專利名稱：一種基于激光測(cè)量的自動(dòng)定心方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圓形工件自動(dòng)定心的方法，特別涉及一種利用激光測(cè)量的自動(dòng)定心方法，該方法能夠適用于機(jī)械加工及自動(dòng)化領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在機(jī)械加工領(lǐng)域中很多地方都需要對(duì)橫截面為圓形的工件進(jìn)行加工，如木材、鋼材等。在這些加工過(guò)程中，往往都需要確定圓形截面的圓心。例如在對(duì)厚壁大口徑無(wú)縫鋼管的熱軋加工中，為降低熱軋廢品率，避免穿孔后毛管壁厚不均，通常會(huì)對(duì)熱軋前的冷鋼坯開(kāi)引導(dǎo)孔來(lái)加工。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)厚壁大口徑無(wú)縫鋼管的軋鋼廠均采用人工進(jìn)行該項(xiàng)工作，即定心加工時(shí)依靠工人觀察鋼坯中心，先批量定孔，二次吊裝，再批量進(jìn)爐，勞動(dòng)強(qiáng)度大。在人工操作時(shí)，工人長(zhǎng)期暴露在開(kāi)孔弧光下，對(duì)身體危害較大，操作環(huán)境惡劣；加上工人的主 觀因素，會(huì)造成定心的不準(zhǔn)確，產(chǎn)品一致性差，急需對(duì)鋼坯開(kāi)引導(dǎo)孔的冷定心機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化改造。目前國(guó)內(nèi)對(duì)自動(dòng)定心機(jī)研究的文獻(xiàn)資料比較少，能進(jìn)行自動(dòng)定心的數(shù)控裝置幾乎沒(méi)有。在工程應(yīng)用中，自動(dòng)尋找不規(guī)則圓形物體圓心技術(shù)，一直沒(méi)有得到很好解決。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有解決方案一般采用圖像處理方法。但由于圖像處理中物體本身輪廓和背景輪廓不易完全分離，加上背景噪聲影響，定心精度很低，誤差一般在2-3_左右。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種基于激光測(cè)量的自動(dòng)定心方法，解決了上述背景技術(shù)中的不足，其測(cè)量誤差小，測(cè)量速度塊，并且能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明上述目的所采用的技術(shù)方案為
一種基于激光測(cè)量的自動(dòng)定心方法，包括以下步驟
(1)、在目標(biāo)物的待測(cè)圓形的截面的兩側(cè)設(shè)置兩個(gè)同步的激光位移傳感器，在截面所位于的平面上建立XY直角坐標(biāo)系即目標(biāo)物坐標(biāo)系，兩激光位移傳感器位于X軸上，其中一個(gè)激光位移傳感器的初始位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，兩激光位移傳感器沿著Y軸且朝向目標(biāo)物方向位移，X軸上的刻度為選為原點(diǎn)的激光位移傳感器到目標(biāo)物的距離值，Y軸上的刻度為激光位移傳感器的位移距離值；
(2)、啟動(dòng)激光位移傳感器，兩激光位移傳感器從初始位置開(kāi)始移動(dòng)，定時(shí)采集激光位移傳感器到目標(biāo)物的距離值和激光位移傳感器的位移距離值，兩激光位移傳感器在任意一次采集中所得到的數(shù)據(jù)分別為(xl，y)和(x2，y)；
(3)、將兩激光位移傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到待測(cè)圓形的截面的輪廓點(diǎn)坐標(biāo)，其中任意一次采集所得到的截面的輪廓點(diǎn)坐標(biāo)分別為(xl，y)和(L-x2，y)，其中L為兩激光位移傳感器之間的距離；
(4)、利用最小二乘法對(duì)上步驟中的截面的輪廓點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，得到截面的圓心坐標(biāo)。
步驟(3)中采樣次數(shù)為60次，共采集到截面的輪廓點(diǎn)坐標(biāo)120個(gè)。步驟(5)中所述的利用最小二乘法進(jìn)行計(jì)算的具體步驟為
(a)、對(duì)圓形的曲線方程進(jìn)行變形假設(shè)截面的圓心坐標(biāo)為(A，B)，半徑為R，則有
