本文由hugeromt贡献
pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。
BA
工具技术
三维坐标测量技术在汽车车身检测中的应用
郑
摘
俊
邾继贵
天津大学
叶声华
要： 以汽车车身在线检测技术的三种检测手段为例， 讨论了三坐标测量机、 视觉检测系统和测量机器人的
三维坐标测量原理以及应用。 关键词： 三维坐标测量， 视觉检测， 机器人， 车身
!""#$%&’$() (* +, -((./$)&’0 10&23.$)4 50%6)(#(47 $) !3’(8(9$#0 :)#$)0 10&23.$)4
!"#$% &’$ !"’ &(%’( )# *"#$%"’+
!92’.&%’：,"# -. /0012($+3# 4#+5’1($% 61($/(67# +$2 +667(/+3(0$ 08 -. /0012($+3#， 9(5(0$ #:+4($($% 5;53#4 +$2 4#+5’1($% 10 -.
= 引言
面对竞争日益激烈的汽车市场， 汽车车身的生 存周期正在迅速缩短， 汽车车身关键质量控制点的 在线检测技术越来越受到国内外汽车生产厂家的重 视。 相对而言， 车身是一种比较特殊的汽车部件， 作 为一种大型的柔性三维薄壁冲压焊装总成， 其形状 复杂， 制造时不仅需要保证关键质量控制点的三维 位置尺寸， 还要求其功能尺寸的精确性。因此， 采用 传统的定性检测手段， 如检测样架， 已经无法满足产 品更新速度和产品质量的要求， 现已有逐渐被淘汰 的趋势。近年来国内外汽车行业出现并采用的检测 手段主要有： 三坐标测量机、 经纬仪、 激光跟踪仪、 以 及测量机器人、 三维激光视觉检测系统等， 其中三坐 标测量机、 测量机器人和三维激光视觉检测系统应 用最为广泛， 在国外已经成功应用于车身生产线上， 下面就各自的测量原理以及在车身生产线中的应用 情况分别加以探讨。
图= 车身坐标系示意图
对于各种测量工具， 无论是三坐标测量机、 视觉 检测系统还是测量机器人， 也都存在其自身的坐标 系， 称为机器坐标系。在该坐标系下， 把车身定位于 机器工作空间内， 对车身进行测量， 则所有的数据都 是建立在该机器坐标系下的， 如何解决将机器坐标 系下的数据转换为工件坐标系下的数据， 就成为建 立测量模式和数学模型的关键问题， 即三维坐标数 据转换的问题。下面将就该问题对三坐标测量机、 视觉检测系统和测量机器人分别加以论述。 >?= 三坐标测量机 三坐标测量机进行三维空间点的测量， 其测量 原理是将被测零件放入其允许的测量空间以获得被 测几何型面上各个测点的三维坐标， 根据这些点的 空间坐标
值进行计算， 可以求出被测零件的几何位 置尺寸及相关功能尺寸。数学公式可以用齐次坐标 变换描述如下
> 三维坐标测量原理
汽车车身生产的工艺流程中， 每一个车身覆盖 件、 分总成和车身总成， 都有其自身的坐标系， 即工 件坐标系， 所有的测量数据都是建立在该工件坐标 系下。由于车身体积庞大且形状复杂， 因而无法将 针对刚性零件的测量方法复制到车身检测中， 而三 维坐标测量技术具有测量直观、 灵活、 通用性强的特 点， 被广泛应用在包括车身在内的各种大型、 异型零 部件的检测工序中。图 @ 为某车型车身坐标系示意 图， 原点建立在前轴中点。
万方数据
0##’ 年第 %1 卷2!0
/! 为三坐标测量机机器坐标系和工件坐标系之间的旋 转矩阵和平移矩阵。 利用三坐标测量机可以直接确定车身定位点在 测量机坐标系下的坐标值， 从而建立测量机坐标系 与工件坐标系之间的空间坐标转换关系。根据每一 测点的测量值和上面的坐标变换公式即可以计算出 被测点相应的工件坐标。 !"! 激光视觉检测系统 视觉检测系统是一大型检测系统， 通常由几十
!$ ? ? !? $ % ? "$ ? ? "? ? #? " # # # ! ? # ? ? ? ? $? ?!? ?! ?
