WO2023024333A1

WO2023024333A1 - 一种精密的回转体测量装置和测量方法

Info

Publication number: WO2023024333A1
Application number: PCT/CN2021/137450
Authority: WO
Inventors: 陈浙泊; 叶雪旺; 陈一信; 余建安; 陈龙威; 陈镇元; 张一航; 林建宇; 潘凌锋; 陈逸宸
Original assignee: 浙江大学台州研究院
Priority date: 2021-08-27
Filing date: 2021-12-13
Publication date: 2023-03-02
Also published as: CN113739704A

Abstract

一种精密的回转体测量装置，通过扫描装置（6）扫描固定于定位组件上的回转体，实现对回转体尺寸的检测，包括长度以及宽度；通过设置扫描装置（6）根据变速扫描轨迹进行变速扫描，相比传统的扫描，在保证精度的情况下，减少扫描产生的数据，提高扫描效率。还公开了一种精密的回转体测量方法。

Description

一种精密的回转体测量装置和测量方法

技术领域

本发明涉及激光扫描领域，特别是涉及一种精密的回转体测量装置和测量方法。

背景技术

随着电机行业的发展，需要各种型号的机轴，其中由于机轴需要高速旋转动作，因此对于机轴的精度要求极高。机轴的精度直接影响设备的运行，包括设备的寿命和设备运行的噪音等方面。在传统的方法中，采用人工检测方法，其工作强度大、效率低，而且误差也很大，因此需要一种能够高效、精密测量回转体尺寸参数的检测设备。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种精密的回转体测量装置和测量方法。

为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种精密的回转体测量装置，包括数据处理装置、固定台、运动装置、定位组件、扫描装置以及测距装置，其中运动装置设置于固定台上；定位组件分为两部分，分别设置于运动装置以及固定台上，定位组件用于固定回转体；扫描装置设置于运动装置上；测距装置设置于固定台上，测距装置用于检测扫描装置的行进距离；处理装置分别与测距装置、运动装置以及扫描装置通信连接。

一种精确的回转体的测量方法，包括如下步骤：

步骤1：扫描装置判断上定位锥和下定位锥之间的是否存在待测样品；若存在待测样品，则进入步骤2；否则，在数据处理装置的显示器上显示无待测样品，结束步骤；

步骤2：扫描装置对待测样品进行快速扫描，结合测距装置，获取待测样品的快速扫描数据；

步骤3：数据处理装置获取快速扫描数据，并将快速扫描数据与预存的模板数据进行比对；根据比对的结果判断是否存在相应的预存模板；若存在相应的预存模板，则进入步骤4；若没有相应的预存模板，则提示制作模板，完成模板制作后进入步骤4；

步骤4：数据处理装置根据预存模板数据，获取检测区域以及跳变区域；

步骤5：数据处理装置根据检测区域以及跳变区域，规划变速扫描轨迹；

步骤6：扫描装置根据变速扫描轨迹对待测样品进行变速扫描；将变速扫描数据传输至数据处理中心；

步骤7：数据处理中心对变速扫描数据进行补偿校正处理，结束步骤。

本发明的有益效果为：

通过扫描装置扫描固定于定位组件上的回转体，实现对回转体尺寸的检测，包括长度以及宽度；

通过上定位装置的上定位锥以及下定位装置的下定位锥，固定回转体的上下端，保证回转体在测量过程的位置不变；

通过在扫描装置上设置弹性立柱，控制上定位装置和扫描装置之间的间距，避免两者相触；

通过在立架上设置限位块，限制上定位装置和扫描装置的运动高度；

通过设置扫描装置根据变速扫描轨迹进行变速扫描，相比传统的扫描，在保证精度的情况下，减少扫描产生的数据，提高扫描效率；

通过倾斜自校，校验上定位锥和下定位锥之间是否对齐，若没有对齐，则进行自动或者手动校正，减少扫描误差，保证扫描数据准确；

通过对扫描数据进行倾斜补偿和系统误差补偿，对于细微的倾斜误差以及系统误差进行自动补偿，进一步保证数据的准确；

通过对变速扫描数据的初步处理，保证扫描数据的准确性。

附图说明

图1为本发明实施例一的测量装置整体示意图；

图2为本发明实施例一的测量装置的主视图；

图3为本发明实施例一的测量方法流程图；

图4为本发明实施例一的倾斜自校流程图；

图5为本发明实施例一的X方向自动调节流程；

图6为本发明实施例一的Y方向自动调节流程；

图7为本发明实施例一的制作模板流程；

图8为本发明实施例二的标准校验棒示意图；

图9为本发明实施例二的水平校正计算流程；

图10为本发明实施例二的高度校正计算流程。

附图标识说明：底座1、立架2、运动装置3、上定位装置4、下定位装置5、扫描装置6、标尺光栅7、读取头8、工作台9。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一：