權(quán)利要求
1.一種基于激光測(cè)量的自動(dòng)定心方法，其特征在于包括以下步驟 (1)、在目標(biāo)物的待測(cè)圓形的截面的兩側(cè)設(shè)置兩個(gè)同步的激光位移傳感器，在截面所位于的平面上建立XY直角坐標(biāo)系即目標(biāo)物坐標(biāo)系，兩激光位移傳感器位于X軸上，其中一個(gè)激光位移傳感器的初始位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，兩激光位移傳感器沿著Y軸且朝向目標(biāo)物方向位移，X軸上的刻度為選為原點(diǎn)的激光位移傳感器到目標(biāo)物的距離值，Y軸上的刻度為激光位移傳感器的位移距離值； (2)、啟動(dòng)激光位移傳感器，兩激光位移傳感器從初始位置開(kāi)始移動(dòng)，定時(shí)采集激光位移傳感器到目標(biāo)物的距離值和激光位移傳感器的位移距離值，兩激光位移傳感器在任意一次采集中所得到的數(shù)據(jù)分別為(xl，y)和(x2，y)； (3)、將兩激光位移傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到待測(cè)圓形的截面的輪廓點(diǎn)坐標(biāo)，其中任意一次采集所得到的截面的輪廓點(diǎn)坐標(biāo)分別為(xl，y)和(L-x2，y)，其中L為兩激光位移傳感器之間的距離； (4)、利用最小二乘法對(duì)上步驟中的截面的輪廓點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，得到截面的圓心坐標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于激光測(cè)量的自動(dòng)定心方法，其特征在于步驟(3)中采樣次數(shù)為60次,共采集到截面的輪廓點(diǎn)坐標(biāo)120個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于激光測(cè)量的自動(dòng)定心方法，其特征在于步驟(5)中所述的利用最小二乘法進(jìn)行計(jì)算的具體步驟為 (a)、對(duì)圓形的曲線方程進(jìn)行變形假設(shè)截面的圓心坐標(biāo)為(A，B)，半徑為R，則有
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于激光測(cè)量的自動(dòng)定心方法，其特征在于步驟(d)中算得圓心坐標(biāo)后，計(jì)算出所有的截面的輪廓點(diǎn)到圓心的距離，并對(duì)這些距離進(jìn)行排序后除去10個(gè)距離最大值和10個(gè)距離最小值所對(duì)應(yīng)的輪廓點(diǎn)；用篩選后的截面的輪廓點(diǎn)坐標(biāo)重新按照步驟(b)和(C)進(jìn)行計(jì)算，得到截面的圓心坐標(biāo)值。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于激光測(cè)量的自動(dòng)定心方法，首先在目標(biāo)物兩側(cè)設(shè)置兩個(gè)同步的激光位移傳感器，并建立目標(biāo)物坐標(biāo)系，兩激光位移傳感器沿著Y軸且朝向目標(biāo)物方向位移。啟動(dòng)激光位移傳感器，兩激光位移傳感器從初始位置開(kāi)始移動(dòng)，定時(shí)采集激光位移傳感器到目標(biāo)物的距離值和激光位移傳感器的位移距離值。然后將兩激光位移傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到待測(cè)圓形的截面的輪廓點(diǎn)坐標(biāo)，最后利用最小二乘法對(duì)截面的輪廓點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，得到截面的圓心坐標(biāo)。該方法定心精度高，可精確至0.1毫米，同時(shí)定心誤差??；同時(shí)本發(fā)明所提供的方法與相關(guān)硬件及軟件相結(jié)合后，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化及連續(xù)化加工。
文檔編號(hào)G01B11/00GK102706280SQ201210207280
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月21日
發(fā)明者何王勇, 吳濤, 李勇波, 楊代華, 王典洪, 甘明 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)