部分别与旋转手柄7.1和支撑座7.3连接。基于手柄式支脚7的存在，面对地面凹凸不平的情况，可通过调节手柄式支脚7的支撑高度来位置真空检测平台的平衡，提高了本技术方案对应用场景的适应性。
[0072]
实施例6
[0073]
本实施例公开一种壁板类零件的图像采集方法，作为本发明一中基本的实施方式，是基于本技术方案提供的一种壁板类零件的2d测量装置对被测零件进行图像采集，包括以下步骤(需要说明的是，以下步骤顺序可以更具实际实施情况做适应性的调换)：
[0074]
s1，根据2d测量装置的尺寸准备n个ccd相机5构成图像采集机构，并将该n个ccd相机5呈“一”字型等距间隔布设于龙门架2.1上；其中，n≥2；
[0075]
s2，将被测零件放置于真空检测平台上，并利用真空机构将被测零件进行铺平固定；
[0076]
s3，将轨道机构2.2的一端作为起始位置，另一端作为末端位置；将龙门架2.1移动至起始位置，建立2d测量装置的初始坐标系，并基于初始坐标系对所有ccd相机5进行标定；
[0077]
s4，预设图像采集机构拍摄条件，并根据该条件设定龙门架2.1单次移动距离；
[0078]
s5，利用控制柜通过驱动机构2.24控制龙门架2.1从起始位置开始，沿轨道机构2.2按单次移动距离间歇性移动，直至龙门架2.1移动到末端位置；在此期间，利用图像采集机构根据龙门架2.1在轨道机构2.2上的停留，对被测零件进行分段图像数据采集，并记录当前所采图像的坐标数据；
[0079]
s6，将图像采集机构中所有ccd相机5采集到的图像数据与对应的坐标数据一同打包，通过控制柜上传至上位机；
[0080]
s7，利用上位机按照坐标数据对图像数据进行拼接，即完成被测零件的图像采集。
[0081]
实施例7
[0082]
本实施例公开一种壁板类零件的图像采集方法，作为本发明一中优选的实施方式，使用了本技术方案提供的一种壁板类零件的2d测量装置，包括以下步骤(需要说明的是，以下步骤顺序可以更具实际实施情况做适应性的调换)：
[0083]
s1，根据2d测量装置的尺寸准备n个ccd相机5构成图像采集机构，并将该n个ccd相机5呈“一”字型等距间隔布设于龙门架2.1上；n≥2，2d测量装置的尺寸越大，n越大。
[0084]
s2，将被测零件放置于真空检测平台上，并利用真空机构将被测零件进行铺平固定。
[0085]
s3，将轨道机构2.2的一端作为起始位置，另一端作为末端位置；将龙门架2.1移动至起始位置，建立2d测量装置的初始坐标系，并基于初始坐标系对所有ccd相机5进行标定；其中，初始坐标系包括以图像采集机构中所有ccd相机5的焦点为原点分别建立的坐标系；第1个ccd相机5基于自身对应的坐标系为参考坐标系进行标定，第i个ccd相机5以第i-1个
ccd相机5对应的坐标系为参考坐标系进行标定；其中，1＜i≤n，i∈z。如此可最大限度的减小图像拼接过程中的累计误差。
[0086]
s4，预设图像采集机构拍摄条件，并根据该条件设定龙门架2.1单次移动距离。
[0087]
s5，利用控制柜通过驱动机构2.24控制龙门架2.1从起始位置开始，沿轨道机构2.2按单次移动距离间歇性移动，直至龙门架2.1移动到末端位置；在此期间，利用图像采集机构根据龙门架2.1在轨道机构2.2上的停留，对被测零件进行分段图像数据采集，并记录当前所采图像的坐标数据。
[0088]
s6，将图像采集机构中所有ccd相机5采集到的图像数据与对应的坐标数据一同打包，通过控制柜上传至上位机。
[0089]
s7，利用上位机按照坐标数据对图像数据进行拼接，即完成被测零件的图像采集。
[0090]