(
)
! ? !? ? $ ? ?" ? ? "? ? $ 其中 ? ? ， ? 分别为被测点在测量机和车身坐标 ? # ? ? #$ ? ? ? ?! ? ? ? ! 系下的坐标值， % & % 矩阵） % % & ! 矩阵） （ 和 （ 分别 $
图!
视觉检测系统坐标转换示意图
个视觉传感器组成， 相当于一台大型的光学三坐标 测量 机。每 一 个 传 感 器 通 过 内 部 标 定 和 外 部 标
［’］ 定 ， 可以确定摄像机内部和外部参数， 从而确定视
场范围内的被测点在摄像机坐标系下的坐标值。 但是， 要完成检测任务， 获得被测点在工件坐标 系的坐标值， 必须确定各个摄像机坐标系与工件坐 标系之间的变换关系， 称为视觉检测系统的全局标 定技术。它的实现可以采用经纬仪或激光跟踪仪作 为中介工具， 建立一个中间工具坐标系， 将每一个摄 像机坐标系以及工件坐标系统一至该中间坐标系 下
［(］
! ? !? ? & ? ?"? ? "? ? & 其中 ? ? ， ? 分别为工件坐标系下的齐次坐标及 # ? ? #& ? ? ? ? ?! ? ? ? ! 第 & 个摄像机坐标系下所采集到的被测点的齐次坐 标， ) 为两坐标系之间的齐次坐标变换矩阵， 数学 ’& 模型如下
’ ) " ’* ’ ) " & &? *
(
$ # # #
% !
)
， 从而间接地建立摄像机坐标系与工件坐标系
其中 $ % & % 矩阵） % % & ! 矩阵） （ 和 （ 分别为两坐标 系之间的旋转矩阵平移矩阵。 !"# 测量机器人 测量机器人充分利用了视觉测量技术以及机器 人运动灵活的特
点， 在机器人的手部装配一个视觉 传感器来完成三维空间点的坐标测量。其坐标转换 链如图 % 所示。摄像机坐标系与工件坐标系之间的 齐次坐标变换关系可以用下式表示： ’ ) " ’ ,? 即 + + ? - 其中 ’ , 为摄像机坐标系与机器人机械手 ’- ’)， , +
［.， 坐标系之间的变换关系， 通过手—眼标定 /］程序
之间的转换关系。因此， 通过此一系列的坐标变换， 即可获得车身上相应被测点的坐标值。以第 & 个摄 像机为例， 其坐标变换公式可以表示为： ? !& ? ? !? ? "& ? ? "? ) ? # ? " ’& ? # ? ? ? ? &? ?!? ?! ?