如图1、2所示，一种精密的回转体测量装置，包括数据处理装置、固定台、运动装置3、定位组件、扫描装置6以及测距装置，其中运动装置3设置于固定台上；定位组件分为两部分，分别设置于运动装置3以及固定台上，定位组件用于固定回转体；扫描装置6设置于运动装置3上；测距装置设置于固定台上，测距装置用于检测扫描装置6的行进距离；处理装置分别与测距装置、运动装置3以及扫描装置6通信连接。

所述固定台包括底座1以及立架2，立架2竖直设置与底座1上，在本例中立架2为方形的大理石板。

所述运动装置3包括驱动组以及丝杆组，驱动组设置于立架2的顶部，丝杆组设置于立架2的侧面；驱动组与丝杆组传动连接。驱动组包括两个电机，分别为电机一和电机二，其中电机一用于带动扫描组件，电机二用于带动定位组件的一部分；丝杆组分别与电机一和电机二连接。丝杆组包括丝杆、定位块以及滚珠螺母，其中定外块设置于丝杆与立架2之间，定位块分别位于丝杆的两端；滚珠螺母设置于丝杆上，滚珠螺母用于固定扫描装置6或者定位组件。在立架2上还设置有滑槽，丝杆设置于滑槽内，使得滚珠螺母能够沿着滑槽滑动。在本例中设置有三根丝杆，其中一根丝杆对应扫描装置6，另外两根丝杆对应定位组件。对应定位组件的两根丝杆分别与电机二通过传动带连接，电机二和两根丝杆呈三角形分布，电机二转动能够通过传动带带动两根丝杆转动。在本例中对应扫描装置 6的丝杆设置于对应定位组件的两根丝杆之间，其目的是为了使得定位组件和扫描装置6能够保持平衡。

所述定位组件包括上定位装置4以及下定位装置5，其中下定位装置5活动设置于固定台的底座1上，上定位装置4设置于丝杆组上，上定位装置4还与立架2之间用过滑轨连接。下定位装置5包括下定位锥、调节座以及滑动组件，下定位锥设置于调节座上，调节座通过滑动组件活动设置于底座1上，在本例中下定位锥设置于从调节座上凸起的圆柱或圆台上；下定位锥的尖端与回转体的一端连接，配合上定位装置4，用于夹住回转体。滑动组件包括滑轨以及滑动电机，在本例中滑动电机共两个，两个滑动电机分别设置于调节座的两侧，两个滑动电机相互垂直设置，滑动电机通过滑块设置于滑轨上。其中一个滑动电机动作时，推动调节座动作，进而带动另一个滑动电机在其滑轨上产生相对滑动，进而实现调节座的位置调节；两个电机中的Y电机用于调节调节座在Y轴方向上的位置，X电机用于调节X轴方向上的位置。其中下定位装置上还设置有保护盖，保护盖盖于调节座和滑动组件上，下定位锥穿过保护盖。上定位装置4包括滑动板以及上定位锥，其中上定位锥设置于滑动板上，在本例中上定位锥设置于滑动板上设置的固定座上；滑动板固定设置于丝杆的滚珠螺母上；上定位锥正对下定位锥。滑动板还与立架2滑动连接，在本例中滑动板设置于立架2侧面的滑轨上，其中与滑动板连接的滑轨共两条，两条滑轨相互平行。

所述扫描装置6包括滑动板二、发射端以及接收端，发射端和接收端均设置于滑动板二上，其中发射端和接收端相对设置，发射端和接收端之间保持设定距离；上定位锥以及下定位锥位于发射端和接收端之间。需要说明的是发射端发射的光束的方向与扫描装置6的运动方向相垂直。滑动板二设置于丝杆的滚珠螺母上；滑动板二还与立架2滑动连接，滑动板二设置于立架2侧面的滑轨上，与滑动板二连接的滑轨共两条，两条滑轨相互平行。在本例中扫描装置6上还设置有弹性立柱，弹性立柱用于避免扫描装置6和上定位装置4相撞；另外弹性立柱也能够限制扫描装置6的扫描范围，避免扫描装置6将上定位装置4也扫描进图像中。扫描装置6在高度方向上，位于上定位装置4与下定位装置5之间。