实施例8
[0091]
本实施例公开一种壁板类零件的图像采集方法，作为本发明一中优选的实施方式，使用了本技术方案提供的一种壁板类零件的2d测量装置，包括以下步骤(需要说明的是，以下步骤顺序可以更具实际实施情况做适应性的调换)：
[0092]
s1，根据2d测量装置的尺寸准备n个ccd相机5构成图像采集机构，并将该n个ccd相机5呈“一”字型等距间隔布设于龙门架2.1上，n＝6；
[0093]
s2，将被测零件放置于真空检测平台上，并利用真空机构将被测零件进行铺平固定。
[0094]
s3，将轨道机构2.2的一端作为起始位置，另一端作为末端位置；将龙门架2.1移动至起始位置，建立2d测量装置的初始坐标系，并基于初始坐标系对所有ccd相机5进行标定；其中，初始坐标系包括以图像采集机构中所有ccd相机5的焦点为原点分别建立的坐标系；第1个ccd相机5基于自身对应的坐标系为参考坐标系进行标定，第i个ccd相机5以第i-1个ccd相机5对应的坐标系为参考坐标系进行标定；其中，i＝2,3,4,5,6。如此可最大限度的减小图像拼接过程中的累计误差。
[0095]
s4，预设图像采集机构拍摄条件，并根据该条件设定龙门架2.1单次移动距离。
[0096]
其中，图像采集机构拍摄条件包括：在对被测零件进行分段图像采集的过程中，龙门架2.1在轨道机构2.2上的每次停留，相应ccd相机5拍摄到至少3个视觉靶标4，且龙门架2.1在轨道机构2.2上停留的任意两个相邻位置上，相应ccd相机5在前一个位置拍摄到的最后一个视觉靶标4，是该ccd相机5在后一个位置拍摄到的第一个视觉靶标4。
[0097]
单次移动距离包括初始移动距离d和实际移动距离δt
(m-1)m
；其中：
[0098][0099]
f为ccd相机5镜头的焦距，h为ccd悬挂的高度，h为ccd相机5的宽度，l为被测零件沿轨道机构2.2延伸方向的长度，c为同一个ccd相机5在相邻位置采集图像的重叠系数；m表示龙门架2.1在轨道机构2.2上所停留位置的序号，δt
(m-1)m
表示龙门架2.1在轨道机构2.2上从第m-1个停留位置到第m个停留位置的移动距离；
[0100]
当m＝1时，δt
0，1
＝d，为龙门架2.1在轨道机构2.2上从起始位置到第1个停留位置的移动距离；
[0101]
当m＞1时，
[0102][0103][0104]
δt
m-1
表示第一个ccd相机5随龙门架2.1从第m-1个停留位置移动到第m个停留位置的距离；δt
′
m-1
表示第n个ccd相机5随龙门架2.1从第m-1个停留位置移动到第m个停留位置的距离；和都表示旋转矩阵。
[0105]
s5，利用控制柜通过驱动机构2.24控制龙门架2.1从起始位置开始，沿轨道机构2.2按单次移动距离间歇性移动，直至龙门架2.1移动到末端位置；在此期间，利用图像采集机构根据龙门架2.1在轨道机构2.2上的停留，对被测零件进行分段图像数据采集，并记录当前所采图像的坐标数据。
[0106]
s6，将图像采集机构中所有ccd相机5采集到的图像数据与对应的坐标数据一同打包，通过控制柜上传至上位机。
[0107]
s7，利用上位机按照坐标数据对图像数据进行拼接，即完成被测零件的图像采集。
[0108]
实施例9
[0109]
本实施例公开一种壁板类零件的图像采集方法，作为本发明一中优选的实施方式，使用了本技术方案提供的一种壁板类零件的2d测量装置，包括以下步骤(需要说明的是，以下步骤顺序可以更具实际实施情况做适应性的调换)：
[0110]
s1，根据2d测量装置的尺寸准备n个ccd相机5构成图像采集机构，并将该n个ccd相机5呈“一”字型等距间隔布设于龙门架2.1上，其中，n＝4。
