CN112729170A - 一种基于摄影测量的孔轴线测量装置及方法 - Google Patents

一种基于摄影测量的孔轴线测量装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于摄影测量的孔轴线测量装置及方法，包括规格不同的第一辅助测量装置和第二辅助测量装置，所述第一辅助测量装置和第二辅助测量装置的下端均为与待测孔完全贴合的半球形结构，且上端均设置有反光标志点。将第一辅助测量装置置于孔口，辅助装置与孔口完整贴合，多次转动第一辅助测量装置，并通过摄影测量方法获得辅助装置上的标志点位置，进而获取第一辅助装置旋转中心O1；更换第二辅助测量装置，重复上述操作再次得到旋转中心O2，两个旋转中心连线即为孔轴线。本发明通过两种不同直径规格的半球以及摄影测量标志点捕捉孔轴线上的点，拟合得到孔轴线，具有较好的精确性和通用性。

Description

一种基于摄影测量的孔轴线测量装置及方法
技术领域
本发明属于数字化测量的技术领域，具体涉及一种基于摄影测量的孔轴线测量装置及方法。
背景技术
在飞机及其他机械产品装配过程中，孔—轴配合是最为常见的配合方式之一。尤其对于飞机制造行业，孔—轴配合被广泛的应用于飞机部段、机翼—机身对合中，而且孔轴线也通常对作为其他产品装配的基准，测量其余部位的位置、尺寸信息。孔轴线的作为虚拟非实体特征，无法直接进行测量，通常采用通过测量其内壁上的点进行拟合的方式获得。但对于某些孔径小(直径4mm以下)、深度小(通常指深度小于5mm)的孔，当前的测量设备和手段在测量其内壁点时，无法获取足够多的点或无法进行操作。因此，需采用测量工装的方式进行间接测量。
当前，对于孔轴线测量，大都通过特制的辅助插销插入孔中，通过外露的插销特征接获取的孔轴线。但是，这类方法对于特定直径的孔要匹配相同尺寸的插销，无法使用同一插销测量多种孔径，且由于销-孔的配合误差、插销磨损等情况，会引入较大的测量误差。本发明基于工业摄影测量技术，提出一种基于摄影测量的孔轴线测量装置及方法，通过该装置及方法，可精确、快速地测量孔的轴线信息；同时，本发明可适用于多种孔径的孔轴线测量，减少了经济成本，提高了方法的通用性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于摄影测量的孔轴线测量装置，旨在解决上述问题，本发明通过两种不同规格的第一辅助测量装置和第二辅助测量装置实现对孔轴线的测量，具有较好的实现性。
本发明的目的还在于提供一种基于摄影测量的孔轴线测量方法，本发明通过两种不同直径规格的半球以及摄影测量标志点捕捉孔轴线上的点，拟合得到孔轴线，可适用于多种孔径的孔轴线测量，减少了经济成本，具有较好的精确性和通用性。
本发明通过反光标志点拟合得到的球心与半球形结构的球心重合，为同一个球心。
本发明主要通过以下技术方案实现：
一种基于摄影测量的孔轴线测量装置，包括规格不同的第一辅助测量装置和第二辅助测量装置，所述第一辅助测量装置和第二辅助测量装置的下端均为与待测孔完全贴合的半球形结构，且上端均设置有反光标志点。
所述第一辅助测量装置与第二辅助测量装置的整体尺寸大小成比例变化。
本发明在使用过程中，将辅助测量装置置于孔口，辅助装置与孔口完整贴合，多次(大于4次)转动辅助测量装置，每次转动后通过摄影测量方法获得辅助装置上的标志点位置，通过多次测量标志点位置获取辅助装置旋转中心O1；更换不同规格的辅助装置，重复上述操作再次得到旋转中心O2，两个旋转中心连线即为孔轴线。本发明通过多次测量标志点在辅助测量装置不同姿态下的位置，通过不同点位拟合球体，球心即为辅助测量装置的旋转中心。
本发明主要通过以下技术方案实现：
一种基于摄影测量的孔轴线测量方法，采用上述测量装置进行测量，首先采用第一辅助测量装置的下端与待测孔完整贴合，转动n次第一辅助测量装置，并对应通过摄影测量方法获取第一辅助测量装置上端标志点位置，通过n次测量标志点位置获取第一辅助测量装置的旋转中心O1；然后采用第二辅助装置重复操作并得到旋转中心O2；则旋转中心O1与旋转中心O2的中心连线即为孔轴线，所述n大于4。
为了更好地实现本发明，进一步地，根据测量得到的N个标志点的坐标点拟合球体，所有测量点均在球表面，唯一确定球心O，即为测量装置的旋转中心O。
为了更好地实现本发明，进一步地，N大于等于4，且不共面的点数大于等于4。
为了更好地实现本发明，进一步地，假设拟合球心坐标为O(x,y,z)，拟合半径为R，每一个测量点Pi(xi,yi,zi)与拟合球心O(x,y,z)的关系为表示为：