所述测距装置采用光栅尺，包括标尺光栅7以及读取头8，其中标尺光栅7设置于立架2上，读取头8设置于扫描装置6的侧面；读取头8与标尺光栅7 相对设置，读取头8用于读取标尺光栅7上的数据，记录距离数据。测距装置与数据处理装置通信连接。

所述数据处理装置包括PLC设备以及上位机，上位机与PLC设备连接；PLC设备还分别与扫描装置6以及测距装置通信连接；上位机包括显示器、下位机接口以及存储器等；显示器用于人机交互，包括显示扫描图像以及扫描数据等。

还包括工作台9，其中数据处理装置设置于工作台9内，底座1设置于工作台9的上表面的凹槽内，在本例中底座1的上表面和工作台9的上表面位于同一平面；立架2设置于底座1上。工作台9的底部设置有万向轮，便于进行移动。

所述立架2上还设置有限位块，其中限位块共两块，一块限位块用于限制上定位装置4的最高运动高度，另一块限位块用于限制扫描装置6的最高运动高度；两块限位块之间存在高度差，避免上定位装置4和扫描装置6的最高位置相互干涉。立架2的侧面还设置有拖链，拖链用于设置扫描装置6上的连接线，避免连接线阻碍扫描装置6的运动。

如图3所示，一种精密的回转体测量方法，包括如下步骤：

步骤1：扫描装置判断上定位锥和下定位锥之间的是否存在样品；若存在待测样品，则进入步骤2；否则，在数据处理装置的显示器上显示无待测样品，结束步骤；

如图4所示，需要说明的是在步骤1之前还需要对上定位锥和下定位锥的相对位置进行倾斜自校；倾斜自校包括如下步骤：

步骤S1：数据处理装置接收相应指令，并进入倾斜自校模式；

步骤S2：扫描装置扫描标准校验棒，结合测距装置，获取扫描数据；标准校验棒为轴径以及高度数据均已知的回转体，在本例中标准校验棒为圆柱体；

步骤S3：数据处理装置根据扫描数据获得标准校验棒在Y-Z平面内的倾斜角度α；

步骤S4：根据倾斜角度α，获得标准校验棒在X-Z平面内的倾斜角度β；

步骤S5：判断倾斜角度α和倾斜角度β与设定阈值的关系；若大于设定阈值，则对下定位装置的位置调节，并在数据处理装置的显示器上进行显示，返回步骤S1；否则，进入步骤S6；

步骤S6：根据倾斜角度α和倾斜角度β获得倾斜补偿校正参数，结束步骤。

在步骤S2中，在本例中标准校验棒呈圆柱状。

在步骤S3中，Y-Z平面内的倾斜角度通过扫描图像获得，在本例中扫描图像中的回转体的轴线偏离竖直方向的角度即为标准校验棒在Y-Z平面内的倾斜角度α。根据扫描图像获得标准校验棒的扫描宽度L′，结合标准校验棒的已知宽度L，获得Y-Z平面内的倾斜角度α，如下式所示：

在步骤S4中，标准校验棒在X-Z平面内的倾斜角度β的计算，首先需要计算Y-Z平面内的倾斜角度α导致的高度变化量H _α：

H _α＝(H*cosα+L*sinα)-H

其中，H表示标准校验棒的已知的高度；L表示标准校验棒的已知的上端或下端的宽度，需要说明的是在本例中标准校验棒的上端和下端的宽度一致；H _α表示Y-Z平面内的倾斜角度导致的高度变化量，需要说明的是在本例中高度变化量表示倾斜后的高度与原高度的差值；其次，获得标准校验棒在X-Z平面内的高度变化量H _β；

H _β＝h-(H+H _α)