[0111]
s2，将被测零件放置于真空检测平台上，并利用真空机构将被测零件进行铺平固定。
[0112]
s3，将轨道机构2.2的一端作为起始位置，另一端作为末端位置；将龙门架2.1移动至起始位置，建立2d测量装置的初始坐标系，并基于初始坐标系对所有ccd相机5进行标定；其中，初始坐标系包括以图像采集机构中所有ccd相机5的焦点为原点分别建立的坐标系；第1个ccd相机5基于自身对应的坐标系为参考坐标系进行标定，第i个ccd相机5以第i-1个ccd相机5对应的坐标系为参考坐标系进行标定；其中，i＝2,3,4。如此可最大限度的减小图像拼接过程中的累计误差。
[0113]
s4，预设图像采集机构拍摄条件，并根据该条件设定龙门架2.1单次移动距离。
[0114]
其中，图像采集机构拍摄条件包括：在对被测零件进行分段图像采集的过程中，龙门架2.1在轨道机构2.2上的每次停留，相应ccd相机5拍摄到3个视觉靶标4，且龙门架2.1在轨道机构2.2上停留的任意两个相邻位置上，相应ccd相机5在前一个位置拍摄到的最后一个视觉靶标4，是该ccd相机5在后一个位置拍摄到的第一个视觉靶标4。
[0115]
单次移动距离包括初始移动距离d和实际移动距离δt
(m-1)m
。
[0116][0117]
f为ccd相机5镜头的焦距，h为ccd悬挂的高度，h为ccd相机5的宽度，l为被测零件沿轨道机构2.2延伸方向的长度，c为同一个ccd相机5在相邻位置采集图像的重叠系数；m表示龙门架2.1在轨道机构2.2上所停留位置的序号，δt
(m-1)m
表示龙门架2.1在轨道机构2.2上从第m-1个停留位置到第m个停留位置的移动距离。
[0118]
上述初始移动距离d为设定的龙门架2.1移动的理论距离，δt
(m-1)m
为同一ccd相机5在相邻两个停留位置相对同一个视觉靶标4的位置关系计算得到的龙门架2.1实际移动位置。龙门架2.1从起始位置开始，移动到第一个停留位置的距离即为d，即当m＝1时，δt
0，1
＝d，为龙门架2.1在轨道机构2.2上从起始位置到第1个停留位置的移动距离。之后在每次移动过程中通过对比理论距离d与实际移动距离δt
(m-1)m
之间的误差修正龙门架2.1的移动距离，避免多次移动带来的误差，同时δt
(m-1)m
用于后续图像处理时的逻辑运算。
[0119]
第一个ccd相机5从第1个停留位置到第2个停留位置可以同时拍摄到第一组第3个视觉靶标4(设为靶标c)，计算第一个ccd相机5在第1个停留位置相对于靶标c位置关系为计算第一个ccd相机5在第2个停留位置相对于靶标c的位置关系分别为则第一个ccd相机5从第1个停留位置到第2个停留位置的移动距离为同理，第四个ccd相机5从第1个停留位置到第2个停留位置可以同时拍摄到视觉标靶第二组第3个视觉靶标4(设为靶标c
′
)，计算第四个ccd相机5在第1个停留位置相对于靶标c
′
位置关系为计算第四个ccd相机5在第2个停留位置相对于靶标c
′
的位置关系分别为则第四个ccd相机5从第1个停留位置到第2个停留位置的移动距离为因此，龙门架2.1从第1个停留位置到第2个停留位置的移动距离为同理可计算出δt
23
、δt
34
……
δt
(m-1)m
。
[0120]
综上所述，
[0121]
当m＞1时，
[0122][0123][0124]
δt
m-1
表示第一个ccd相机5随龙门架2.1从第m-1个停留位置移动到第m个停留位置的距离；δt
′
m-1
表示第n个ccd相机5随龙门架2.1从第m-1个停留位置移动到第m个停留位置的距离；和都表示旋转矩阵。