f(x,y,z,R)＝(xi-x)2+(yi-y)2+(zi-z)2-R2
令：
F(x,y,z,R)＝∑f(x,y,z,R)2
当F(x,y,z,R)取最小值时认为O(x,y,z)拟合得到的最佳球心，因此分别对F(x,y,z,R)求x,y,z,R的偏导数，偏导数为0处取得F(x,y,z,R)的最小值：
Figure BDA0002808363070000021
Figure BDA0002808363070000022
Figure BDA0002808363070000023
Figure BDA0002808363070000024
构造方程组：
Figure BDA0002808363070000031
求解包含4个未知数的方程组即可求解得到球心坐标以O(x,y,z)。
本发明的有益效果：
本发明通过两种不同规格的第一辅助测量装置和第二辅助测量装置实现对孔轴线的测量，通过两种不同直径规格的半球以及摄影测量标志点捕捉孔轴线上的点，拟合得到孔轴线，可适用于多种孔径的孔轴线测量，减少了经济成本，具有较好的精确性和通用性。
附图说明
图1为孔轴线测量的示意图，
图2为球心拟合示意图。
其中：1-反光标志点，2-第一辅助测量装置，3-待测孔。
具体实施方式
实施例1：
一种基于摄影测量的孔轴线测量装置，如图1所示，包括第一辅助测量装置2和第二辅助测量装置，所述第一辅助测量装置2和第二辅助测量装置的下端均为与待测孔3完全贴合的半球形结构，且上端均设置有反光标志点1；所述第一辅助测量装置2与第二辅助测量装置规格不同。
本发明在使用过程中，将第一辅助测量装置2置于孔口，辅助装置与孔口完整贴合，多次转动第一辅助测量装置2，并通过摄影测量方法获得辅助装置上的标志点位置，进而获取辅助装置旋转中心O1；更换第二辅助测量装置，重复上述操作再次得到旋转中心O2，两个旋转中心连线即为孔轴线。本发明通过多次测量标志点在辅助测量装置不同姿态下的位置，通过不同点位拟合球体，球心即为辅助测量装置的旋转中心。
本发明通过两种不同规格的第一辅助测量装置2和第二辅助测量装置实现对孔轴线的测量，通过两种不同直径规格的半球以及摄影测量标志点捕捉孔轴线上的点，拟合得到孔轴线，可适用于多种孔径的孔轴线测量，减少了经济成本，具有较好的精确性和通用性。
实施例2：
一种基于摄影测量的孔轴线测量方法，如图1所示，首先采用第一辅助测量装置2的下端与待测孔3完整贴合，转动n次第一辅助测量装置2，并对应通过摄影测量方法获取第一辅助测量装置2上端标志点位置，通过多次测量标志点位置获取第一辅助测量装置2的旋转中心O1；然后采用第二辅助装置重复操作并得到旋转中心O2；则旋转中心O1与旋转中心O2的中心连线即为孔轴线，所述n大于4。
本发明在使用过程中，将第一辅助测量装置2置于孔口，辅助装置与孔口完整贴合，多次转动第一辅助测量装置2，并通过摄影测量方法获得辅助装置上的标志点位置，进而获取辅助装置旋转中心O1；更换第二辅助测量装置，重复上述操作再次得到旋转中心O2，两个旋转中心连线即为孔轴线。本发明通过多次测量标志点在辅助测量装置不同姿态下的位置，通过不同点位拟合球体，球心即为辅助测量装置的旋转中心。
本发明通过两种不同规格的第一辅助测量装置2和第二辅助测量装置实现对孔轴线的测量，通过两种不同直径规格的半球以及摄影测量标志点捕捉孔轴线上的点，拟合得到孔轴线，可适用于多种孔径的孔轴线测量，减少了经济成本，具有较好的精确性和通用性。
实施例3：
本实施例是在实施例1或2的基础上进行优化，如图2所示，根据测量得到的N个坐标点拟合球体，所有测量点均在球表面，唯一确定球心O，即为测量装置的旋转中心O。
所述N大于等于4，且不共面的点数大于等于4。
进一步地，假设拟合球心坐标为O(x,y,z)，拟合半径为R，每一个测量点Pi(xi,yi,zi)与拟合球心O(x,y,z)的关系为表示为：
f(x,y,z,R)＝(xi-x)2+(yi-y)2+(zi-z)2-R2
令：
F(x,y,z,R)＝∑f(x,y,z,R)2
当F(x,y,z,R)取最小值时认为O(x,y,z)拟合得到的最佳球心，因此分别对F(x,y,z,R)求x,y,z,R的偏导数，偏导数为0处取得F(x,y,z,R)的最小值：
Figure BDA0002808363070000041
Figure BDA0002808363070000042
Figure BDA0002808363070000043
Figure BDA0002808363070000044