其中，h表示标准校验棒的扫描高度。根据倾斜关系能够获得：

H _β＝(H*cosβ+L*sinβ)-H

最后，对上式进行三角函数转换，获得X-Z平面内的倾斜角度β：

其中，β表示X-Z平面内的倾斜角度。

在本例中X方向为扫描光线发射的方向；Z方向为扫描装置运动的方向，在本例中Z方向为竖直方向；Y方向分别与X方向以及Z方向垂直。

如图5、6所示，在步骤S5中，显示器上显示的内容包括调节方向和调节距离；下定位装置的位置调节可以由操作人员根据现显示器上的显示内容完成调节或者由下定位装置中的滑动组件进行自动调节。调节距离包括X方向调节距离和Y方向调节距离，其中X方向调节距离ΔX＝H×sinβ，Y方向调节距离ΔY＝H×sinα。调节方向包括X方向的调节方向和Y方向的调节方向。其中Y方向的调节方向根据扫描图像轮廓及顶点坐标决定。X方向的调节方向的判断，首先需要将下定位装置向X方向上的正方向或负方向进行微调，再启动扫描装置进行扫描，若微调后得到的扫描图像的扫描高度h’小于微调之前的扫描高度h，则对下定位装置向微调的反方向进行调节；反之，继续向微调的方向进行调节。在本例中，由滑动组件进行自动调节，调节的过程包括如下步骤：

步骤S51：根据倾斜角度α，获得下定位装置在Y方向上的调节距离△Y；

步骤S52：根据扫描图像的轮廓及顶点坐标，获得Y方向上的调节方向；其中若上定点坐标的和大于下定点坐标的和，则将下定位装置向Y方向的正方向移动，若上定点坐标的和小于下定点坐标的和，则将下定位装置向Y方向的负方向移动；

步骤S53：将调节距离和调节方向发送给滑动组件中的Y电机的驱动，控制Y电机完成Y方向的调节；

步骤S54：根据倾斜角度β，获得下定位装置在X方向上的调节距离△X；

步骤S55：控制X电机，使得下定位装置在X的正方向或负方向上调节距离△X’，其中△X’小于△X；

步骤S56：获得调节后的标准校验棒的扫描图像；

步骤S57：判断标准校验棒的扫描图像的高度变化，若扫描图像X-Z平面内的倾斜角度β较调节前减小，则控制X电机继续沿该方向调整(△X-△X’)的距离，否者向反方向调整(△X+△X’)的距离；结束步骤。

所述步骤S51中，Y方向上的调节距离为△Y＝H*sinα，其中H表示标准校验棒的已知的高度。

所述步骤S54中，X方向上的调节距离为△X＝H*sinβ，H表示标准校验棒的已知的高度。

所述步骤S55中的△X’小于△X，在本例中△X’＝0.5*△X。

需要说明的是，由于电机和电机的驱动之间存在配合误差，另外电机存在转动误差，因此会导致距离所以补偿参数会变化，因此通过拟合方程获得实际调节距离和获得的调整距离之间的关系，并通过拟合方程，对步骤S54和步骤S54获得的调整距离进行调节；在本例中为五阶拟合方程，表示为y＝ax^5+bx^4+cx^3+dx^2+ex+f。

在步骤S6中，倾斜补偿校正参数用于对扫描装置获得的扫描数据进行补偿，提高扫描数据的精度。因为对于细微的误差，难以通过手动调节装置进行调节，所以在本例中通过数据的计算进行补偿。倾斜补偿校正参数的获得，包括如下步骤：

步骤S61：根据Y-Z平面内的倾斜角度α，通过三角函数换算，获得Y-Z平面的高度倾斜补偿系数A；

步骤S62：根据Y-Z平面的高度倾斜补偿系数A，对扫描获得的扫描数据中的高度数据进行数据补偿；

步骤S63：将补偿后的数据与标准校验棒的真实高度数据进行比较，获得X-Z平面的高度倾斜补偿系数B；

步骤S64：根据Y-Z平面内的倾斜角度α，获得宽度补偿系数C，结束步骤。

在步骤S61中，Y-Z平面的高度倾斜补偿系数A的计算如下：

其中，H表示标准校验棒的已知的高度；L表示标准校验棒的已知的上端或下端的宽度；α表示在Y-Z平面内的倾斜角度。

在步骤S63中，X-Z平面的高度倾斜补偿系数B的计算如下：

其中，β表示在X-Z平面内的倾斜角度。

所述步骤S64中，宽度补偿系数C的计算如下：

C＝cosα

所述步骤1中，通过扫描装置在设定高度是否存在扫描图像来判断上定位锥和下定位锥之间是否存在待测样品，在本例中设定高度为下定位锥的顶部高度位置；在扫描装置判断是否存在待测样品后，会回归初始位置。在一些其他实施方式中，也可以通过下定位装置上设置的压力传感器度数，来判断在上定位锥和下定位锥之间是否存在待测样品，或者通过上定位锥对应的电机一的扭矩判断上定位锥和下定位锥之间是否存在待测样品。