万方数据
FE 获得； ! 为机器人机械手坐标系与机器人基坐标 !" 之间的齐次坐标变换， 可以通过机器人自身的运动 方程直接得到； 而 !# ! 为机器人基坐标系与工件坐 标系之间的齐次坐标变换， 也可以通过位姿标定程 序 $］%］ ［ ［ 获得。通过以上步骤的分步标定过程， 可 以建立车身上被测点的坐标计算公式， 即 ? "( ? ? "? ? #( ? ? #? # ? $ ? ’ !( ? $ ? ? ? ? (? ?&? ?& ? " ? "? ? ( ? ? #? ? # ( ? ? 其中， ? 、 ? 分别为被测点在工件坐标系和摄像 ? ? $ ? ? $( ? ? ? ?& ? ? ? & 机坐标系下的齐次坐标， 为齐次坐标变 换 矩 阵 ! （下角标表示原始坐标系， 上角标表示目标坐标系） ， % 为摄像机坐标系， 为机器人机械手坐标系， ! & 为机器人基坐标系， 为工件坐标系。 ’
工具技术
三维激光视觉在线检测系统己在国外的汽车公 司得到广泛的应用。在国内， 由天津大学精密测试 技术及仪器国家重点实验室开发研制的激光视觉在 线检测系统已经成功应用于夏利、 一汽大众等车身 生产线上， 每个测点的检测时间小于 &,， 传感器分 辨率为 *-*&..， 系统综合误差小于 *-/……其制造 成本为美国同类产品的 & 0 $， 但精度指标已达到国 外同类技术的先进水平。 激光视觉检测系统稳定可靠， 其最大的优点在 于其测量速度快， 可对车身关键点进行实时在线全 样本监测， 能够真正实现 &**+ 在线检测。 ! ) ! 测量机器人 随着视觉测试技术的发展， 视觉测量机器人在 测试技术领域内作用和优势也越发地突现出来。它 不仅充分发挥机器人运动灵活， 占地面积小的特点， 而且能够随时变换程序以满足产品多品种、 多系列 的测量需求， 尤其适合在混流生产线上对大型异型 零部件进行测量。 视觉测量机器人在国外已经有成熟的产品出 现。例 如 !1234 546 78519 :; 其 ?@AB*C 型 测 量 机 器 人， 激 光 传 感 器 的 精 度 为 总的测量精度与视觉检测站相当。在欧 D *-*C..， 洲以及东亚的一些大型汽车厂视觉测量机器人应用 较多， 如日本的本田、 日产
、 丰田等公司。按照测量 节拍的需求， 生产工艺可以随时调整测点数和测量 速度， 甚至多个测量机器人联机工作以确保与生产 节拍相适应。
$
图! 测量机器人坐标转换示意图
结语
综上所述， 三坐标测量机的测量原理简单， 是使 用最为广泛的三坐标测量设备， 但检测频次低， 适用 于抽样检测需求； 视觉检测系统测量速度最快， 能够 实现 &**+ 在线检测， 在小范围内可以实现柔性测 量； 测量机器人通用性好， 可以随时更换程序以适应 不同检测对象和不同测量点的需求， 但随着机器人 机械装置的磨损， 测量精度会有所降低。所以应该 根据具体情况， 把与生产相适应的检测手段引入车 身生产流程。
参考文献 & E B 熊有伦等 ) 机器人学 ) 机械工业出版社 王植槐等 ) 汽车制造检测技术 ) 北京理工大学出版社 熊春宝 ) 经纬仪工业测量系统的模型研究 ) 武汉测绘科技 大学学报， （%） &%%$
! 三维坐标测量应用分析
以上各种坐标测量技术已经成功应用于车身在 线检测， 但是其应用背景、 测量精度和效率等方面存 在差别。 ! ) " 三坐标测量机 三坐标测量机以其测量原理简单、 精度高、 通用 性好等优点广泛应用于各种几何量测量领域。但精 度高必然要以牺牲测量速度为代价。因此， 国内外 只有 &*+ 左右的三坐标测量机真正实现在线检测， 其余仍被放置在计量室执行传统的抽样检查功能。 目前用于车身检测的三坐标测量机通常采用双臂三 坐标测量机进行联机工作以提高测量效率。 视觉检测系统 ! ) # 万方数据
%&&! 年第 UP 卷Y,%
QU
复合主动测量技术在现代加工设备中的应用
王启江 高殿斌
一个闭环反馈系统， 减少其他因素对加工精度的影 响， 尤其可以大大降低人为因素的干扰。但是， 在现 代的主动测量系统中， 很少有一种单一测量器件能 完全满足整个机床加工时所需数据的测量要求。由 此， 复合测量系统被引入， 即由几个测量不同参数的 子测量单元集成到一个测量系统中， 他们可以整体 或单独完成各自的测量任务， 灵活地调整测量对象， 在计算机控制下相互交流信息， 相应地调整各自的 测量参数， 实现整个加工过程的测量与控制。 天津工业大学
! 测量原理
自动化加工设备中的主动测量系统是一种在 线、 实时、 动态检测系统， 对测量设备、 器件制造和使 用的精度要求较高， 对数据传输、 处理、 信息反馈、 以 及相应控制的时效性要求极为严格。数据采集传感 器的采样精度和数据采集模式要求则更为严格。图 , 所示为主动测量在加工设备中应用的原理图。
"
主动测量系统分析
图 % 所示为某直升机螺旋桨桨叶表面贴附碳纤 维的自动拉制设备， 技术要求为碳纤维的每毫米质 量差不超过 &X&,E， 直径变化量不超过 &X&&’44， 任 意截面圆度误差不超过 &X&&%44。
图!