构造方程组：
Figure BDA0002808363070000051
求解包含4个未知数的方程组即可求解得到球心坐标以O(x,y,z)。
本实施例的其他部分与上述实施例1或2相同，故不再赘述。
实施例4：
一种基于摄影测量的孔轴线测量方法，主要包括以下步骤：
步骤1：如图1所示，首先将半径为R1的辅助测量装置置于待测孔3上方，以双相机测量为例，获取标志点P在当前坐标系、当前位置的坐标为P1，转动辅助测量装置，记录改变姿态后的辅助测量装置上标志点坐标为P2，重复上述步骤，得到N(N≥4，且不共面的点数＞4)个坐标点。
步骤2：如图2所示，根据N个坐标点拟合球体，所有测量点均在球表面，这N个点可唯一确定球心O1，将O1记为辅助测量装置的旋转中心。
假设拟合球心坐标为O(x,y,z)，拟合半径为R，每一个测量点Pi(xi,yi,zi)与与拟合球心O(x,y,z)的关系为表示为：
f(x,y,z,R)＝(xi-x)2+(yi-y)2+(zi-z)2-R2； (1)
令：
F(x,y,z,R)＝∑f(x,y,z,R)2 (2)
当F(x,y,z,R)取最小值时认为O(x,y,z)拟合得到的最佳球心，因此分别对F(x,y,z,R)求x,y,z,R的偏导数，偏导数为0处取得F(x,y,z,R)的最小值：
Figure BDA0002808363070000052
Figure BDA0002808363070000053
Figure BDA0002808363070000054
Figure BDA0002808363070000055
构造方程组：
Figure BDA0002808363070000061
求解包含4个未知数的方程组即可求解得到球心坐标以O(x,y,z)；
步骤3：更换为半径R2的辅助测量装置，重复上述操作，获得当前测量装置的旋转中心为O2，O1与O2的连线记为待测孔3轴线所在直线。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，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，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于摄影测量的孔轴线测量装置，其特征在于，包括规格不同的第一辅助测量装置和第二辅助测量装置，所述第一辅助测量装置和第二辅助测量装置的下端均为与待测孔完全贴合的半球形结构，且上端均设置有反光标志点。
2.一种基于摄影测量的孔轴线测量方法，采用权利要求1所述的测量装置进行测量，其特征在于，首先采用第一辅助测量装置的下端与待测孔完整贴合，转动n次第一辅助测量装置，并对应通过摄影测量方法获取第一辅助测量装置上端标志点位置，通过n次测量标志点位置获取第一辅助测量装置的旋转中心O1；然后采用第二辅助装置重复操作并得到旋转中心O2；则旋转中心O1与旋转中心O2的中心连线即为孔轴线，所述n大于4。
3.根据权利要求2所述的一种基于摄影测量的孔轴线测量方法，其特征在于，根据测量得到的N个标志点的坐标点拟合球体，所有测量点均在球表面，唯一确定球心O，即为测量装置的旋转中心O。
4.根据权利要求3所述的一种基于摄影测量的孔轴线测量方法，其特征在于，N大于等于4，且不共面的点数大于等于4。
5.根据权利要求4所述的一种基于摄影测量的孔轴线测量方法，其特征在于，假设拟合球心坐标为O(x,y,z)，拟合半径为R，每一个测量点Pi(xi,yi,zi)与拟合球心O(x,y,z)的关系为表示为：
f(x,y,z,R)＝(xi-x)2+(yi-y)2+(zi-z)2-R2
令：
F(x,y,z,R)＝∑f(x,y,z,R)2
当F(x,y,z,R)取最小值时认为O(x,y,z)拟合得到的最佳球心，因此分别对F(x,y,z,R)求x,y,z,R的偏导数，偏导数为0处取得F(x,y,z,R)的最小值：
Figure FDA0002808363060000011
Figure FDA0002808363060000012
Figure FDA0002808363060000013
Figure FDA0002808363060000014
构造方程组：
Figure FDA0002808363060000021
求解包含4个未知数的方程组即可求解得到球心坐标以O(x,y,z)。
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