所述步骤2中的快速扫描为扫描装置以设定的速度，匀速进行扫描；其中扫描数据包括扫描装置扫描的获得的宽度数据以及测距装置获得高度数据，高度数据与宽度数据根据时间关系相互关联，在本例中由PLC分别接收扫描装置以及测距装置的数据，并将两部分数据根据接收时刻，同步上传至上位机。

如图7所示，所述步骤3中制作模板的过程包括如下步骤：

步骤31：扫描装置对模板样品进行快速扫描，获取模板样品的快速扫描数据；

步骤32：数据处理装置获取并存储快速扫描数据；

步骤33：根据快速扫描数据，获得模板样品的宽度的跳变区域，并根据跳变区域获得检测区域；在本例中检测区域为相邻跳变区域之间的区域；

步骤34：根据检测区域以及跳变区域，获取变速扫描轨迹；扫描装置根据变速扫描轨迹对模板样品进行变速扫描；将变速扫描数据传输至数据处理中心；

步骤35：数据处理中心对变速扫描数据进行补偿校正处理，并将补偿后的扫描数据和检测区域进行存储，结束步骤。

在步骤32中，数据处理装置的存储包括四部分，其中两个存储为一组，每组存储中的两个存储部分分别用于存储测距的高度以及扫描的宽度数据；在一组存储存满后，切换至另一组存储，并将存满的存储部分中的存储数据上传至上位机；通过设置两组存储相互切换，保证扫描过程的连续进行，提高扫描的效率。在对待测样品扫描的过程中，数据处理装置也按照上述存储方式进行扫描数据的存储。

在步骤33中检测区域的获取包括如下步骤：

步骤331：根据快速扫描的结果，并根据扫描图像的宽度的变化点，对图像的高度进行分段；

步骤332：取出所有高度分段的端点，并将端点向上下扩散，获得跳变区域；在本例中，对图像高度分段的端点加减设定的数值，得到跳变区域的范围；

步骤333：将相邻跳变区域之间的区域作为检测区域，结束步骤。

所述步骤34中的变速扫描同步骤5中的变速扫描。

所述步骤5中，变速扫描轨迹对的规划过程包括如下步骤：

步骤51：根据读取的检测区域以及跳变区域，对高度进行分段；

步骤52：对于检测区域设置为快速扫描，对于跳变区域设置为慢速扫描。

在步骤52中的快速扫描以及慢速扫描表示扫描装置的运动速度快慢，其中扫描装置的扫描数据频率是一致的，在本例中扫描频率为2500Hz。

所述步骤6中，数据处理装置接收了变速扫描数据后，会对变速扫描数据进行初步处理，通过初步处理，获得准确的扫描数据，初步处理包括外径测量处理、高度测量处理以及同步测量处理。

其中外径测量处理包括如下步骤：

步骤601：从预存模板数据中读取每个检测区域的范围，包括高度起点start和高度结束点end；

步骤602：获取高度起点start对应的宽度检测值I_s以及高度结束点end对应的宽度检测值I_e，之间的所有宽度检测数据集，表示为Mear＝[I_s,I_e]；

步骤603：对宽度检测数据集进行滤波处理；在本例中滤波处理包括中值滤波以及平滑滤波；

步骤604：获取滤波后的宽度检测数据集的均值，并将均值作为该检测区域的宽度值；将宽度检测数据集Mear中极大值与其均值的差作为上公差，极小值与其均值的差作为下公差；结束步骤。

高度测量处理的步骤包括：

步骤611：根据预存模板数据中的跳变区域的高度范围，获取每个跳变区域的外径扫描数据集合W以及高度扫描数据集合V；其中外径扫描数据集合W中包括若干外径数据Mear_w，高度扫描数据集合V中包括若干高度数据Mear_v；

