一种用于大型工件尺寸测量的主动光测棒的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学测量领域，具体涉及一种用于大型工件尺寸测量的主动光测棒。
【背景技术】
[0002]制造业是国民经济发展的支柱性产业之一，而空间定位、尺寸测量等计量技术则是机械制造业发展的必要条件。随着航空航天、船舶、冶金、汽车制造、港口机械、风电设备的发展，装备重型化、集成化的趋势越来越明显。在大型装备的制造及装配过程中，如何实现大型工件几何尺寸和空间位置的精度测量是保证整套设备质量的关键因素。在大尺寸测量领域，现有的精密测量方法和设备己不能有效地解决工程应用中的实际问题。大尺寸测量领域发展的瓶颈呼唤着新的测量技术。近些年来，由于激光、半导体、自动控制、计算机、精密制造等技术的迅速发展，出现了多种全新的空间大尺寸测量技术，可归纳为三类:关节臂式三坐标测量机、激光空间跟踪测量仪、手持式测头视觉测量系统。
[0003]以上三种仪器都可以实现对大尺寸零件的测量，但都存在一定的不足:关节臂式三坐标测量机的测量空间受关节臂的制约，测量距离相当有限，并且占用空间比较大，不方便携带；激光空间跟踪仪虽然具有测量速度快、测量精度高且测量范围大等优点，但是激光激光跟踪仪购置费用高昂，核心技术被外国公司垄断，目前很难实现国产化，仅有少数几家大型跨国制造企业和国内著名研宄机构在使用，属于高精度测量设备。手持式测头视觉测量系统即测棒测量系统，是一种能满足一般精度要求的大尺寸空间测量需求的测量设备，其因为价格实惠，使用方便等特点得到了国内中小企业越来越多的关注和使用，但现在市场所用的测棒都是回光反射式的，这种测棒由于是反射光，光强度过程损耗大，使得在CCD中呈现的亮度有限，容易出现特征点残缺、亮度不足、亮度不均等缺点，特别是在对工作距离有较大变化要求的大型零件的检测的场合，这些缺点表现尤为明显。此外回光反射容易弓丨入现场环境噪声，特别是在机加工现场，有很多能发生镜面放射的特征，比如光洁的零件表面镜面反射，这些噪声给合作标志点提取带来了很大的难度和不确定性，这也严重制约了测棒的使用范围。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于大型工件尺寸测量的主动光测棒。测棒能产生具有特定特征、亮度均匀、位置和形状准确的红外主动几何光源，其测头可准确定位测量点，其无线开关可触发相机进行图像采集。由于采用了主动光源产生视觉检测的特征图形，所以其具有较大的可视角度和测量范围，测棒合作标志点检测算法能实现对主动几何光源特征的精确提取，继而实现特征尺寸测量的目的。
[0005]为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案:
一种用于大型工件尺寸测量的主动光测棒，包括无线开关控制盒、测棒主体、修光板、扩散板、测头、盖板、电源开关、亮度调节旋钮、灯珠电路板；所述无线开关控制盒安装在测棒主体前部的控制盒槽上，所述测头通过螺纹连接测棒主体的尾部，所述的扩散板安装在测棒主体的扩散板槽内，并由所述修光板盖在其上进行固定，修光板通过螺钉固定在测棒主体上；所述灯珠电路板通过螺钉固定在测棒主体的铝基板槽中；所述电源开关和亮度调节旋钮固定在盖板上；所述盖板用螺钉固定在测棒主体上。
[0006]所述无线开关控制盒由控制盒上盖、无线开关按钮、连拍按钮、无线开关电路板、控制盒下盖组成，所述无线开关按钮、连拍按钮和无线开关电路板通过间隙配合安装在控制盒上盖上，并用控制盒下盖固定，控制盒上盖和控制盒下盖用螺钉固定。
[0007]所述测头由测头延长杆和测针两部分组成，所述测针与所述测头延长杆通过螺纹连接。
[0008]所述测针由针杆和测球两部分组成，所述针杆和测球用高强度黏着剂粘连；所述测球应保证在长期使用过程中不会因为磨损而造成其外形尺寸发生变化，所以选用具有高硬度和高耐磨性的材料制成，所述针杆应保证测球与工件表面的接触力为1.25N时，测球的球心偏离原有中心位置最大距离不超过0.005mm，所以应选用高硬度和高刚度的材料制成。
[0009]所述灯珠电路板由散热铝基板和灯珠组成，所述灯珠根据灯槽的位置焊接在所述散热铝基板上；所述散热铝基板上印有用于并联所有灯珠的电路，并为灯珠提供散热，以保证灯珠的使用寿命。