主动测量系统作为整个加工设备的基础单元， 初始测量单元对被加工工件进行动态测量， 收集工 件任一时刻的状态参数 （尺寸、 转速、 温度、 应力等） ， 测量子单元分别依据各自既定的数学模型对各传感 器采集数据进行采样、 过滤、 分频、 放大、 编码， 最后 传输到中央控制计算机。根据测得数据与预设数据 的比较， 计算机自动调整加工设备的相应参数， 将调 整后的参数传输到其他测量子单元， 对工件进行后 续的跟踪测量， 在采集设备里调整参数后， 将加工中 的数据与原数据和预设参数进行对照， 比较机床调 整的效果， 使加工—测量—分析—调整—加工， 实现
收稿日期： %&&! 年 U 月
图"
由于碳纤维为非金属， 弹性材料， 具有灵敏的应 力反应， 微弱的应力变化将引起碳纤维在长度方向 的变化， 在径向上引起直径的变化， 同时反映到每毫 米质量的变化， 直接影响碳纤维的拉制质量， 所以控 制碳纤维在长度方向上的应力变化量是至关重要 的。而反映这种变化最直接的指标， 就是碳纤维直 径的变化。在保证密度均匀的情况下，碳纤维在受 拉力作用下， 将会产生弹性变形， 受力大小与受力方 向上的变形量成一定的比例关系。而碳纤维长度变 化直接反映到其直径的变化， 直径变化和长度变化
!
周富强 " ##$ 摄像机快速标定技术 " 光学精密工程， %&&% （%） P
A==0A
1
本文由hugeromt贡献
pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。
BA
工具技术
三维坐标测量技术在汽车车身检测中的应用
郑
摘
俊
邾继贵
天津大学
叶声华
要： 以汽车车身在线检测技术的三种检测手段为例， 讨论了三坐标测量机、 视觉检测系统和测量机器人的
三维坐标测量原理以及应用。 关键词： 三维坐标测量， 视觉检测， 机器人， 车身
!""#$%&’$() (* +, -((./$)&’0 10&23.$)4 50%6)(#(47 $) !3’(8(9$#0 :)#$)0 10&23.$)4
!"#$% &’$ !"’ &(%’( )# *"#$%"’+
!92’.&%’：,"# -. /0012($+3# 4#+5’1($% 61($/(67# +$2 +667(/+3(0$ 08 -. /0012($+3#， 9(5(0$ #:+4($($% 5;53#4 +$2 4#+5’1($% 10 -.