步骤612：对所有的外径数据Mear_w作差分处理，将差分值大于设定阈值的点作为台阶变化点，得若干个变化点；

步骤613：获取差分值最大点对应的高度hmax，并获得以其为中心的高度邻域D＝(hmax-d，hmax+d)；其中d为设定值；

步骤614：对该高度邻域D内的所有外经数据进行均值滤波，获得数据集d1；

步骤615：对数据集d1的每点求斜率获得斜率集合d2；

步骤616：遍历斜率集合d2，筛选出所有斜率值大于设定阈值的索引集合d3；

步骤617：根据索引集合d3的范围，在数据集d1选取数据，并对该部分数据进行直线拟合，获得直线方程为y＝ix+j；其中y表示宽度信息，x表示高度信息；

步骤618：获取预存模板中在该跳变区域的宽度信息，并将宽度信息代入拟合的直线方程，获得高度数据，并将该高度数据作为待测样品测量时的跳变点高度。

在步骤618中跳变点高度表示待测样品的宽度变化位置所处的高度。

同步测量处理，首先需要判断每个时刻的高度数据对应采集的宽度数据的数量，以及每个时刻的宽度数据对应采集的高度数量；若高度数据和宽度数据没有相互对应，则对大于一个的高度数据或者宽度数据求取均值，并将求得的均值作为最终的高度数据或者宽度数据。在本例中，如果一个高度数据对应有多个宽度数据，则将多个宽度数据求均值，并将求得的宽度均值作为回转体待测样品在该高度的宽度值；同理，如果一个时刻的宽度数据对应有多个高度数据，则将多个高度数据求均值，并将求得的高度均值与该宽度数据相对应。因为在实际测量的过程中，由于扫描装置和测距装置之间存在相位差以及数据传输的延迟性，因此可能存在扫描装置数据输出的时候，测距装置没有数据输出，或者当测距装置数据输出的时候，扫描装置没有数据输出，会导致检测数据产生误差。

所述步骤7中，根据预设的倾斜补偿校正参数对步骤6获取的扫描数据进行补偿；在本例中倾斜补偿校正参数通过步骤S6获取，包括高度倾斜补偿系数A、B以及宽度补偿系数C。其中补偿后的高度H _补的计算如下式所示：

H _补＝H _测×A×B

其中，H _测表示待测样品的高度测量值，A表示高度补偿系数A，B表示高度补偿系数B。补偿后的宽度L _补的计算如下式所示：

L _补＝L _测×cosα

其中，L _测表示待测样品的宽度测量值。

在实施的过程中，通过设置扫描装置根据变速扫描轨迹进行变速扫描，相比传统的扫描，在保证精度的情况下，减少扫描产生的数据，提高扫描效率；通过倾斜自校，校验上定位锥和下定位锥之间是否对齐，若没有对齐，则进行校正，减少扫描误差，保证扫描数据准确；通过对扫描数据进行倾斜补偿，对于细微的倾斜误差进行自动补偿，进一步保证数据的准确；通过对变速扫描数据的初步处理，保证扫描数据的准确性。

实施例二：

本实施例是基于实施例一获得的，其中在步骤1之前需要对上定位锥和下定位锥的相对位置进行倾斜自校；倾斜自校包括如下步骤：

步骤S2：扫描装置扫描标准校验棒，结合测距装置，获取扫描数据；标准校验棒为轴径以及高度数据均已知的回转体；

步骤S6：获得系统补偿校正参数，结束步骤。

如图8所示，在步骤S2中，标准校验棒包括圆柱段和圆球段，其中圆柱段和圆球段交错设置，并且圆柱段和圆球段的长度相等，标准校验棒上的圆柱段和圆球段数量相等，其目的是使标准校验棒的扫描图像和其翻转后的扫描图像能够形成互补。另外，在X方向倾斜时，会导致扫描图像的高度减小，圆柱段和圆弧段的跳变边缘呈圆弧状，但是不影响直径的扫描结果；在Y方向倾斜时，会导致扫描图像的高度减小，并对圆柱端的直径扫描结果产生影响。