[0125]
s5，利用控制柜通过驱动机构2.24控制龙门架2.1从起始位置开始，沿轨道机构2.2按单次移动距离间歇性移动，直至龙门架2.1移动到末端位置；在此期间，利用图像采集机构根据龙门架2.1在轨道机构2.2上的停留，对被测零件进行分段图像数据采集，并记录当前所采图像的坐标数据。
[0126]
s6，将图像采集机构中所有ccd相机5采集到的图像数据与对应的坐标数据一同打包，通过控制柜上传至上位机。
[0127]
s7，利用上位机按照坐标数据对图像数据进行拼接，即完成被测零件的图像采集。

技术特征：
1.一种壁板类零件的2d测量装置，其特征在于：包括上位机、控制柜、真空检测平台、龙门机构(2)和视觉测量机构；所述真空检测平台包括框架平台(1)，框架平台(1)上布设有用于吸附固定被测零件的真空机构；所述龙门机构(2)包括龙门架(2.1)和两条相互平行的轨道机构(2.2)；轨道机构(2.2)安装于所述框架平台(1)上，龙门架(2.1)的两端分别与两条滑轨机构连接；龙门框架上安装有驱动机构(2.24)，驱动机构(2.24)与所述控制柜电连接，用于控制龙门架(2.1)在轨道机构(2.2)上滑行；所述视觉测量机构包括图像采集机构、照明灯(3)和若干视觉靶标(4)；照明灯(3)安装于所述龙门架(2.1)上，并与控制柜电连接；图像采集机构与控制柜通讯连接，包括有若干安装于龙门架(2.1)上、用于采集数据的ccd相机(5)；所有视觉靶标(4)分为两组，分别沿两条轨道机构(2.2)的延伸方向等距间隔设置；所述控制柜与上位机通讯连接，用于接收上位机的控制命令，以及向上位机回传采集数据。2.如权利要求1所述一种壁板类零件的2d测量装置，其特征在于：所述真空机构包括若干真空接头(8.2)以及开设于框架平台(1)表面的网状导气槽(8.1)；真空接头(8.2)布设于框架平台(1)上，用于接入外部空气压缩设备；网状导气槽(8.1)中分布设置有若干直通气管接头(8.3)，网状导气槽(8.1)与直通气管接头(8.3)导通设置，直通气管接头(8.3)通过导气管与真空接头(8.2)接通。3.如权利要求2所述一种壁板类零件的2d测量装置，其特征在于：所述网状导气槽(8.1)划分为若干个网格单元，不同网格单元之间互不相通，一个网格单元中至少设置有一个直通气管接头(8.3)，一个网格单元对应至少一个真空接头(8.2)，每个真空接头(8.2)只与其对应的一个网格单元中的直通气管接头(8.3)接通。4.如权利要求1所述一种壁板类零件的2d测量装置，其特征在于：所述框架平台(1)的底部布设有至少四个万向刹车轮(6)。5.如权利要求1所述一种壁板类零件的2d测量装置，其特征在于：所述框架平台(1)的四周布设有手柄式支脚(7)。6.如权利要求1所述一种壁板类零件的2d测量装置，其特征在于：所述滑轨机构包括齿轮单元、导轨架(2.21)以及与导轨架(2.21)平行设置的齿条(2.22)，导轨架(2.21)的两端设置有限位块(2.23)；齿轮单元与齿条(2.22)相互啮合，所述龙门架(2.1)与导轨架(2.21)滑动连接，所述驱动机构(2.24)通过齿轮单元与齿条(2.22)传动连接。7.一种壁板类零件的图像采集方法，其特征在于，采用了如权利要求3所述一种壁板类零件的2d测量装置，包括以下步骤：根据2d测量装置的尺寸准备n个ccd相机(5)构成图像采集机构，并将该n个ccd相机(5)呈“一”字型等距间隔布设于龙门架(2.1)上；其中，n≥2；将被测零件放置于真空检测平台上，并利用真空机构将被测零件进行铺平固定；将轨道机构(2.2)的一端作为起始位置，另一端作为末端位置；将龙门架(2.1)移动至起始位置，建立2d测量装置的初始坐标系，并基于初始坐标系对所有ccd相机(5)进行标定；预设图像采集机构拍摄条件，并根据该条件设定龙门架(2.1)单次移动距离；