[0010]所述的灯珠选用光束扩散角为80° ~135°的灯珠以保证在扩散板上特征点面积范围内打光均匀。
[0011]所述修光板是薄壁结构，厚度不超过0.5mm，修光板上的七个孔是用来保证合作标志点的大小和相互位置，所以孔与孔之间的相对位置误差应保证比测棒测量的精度高，为此采用慢走丝的方式加工这几个孔，同时为了保证合作标志点的可视角度在每个圆孔的外边缘倒60度的倒角，倒角窄边的大小和板厚一致。
[0012]所述扩散板选用具有良好的光扩散效果的材料制成，以保证几何光源特征的亮度足够均匀。
[0013]所述测棒的几何光源特征为:T型七点式合作标志点的组合，三点横线，五点纵线，也可以是T型多点式或十字形多点式的组合。每个合作标志点为圆特征，也可为多边形特征或者圆与多边形的组合特征。所述的合作标志点本身为圆特征的主动光源，所用的光源为波段为850nm的红外光，由所述灯珠提供，也可为其他波段的单色光，并通过在相机前加装相应波段的带通滤波片来滤除环境光的影响以保证圆特征能在在相机中呈现纯净的椭圆或者圆图像。所述T型七点式合作标志点的组合其大体的实现过程为:测棒合作标志点的提取一识别合作标记点一合作标记点排序标号。
[0014]本发明由于采取以上技术方案，相较上文所罗列的那些测量方法其具有以下优占.V.由于每个合作标志点都是一个主动几何光源，相对于亮度分布信息形状特征不易受到测量距离远近等因素造成亮度变换的影响，不会出现亮度特征的过饱和或者亮度太暗导致的亮度分布检测精度下降的问题。
[0015]每个主动几何光源由红外光源，光学扩散器件，几何光孔组成。合作标志点的信息由传统的光源亮度分布信息转变为几何光孔的形状特征决定。几何光孔为高精度加工件，可通过高精度的检测设备获得其轮廓信息。光学扩散器件保证了几何光源亮度的均匀性，增大了视场角度。红外光源具有窄带特性，与工业现场光源频谱存在较大差别，配合相应的带通滤波片，很好地消除环境光和现场场景光的影响。
[0016]合作标志点的T形分布，提供了平面长短轴(z，y轴)方向信息和方位信息，方便了测棒标记点的识别工作。
【附图说明】
[0017]图1为本发明的测棒结构立体示意图。
[0018]图2为本发明的测棒结构组成示意图。
[0019]图3为本发明的测棒主体结构示意图。
[0020]图4为本发明的无线开关控制盒结构组成示意图。
[0021]图5为本发明的测头结构组成示意图。
[0022]图6为本发明的灯珠电路板组成示意图。
[0023]图7为本发明的测针结构示意图。
[0024]图8为本发明的测棒合作标志点排布(T型七点式)示意图。
[0025]图9为本发明的测棒合作标志点检测流程示意图。
[0026]图10为本发明的测棒使用示意图。
[0027]图11为本发明的测棒成像效果图及标记结果示意图。
[0028]图12为本发明的测棒合作标志点圆特征成像细节效果示意图。
【具体实施方式】
[0029]以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
[0030]参见图1、图2和图3，一种用于大型工件尺寸测量的主动光测棒，其特征在于:包括无线开关控制盒2、测棒主体3、修光板4、扩散板5、测头6、盖板7、电源开关8、亮度调节旋钮9、灯珠电路板10 ;所述无线开关控制盒2安装在测棒主体3前部的控制盒槽13上，所述测头6通过螺纹连接测棒主体3的尾部，所述的扩散板5安装在测棒主体3的扩散板槽11内，并由所述修光板4盖在其上进行固定，修光板4通过螺钉固定在测棒主体3上；所述灯珠电路板10通过螺钉固定在测棒主体3的铝基板槽14中；所述电源开关8和亮度调节旋钮9固定在盖板7上；所述盖板7用螺钉固定在测棒主体3上。
[0031]参见图4，所述无线开关控制盒2由控制盒上盖17、无线开关按钮18、连拍按钮19、无线开关电路板20、控制盒下盖21组成，所述无线开关按钮18、连拍按钮19和无线开关电路板20通过间隙配合安装在控制盒上盖17上，并用控制盒下盖21固定，控制盒上盖17和控制盒下盖21用螺钉固定。
[0032]参见图5，所述测头6由测头延长杆22和测针23两部分组成，所述测针23与所述测头延长杆22通过螺纹连接。
[0033]参见图6，所述灯珠电路板10由散热