如图9所示，在步骤S6中，系统补偿校正参数包括水平误差补偿以及高度误差补偿。其中水平误差补偿如下步骤：

步骤S601：获得标准校验棒的扫描图像；

步骤S602：根据圆柱段的扫描图像与扫描图像的边界，获得边界距离，边界距离表示圆柱段图像到扫描图像的距离；其中边界距离数据表示为a ^T[d ₁,d ₂,...d _n]，对应的高度表示为h ^T:[h ₁,h ₂,...h _n]；

步骤S603：通过最小二乘法拟合获得圆柱段图像的一次函数f(h)＝ph+q；

步骤S604：根据一次函数获得Y方向的倾斜角度值α，其中tanα＝p；

步骤S605：获得水平方向误差补偿系数△l＝r _直径-r _测量*cosα，r _直径表示圆柱段的真实直径，r _测量表示圆柱段的扫描测量直径，△l表示系统误差。

在步骤S604中，由于标准校验棒在X-Z平面内的倾斜角度β，不影响直径的扫描结果，因此只要考虑Y-Z平面内的倾斜角度α。

如图10所示，所述高度误差补偿如下步骤：

步骤S611：根据标准校验棒的扫描图像，获得其中一段圆球段的扫描数据A:

并对第二列数据做差分处理，获得detR:

其中h ^T:[h ₁,h ₂,...h _n]表示高度，r ^T:[r ₁,r ₂,...r _n]表示宽度，α表示Y-Z平面内的倾斜角度值；

步骤S612：根据detR，获得绝对值最大的两点，其对应的高度值分别为V1，V2；设定b’＝(H1+H2)/2；

步骤S613：从数据A中以V1为起点，V2为终点截取得数据S:

其中，V1和V2分别表示圆球段的初始高度和结束高度，V1对应高度值H1，V2对应高度值Hm；

步骤S614：根据圆心的高度b’，获得圆球段的图像的一般方程x ²+(y+b’) ²＝r ²，其中r为输入的设定值，在本例中r为圆球段的真实直径；

步骤S615：根据圆的弦长和半径的关系，获得

其中R表示半径，L表示弦长，H表示高度；

步骤S616：取数据S中的第二列数据带入

求得

作为高度真值；

步骤S617：建立映射关系F(X)使

成立；

步骤S618：通过“取整函数”方法，将

和

分段；在本例中将0.02mm设定为分段单位，一毫米能够分为50段，获得第一段的数据表示为

以及对应的和

步骤S619：将为

作为x，将

作为F(X)，通过最小二乘法进行拟合，获得F(X)＝Ax+z中的A和z的值；

步骤S6110：对所有段计算矫正系数A和z，获得高度校正系数矩阵

步骤S6111：对其余圆弧段根据步骤S611-S6110，获得所有圆弧段的高度校正系数；

步骤S6112：将校验棒翻转，重复上步骤S611-S6111，获得标准校验棒的所有高度的高度校验参数，结束步骤。

以上描述仅是本发明的一个具体实例，不构成对本发明的任何限制。显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修改和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims

一种精密的回转体测量装置，其特征在于，包括数据处理装置、固定台、运动装置、定位组件、扫描装置以及测距装置，其中运动装置设置于固定台上；定位组件分为两部分，分别设置于运动装置以及固定台上，定位组件用于固定回转体；扫描装置设置于运动装置上；测距装置设置于固定台上，测距装置用于检测扫描装置的行进距离；处理装置分别与测距装置、运动装置以及扫描装置通信连接。
一种精密的回转体测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：扫描装置判断上定位锥和下定位锥之间的是否存在待测样品；若存在待测样品，则进入步骤2；否则，在数据处理装置的显示器上显示无待测样品，结束步骤；

步骤2：扫描装置对待测样品进行快速扫描，结合测距装置，获取待测样品的快速扫描数据；

步骤3：数据处理装置获取快速扫描数据，并将快速扫描数据与预存的模板数据进行比对；根据比对的结果判断是否存在相应的预存模板；若存在相应的预存模板，则进入步骤4；若没有相应的预存模板，则提示制作模板，完成模板制作后进入步骤4；

步骤4：数据处理装置根据预存模板数据，获取检测区域以及跳变区域；

步骤5：数据处理装置根据检测区域以及跳变区域，规划变速扫描轨迹；

步骤6：扫描装置根据变速扫描轨迹对待测样品进行变速扫描；将变速扫描数据传输至数据处理中心；

步骤7：数据处理中心对变速扫描数据进行补偿校正处理，结束步骤。