= 引言
面对竞争日益激烈的汽车市场， 汽车车身的生 存周期正在迅速缩短， 汽车车身关键质量控制点的 在线检测技术越来越受到国内外汽车生产厂家的重 视。 相对而言， 车身是一种比较特殊的汽车部件， 作 为一种大型的柔性三维薄壁冲压焊装总成， 其形状 复杂， 制造时不仅需要保证关键质量控制点的三维 位置尺寸， 还要求其功能尺寸的精确性。因此， 采用 传统的定性检测手段， 如检测样架， 已经无法满足产 品更新速度和产品质量的要求， 现已有逐渐被淘汰 的趋势。近年来国内外汽车行业出现并采用的检测 手段主要有： 三坐标测量机、 经纬仪、 激光跟踪仪、 以 及测量机器人、 三维激光视觉检测系统等， 其中三坐 标测量机、 测量机器人和三维激光视觉检测系统应 用最为广泛， 在国外已经成功应用于车身生产线上， 下面就各自的测量原理以及在车身生产线中的应用 情况分别加以探讨。
图= 车身坐标系示意图
对于各种测量工具， 无论是三坐标测量机、 视觉 检测系统还是测量机器人， 也都存在其自身的坐标 系， 称为机器坐标系。在该坐标系下， 把车身定位于 机器工作空间内， 对车身进行测量， 则所有的数据都 是建立在该机器坐标系下的， 如何解决将机器坐标 系下的数据转换为工件坐标系下的数据， 就成为建 立测量模式和数学模型的关键问题， 即三维坐标数 据转换的问题。下面将就该问题对三坐标测量机、 视觉检测系统和测量机器人分别加以论述。 >?= 三坐标测量机 三坐标测量机进行三维空间点的测量， 其测量 原理是将被测零件放入其允许的测量空间以获得被 测几何型面上各个测点的三维坐标， 根据这些点的 空间坐标
值进行计算， 可以求出被测零件的几何位 置尺寸及相关功能尺寸。数学公式可以用齐次坐标 变换描述如下
> 三维坐标测量原理
汽车车身生产的工艺流程中， 每一个车身覆盖 件、 分总成和车身总成， 都有其自身的坐标系， 即工 件坐标系， 所有的测量数据都是建立在该工件坐标 系下。由于车身体积庞大且形状复杂， 因而无法将 针对刚性零件的测量方法复制到车身检测中， 而三 维坐标测量技术具有测量直观、 灵活、 通用性强的特 点， 被广泛应用在包括车身在内的各种大型、 异型零 部件的检测工序中。图 @ 为某车型车身坐标系示意 图， 原点建立在前轴中点。
万方数据
0##’ 年第 %1 卷2!0
/! 为三坐标测量机机器坐标系和工件坐标系之间的旋 转矩阵和平移矩阵。 利用三坐标测量机可以直接确定车身定位点在 测量机坐标系下的坐标值， 从而建立测量机坐标系 与工件坐标系之间的空间坐标转换关系。根据每一 测点的测量值和上面的坐标变换公式即可以计算出 被测点相应的工件坐标。 !"! 激光视觉检测系统 视觉检测系统是一大型检测系统， 通常由几十
!$ ? ? !? $ % ? "$ ? ? "? ? #? " # # # ! ? # ? ? ? ? $? ?!? ?! ?
(
)
! ? !? ? $ ? ?" ? ? "? ? $ 其中 ? ? ， ? 分别为被测点在测量机和车身坐标 ? # ? ? #$ ? ? ? ?! ? ? ? ! 系下的坐标值， % & % 矩阵） % % & ! 矩阵） （ 和 （ 分别 $
图!
视觉检测系统坐标转换示意图
个视觉传感器组成， 相当于一台大型的光学三坐标 测量 机。每 一 个 传 感 器 通 过 内 部 标 定 和 外 部 标
［’］ 定 ， 可以确定摄像机内部和外部参数， 从而确定视
场范围内的被测点在摄像机坐标系下的坐标值。 但是， 要完成检测任务， 获得被测点在工件坐标 系的坐标值， 必须确定各个摄像机坐标系与工件坐 标系之间的变换关系， 称为视觉检测系统的全局标 定技术。它的实现可以采用经纬仪或激光跟踪仪作 为中介工具， 建立一个中间工具坐标系， 将每一个摄 像机坐标系以及工件坐标系统一至该中间坐标系 下
［(］
! ? !? ? & ? ?"? ? "? ? & 其中 ? ? ， ? 分别为工件坐标系下的齐次坐标及 # ? ? #& ? ? ? ? ?! ? ? ? ! 第 & 个摄像机坐标系下所采集到的被测点的齐次坐 标， ) 为两坐标系之间的齐次坐标变换矩阵， 数学 ’& 模型如下
’ ) " ’* ’ ) " & &? *
(
$ # # #
% !