利用控制柜通过驱动机构(2.24)控制龙门架(2.1)从起始位置开始，沿轨道机构(2.2)按单次移动距离间歇性移动，直至龙门架(2.1)移动到末端位置；在此期间，利用图像采集机构根据龙门架(2.1)在轨道机构(2.2)上的停留，对被测零件进行分段图像数据采集，并记录当前所采图像的坐标数据；将图像采集机构中所有ccd相机(5)采集到的图像数据与对应的坐标数据一同打包，通过控制柜上传至上位机；利用上位机按照坐标数据对图像数据进行拼接，即完成被测零件的图像采集。8.如权利要求7所述一种壁板类零件的图像采集方法，其特征在于，所述初始坐标系包括以图像采集机构中所有ccd相机(5)的焦点为原点分别建立的坐标系；第1个ccd相机(5)基于自身对应的坐标系为参考坐标系进行标定，第i个ccd相机(5)以第i-1个ccd相机(5)对应的坐标系为参考坐标系进行标定；其中，1＜i≤n，i∈z。9.如权利要求7所述一种壁板类零件的图像采集方法，其特征在于，所述图像采集机构拍摄条件包括：在对被测零件进行分段图像采集的过程中，龙门架(2.1)在轨道机构(2.2)上的每次停留，相应ccd相机(5)拍摄到至少3个视觉靶标(4)，且龙门架(2.1)在轨道机构(2.2)上停留的任意两个相邻位置上，相应ccd相机(5)在前一个位置拍摄到的最后一个视觉靶标(4)，是该ccd相机(5)在后一个位置拍摄到的第一个视觉靶标(4)。10.如权利要求9所述一种壁板类零件的图像采集方法，其特征在于，所述单次移动距离包括初始移动距离d和实际移动距离δt
(m-1)m
；其中：f为ccd相机(5)镜头的焦距，h为ccd悬挂的高度，h为ccd相机(5)的宽度，l为被测零件沿轨道机构(2.2)延伸方向的长度，c为同一个ccd相机(5)在相邻位置采集图像的重叠系数；m表示龙门架(2.1)在轨道机构(2.2)上所停留位置的序号，δt
(m-1)m
表示龙门架(2.1)在轨道机构(2.2)上从第m-1个停留位置到第m个停留位置的移动距离；当m＝1时，δt
0，1
＝d，为龙门架(2.1)在轨道机构(2.2)上从起始位置到第1个停留位置的移动距离；当m＞1时，当m＞1时，当m＞1时，δt
m-1
表示第一个ccd相机(5)随龙门架(2.1)从第m-1个停留位置移动到第m个停留位置的距离；表示第n个ccd相机(5)随龙门架(2.1)从第m-1个停留位置移动到第m个停留位置的距离；和都表示旋转矩阵。

技术总结
本发明属于零件测量技术领域,尤其涉及是一种壁板类零件的2D测量装置及图像采集方法，装置包括上位机、控制柜、真空检测平台、龙门机构和视觉测量机构。龙门机构安装于真空检测平台，视觉测量机构包括图像采集机构、照明灯和若干视觉靶标；图像采集机构和照明灯安装于龙门机构上，视觉靶标布设于真空检测平台；控制柜与龙门机构和视觉测量机构电连接，与上位机通讯连接。本技术方案可实现对被测零件进行柔性固定，操作快速便捷的同时，最大限度的避免了机械损伤，并且能使得被测零件充分铺平，确保后期2D图像采集的准确性；支持横向和纵向分区采集，尤其适用于大尺寸壁板类零件的2D测量工作。工作。工作。


技术研发人员：郑伟涛 饶华 韩利亚 樊迪 李涛 潘春林 陈浩 唐嘉文
受保护的技术使用者：成都飞机工业（集团）有限责任公司
技术研发日：2023.06.14
技术公布日：2023/10/8