CN105519264B - 非接触式综合测量大型平板裂缝天线表面三维形貌和缝隙尺寸的方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种非接触式综合测量大型平板裂缝天线表面三维形貌和缝隙尺寸的方法及其系统。该系统的精密测距仪测量天线法向形貌，协同二维运动导轨的坐标值经计算机处理得到精确的三维形貌图，在扫描过程中，CCD完成天线局部图像的拍摄，完成扫描后，计算机系统对拍摄的图像进行图像拼接，完成缝隙尺寸的计算，协同二维运动导轨的坐标值，完成大型平板裂缝天线全场辐射缝尺寸的测量以及相互位置关系的测量，在表面形貌和缝隙尺寸精确测量的基础上，对比设计值完成缺陷区域查找。本发明可以一次同时测量出平板裂缝天线复杂表面形体的三维形貌特征和平面度及表面特征如辐射缝的几何尺寸以及相互位置关系；具有成本低廉、测量精度高、非接触测量和便携性好等特点。<pb pnum="1" />

Description

非接触式综合测量大型平板裂缝天线表面三维形貌和缝隙尺寸的方法及其系统

一技术领域

本发明属于非接触测量技术，特别是一种综合测量大型平板裂缝天线表面三维形貌和缝隙尺寸的非接触式测量方法及其系统。

二背景技术

大型平板裂缝天线是应用最广泛的机载雷达天线，这种天线对设计和加工精度要求非常高，其中天线的表面形貌和辐射缝隙的尺寸以及相对位置关系是决定天线电讯指标最关键的因素。所以平板裂缝天线表面三维形貌和辐射缝隙尺寸以及其相对位置关系的精确测量对于控制天线质量，研究设计高性能的平板裂缝天线以及研究天线实际辐射特性有着非常重要的指导意义。限于测试设备和测试技术的局限，目前对天线表面形貌和辐射缝的测量均是通过三坐标仪测量，其测量速度非常慢，效率极低，不适应生产线检测，而且只能测出有限的离散点尺寸，辐射缝尺寸也是通过几个离散点来替代，容易造成缺陷漏检和错检，依据其结果也无法完成对平板裂缝天线实际辐射特性的深入研究。所以一种全场式、高精度和快捷式的天线综合测量系统的研发非常有必要。

非接触测量具有全场化、速度快等特点。现有的非接触式测量手段主要有：双电子经纬仪测量、激光扫描测量和数字摄影测量等。电子经纬仪测量系统以两台或多台高精度电子经纬仪为主要传感器，结合其它附件和系统软件，以角度前方交会为基本原理，实现空间点的三维坐标测量。对1m大小的工件其测量精度可以达到0.01-0.02mm，但其不足之处与三坐标测量仪一样，测量速度慢，测量时间长。激光扫描仪的测距原理分为三种：一是脉冲法激光测距，二是激光相位法测距，三是激光三角法测距。激光扫描仪可以获取海量的点云数据，尤其适用于实体的三维建模，其不足之处在于无法对某一特定的点进行测量，即不好精确瞄准特征点。且精度普遍偏低，一般均低于0.1mm。工业数字摄影测量是通过在不同的位置和方向获取同一物体的2幅以上的数字图像，经计算机图像匹配等处理及相关数学计算后得到待测点精确的三维坐标。采用摄影测量系统一次摄影瞬时完成，可以同时测量全场目标点。但是其在法向的风辨率较低。

三发明内容

本发明的目的在于提供一种非接触式综合测量大型平板裂缝天线表面三维形貌和缝隙尺寸的方法及其系统。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种非接触式综合测量大型平板裂缝天线表面三维形貌和缝隙尺寸的方法，首先，精密测距仪与CCD共同固定在二维运动导轨上，该二维运动导轨在测量过程中平行于平板裂缝天线辐射面作二维扫描运动，其运动由计算机控制，控制位置精度达0.01mm；

其次，固定于二维运动导轨上的精密测距仪测量探测点与被测平板裂缝天线表面的垂直距离，该距离协同由计算机控制的精密测距仪位置信息共同完成平板裂缝天线表面三维坐标值的测量，根据该三维坐标值即可完成三维形貌的生成，CCD完成局部平板裂缝天线图像的采集，对拍摄的图像进行图像拼接；

再次，提取图像中的缝隙轮廓特征，并计算缝隙尺寸以及相互位置关系，完成平板裂缝天线表面辐射缝隙特征尺寸的测量以及相互位置关系的确定；

最后，根据测量所得平板裂缝天线表面三维形貌、缝隙尺寸以及缝隙间相互位置关系与设计值进行比对，从而判断平板裂缝天线表面三维形貌、缝隙尺寸以及缝隙间相互位置关系的缺陷。