)
， 从而间接地建立摄像机坐标系与工件坐标系
其中 $ % & % 矩阵） % % & ! 矩阵） （ 和 （ 分别为两坐标 系之间的旋转矩阵平移矩阵。 !"# 测量机器人 测量机器人充分利用了视觉测量技术以及机器 人运动灵活的特
点， 在机器人的手部装配一个视觉 传感器来完成三维空间点的坐标测量。其坐标转换 链如图 % 所示。摄像机坐标系与工件坐标系之间的 齐次坐标变换关系可以用下式表示： ’ ) " ’ ,? 即 + + ? - 其中 ’ , 为摄像机坐标系与机器人机械手 ’- ’)， , +
［.， 坐标系之间的变换关系， 通过手—眼标定 /］程序
之间的转换关系。因此， 通过此一系列的坐标变换， 即可获得车身上相应被测点的坐标值。以第 & 个摄 像机为例， 其坐标变换公式可以表示为： ? !& ? ? !? ? "& ? ? "? ) ? # ? " ’& ? # ? ? ? ? &? ?!? ?! ?
万方数据
FE 获得； ! 为机器人机械手坐标系与机器人基坐标 !" 之间的齐次坐标变换， 可以通过机器人自身的运动 方程直接得到； 而 !# ! 为机器人基坐标系与工件坐 标系之间的齐次坐标变换， 也可以通过位姿标定程 序 $］%］ ［ ［ 获得。通过以上步骤的分步标定过程， 可 以建立车身上被测点的坐标计算公式， 即 ? "( ? ? "? ? #( ? ? #? # ? $ ? ’ !( ? $ ? ? ? ? (? ?&? ?& ? " ? "? ? ( ? ? #? ? # ( ? ? 其中， ? 、 ? 分别为被测点在工件坐标系和摄像 ? ? $ ? ? $( ? ? ? ?& ? ? ? & 机坐标系下的齐次坐标， 为齐次坐标变 换 矩 阵 ! （下角标表示原始坐标系， 上角标表示目标坐标系） ， % 为摄像机坐标系， 为机器人机械手坐标系， ! & 为机器人基坐标系， 为工件坐标系。 ’
工具技术
三维激光视觉在线检测系统己在国外的汽车公 司得到广泛的应用。在国内， 由天津大学精密测试 技术及仪器国家重点实验室开发研制的激光视觉在 线检测系统已经成功应用于夏利、 一汽大众等车身 生产线上， 每个测点的检测时间小于 &,， 传感器分 辨率为 *-*&..， 系统综合误差小于 *-/……其制造 成本为美国同类产品的 & 0 $， 但精度指标已达到国 外同类技术的先进水平。 激光视觉检测系统稳定可靠， 其最大的优点在 于其测量速度快， 可对车身关键点进行实时在线全 样本监测， 能够真正实现 &**+ 在线检测。 ! ) ! 测量机器人 随着视觉测试技术的发展， 视觉测量机器人在 测试技术领域内作用和优势也越发地突现出来。它 不仅充分发挥机器人运动灵活， 占地面积小的特点， 而且能够随时变换程序以满足产品多品种、 多系列 的测量需求， 尤其适合在混流生产线上对大型异型 零部件进行测量。 视觉测量机器人在国外已经有成熟的产品出 现。例 如 !1234 546 78519 :; 其 ?@AB*C 型 测 量 机 器 人， 激 光 传 感 器 的 精 度 为 总的测量精度与视觉检测站相当。在欧 D *-*C..， 洲以及东亚的一些大型汽车厂视觉测量机器人应用 较多， 如日本的本田、 日产
、 丰田等公司。按照测量 节拍的需求， 生产工艺可以随时调整测点数和测量 速度， 甚至多个测量机器人联机工作以确保与生产 节拍相适应。
$
图! 测量机器人坐标转换示意图
结语
综上所述， 三坐标测量机的测量原理简单， 是使 用最为广泛的三坐标测量设备， 但检测频次低， 适用 于抽样检测需求； 视觉检测系统测量速度最快， 能够 实现 &**+ 在线检测， 在小范围内可以实现柔性测 量； 测量机器人通用性好， 可以随时更换程序以适应 不同检测对象和不同测量点的需求， 但随着机器人 机械装置的磨损， 测量精度会有所降低。所以应该 根据具体情况， 把与生产相适应的检测手段引入车 身生产流程。
参考文献 & E B 熊有伦等 ) 机器人学 ) 机械工业出版社 王植槐等 ) 汽车制造检测技术 ) 北京理工大学出版社 熊春宝 ) 经纬仪工业测量系统的模型研究 ) 武汉测绘科技 大学学报， （%） &%%$
! 三维坐标测量应用分析
以上各种坐标测量技术已经成功应用于车身在 线检测， 但是其应用背景、 测量精度和效率等方面存 在差别。 ! ) " 三坐标测量机 三坐标测量机以其测量原理简单、 精度高、 通用 性好等优点广泛应用于各种几何量测量领域。但精 度高必然要以牺牲测量速度为代价。因此， 国内外 只有 &*+ 左右的三坐标测量机真正实现在线检测， 其余仍被放置在计量室执行传统的抽样检查功能。 目前用于车身检测的三坐标测量机通常采用双臂三 坐标测量机进行联机工作以提高测量效率。 视觉检测系统 ! ) # 万方数据
%&&! 年第 UP 卷Y,%
QU
复合主动测量技术在现代加工设备中的应用
王启江 高殿斌
一个闭环反馈系统， 减少其他因素对加工精度的影 响， 尤其可以大大降低人为因素的干扰。但是， 在现 代的主动测量系统中， 很少有一种单一测量器件能 完全满足整个机床加工时所需数据的测量要求。由 此， 复合测量系统被引入， 即由几个测量不同参数的 子测量单元集成到一个测量系统中， 他们可以整体 或单独完成各自的测量任务， 灵活地调整测量对象， 在计算机控制下相互交流信息， 相应地调整各自的 测量参数， 实现整个加工过程的测量与控制。 天津工业大学
! 测量原理
自动化加工设备中的主动测量系统是一种在 线、 实时、 动态检测系统， 对测量设备、 器件制造和使 用的精度要求较高， 对数据传输、 处理、 信息反馈、 以 及相应控制的时效性要求极为严格。数据采集传感 器的采样精度和数据采集模式要求则更为严格。图 , 所示为主动测量在加工设备中应用的原理图。
"
主动测量系统分析
图 % 所示为某直升机螺旋桨桨叶表面贴附碳纤 维的自动拉制设备， 技术要求为碳纤维的每毫米质 量差不超过 &X&,E， 直径变化量不超过 &X&&’44， 任 意截面圆度误差不超过 &X&&%44。
图!
主动测量系统作为整个加工设备的基础单元， 初始测量单元对被加工工件进行动态测量， 收集工 件任一时刻的状态参数 （尺寸、 转速、 温度、 应力等） ， 测量子单元分别依据各自既定的数学模型对各传感 器采集数据进行采样、 过滤、 分频、 放大、 编码， 最后 传输到中央控制计算机。根据测得数据与预设数据 的比较， 计算机自动调整加工设备的相应参数， 将调 整后的参数传输到其他测量子单元， 对工件进行后 续的跟踪测量， 在采集设备里调整参数后， 将加工中 的数据与原数据和预设参数进行对照， 比较机床调 整的效果， 使加工—测量—分析—调整—加工， 实现
收稿日期： %&&! 年 U 月
图"
由于碳纤维为非金属， 弹性材料， 具有灵敏的应 力反应， 微弱的应力变化将引起碳纤维在长度方向 的变化， 在径向上引起直径的变化， 同时反映到每毫 米质量的变化， 直接影响碳纤维的拉制质量， 所以控 制碳纤维在长度方向上的应力变化量是至关重要 的。而反映这种变化最直接的指标， 就是碳纤维直 径的变化。在保证密度均匀的情况下，碳纤维在受 拉力作用下， 将会产生弹性变形， 受力大小与受力方 向上的变形量成一定的比例关系。而碳纤维长度变 化直接反映到其直径的变化， 直径变化和长度变化
!
周富强 " ##$ 摄像机快速标定技术 " 光学精密工程， %&&% （%） P
A==0A
1