一种实现权利上述的非接触式综合测量大型平板裂缝天线表面三维形貌和缝隙尺寸的方法的系统，包括二维运动导轨，测试台、精密测距仪、数字CCD、具有图像处理软件的计算机系统，以及基准标尺，该二维运动导轨在二维平面内作二维精密运动，计算机系统记录其坐标X、Y，其精度为0.01mm，精密测距仪是基于三角法原理，用于测量天线表面与精密测距仪间的垂直距离Z，CCD的相机每隔一定区域进行图像采集，计算机系统综合运动导轨的运动坐标，以及精密测距仪的测量值快速得到整个天线表面的形貌；所述的计算机系统根据CCD采集的局部图像经拼接得到整个天线辐射表面的图像，再根据图像灰度值进行缝隙边缘特征提取，配合基准标尺得到所有辐射缝隙的几何尺寸，并协同导轨坐标数据进行全场辐射缝隙位置的定位。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)能够一次同时测量出如平板裂缝天线等复杂表面形体的三维形貌特征和平面度以及表面特征如辐射缝的几何尺寸以及相互位置关系，其测量精度达3×10^-5m；缝隙尺寸测量精度达0.03mm，表面形貌测量精度达0.03mm。(2)表面形貌可以进行全场测量，而三坐标仪只能进行离散点测量，结果更可靠。(3)系统还能通过特定的缺陷诊断程序，快速正确地判断出大型平板裂缝天线的加工和装配缺陷特征和位置，测量速度比传统三坐标仪提高50倍。(4)系统除了具有成本低廉、测量精度高、非接触测量和便携性好等特点外，还具有其它系统所无法比拟的优点，如测量现场工作量小、快速、高效和不易受温度变化的影响，目前其对1m×1m大小工件的测量精度可以达到0.02-0.03mm。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

四附图说明

图1是本发明的非接触式综合测量大型平板裂缝天线表面三维形貌和缝隙尺寸的系统组成示意图。

图2是本发明的非接触式综合测量大型平板裂缝天线表面三维形貌和缝隙尺寸的方法流程图。

图3是本发明的非接触式综合测量大型平板裂缝天线表面三维形貌和缝隙尺寸的方法的三维形貌测量效果图。

五具体实施方式

结合图2，本发明非接触式综合测量大型平板裂缝天线表面三维形貌和缝隙尺寸的方法，首先，精密测距仪3与数字CCD4共同固定在二维运动导轨1上，该二维运动导轨1在测量过程中平行于平板裂缝天线7辐射面作二维扫描运动，其运动由计算机5控制，控制位置精度达0.01mm；

其次，固定于二维运动导轨1上的精密测距仪3测量探测点与被测平板裂缝天线7表面的垂直距离，该距离协同由计算机5控制的精密测距仪位置信息共同完成平板裂缝天线7表面三维坐标值的测量，根据该三维坐标值即可完成三维形貌的生成，数字CCD4完成局部平板裂缝天线7图像的采集，对拍摄的图像进行图像拼接；

再次，提取图像中的缝隙8轮廓特征，并计算缝隙8尺寸以及相互位置关系，完成平板裂缝天线7表面辐射缝隙8特征尺寸的测量以及相互位置关系的确定；

最后，根据测量所得平板裂缝天线7表面三维形貌、缝隙尺寸以及缝隙8间相互位置关系与设计值进行比对，从而判断平板裂缝天线7表面三维形貌、缝隙尺寸以及缝隙间相互位置关系的缺陷。

结合图2和图3，实现上述的非接触式综合测量大型平板裂缝天线表面三维形貌和缝隙尺寸的方法的系统，包括二维运动导轨1，测试台2、精密测距仪3、数字CCD4、具有图像处理软件的计算机系统5，以及基准标尺6，该二维运动导轨1在二维平面内作二维精密运动，计算机系统5记录其坐标X、Y，其精度为0.01mm，精密测距仪3是基于三角法原理，用于测量天线7表面与精密测距仪3间的垂直距离Z，数字CCD4的相机每隔一定区域进行图像采集，计算机系统5综合运动导轨1的运动坐标，以及精密测距仪3的测量值快速得到整个天线表面的形貌；所述的计算机系统5根据数字CCD4采集的局部图像经拼接得到整个天线7辐射表面的图像，再根据图像灰度值进行缝隙8边缘特征提取，配合基准标尺6得到所有辐射缝隙8的几何尺寸，并协同导轨坐标数据进行全场辐射缝隙8位置的定位。

上述非接触式综合测量大型平板裂缝天线表面三维形貌和缝隙尺寸的系统中，精密测距仪3负责精密测量天线7法向形貌，协同二维运动导轨1的坐标值经计算机5处理可以得到精确的三维形貌图，在扫描过程中，每隔一定的区域，数字CCD4完成天线局部图像的拍摄，完成扫描后，计算机5系统对拍摄的图像进行图像拼接，完成缝隙8尺寸的计算，协同二维运动导轨1的坐标值，完成大型平板裂缝天线7全场辐射缝8尺寸的测量以及相互位置关系的测量，其精度可以达到0.03mm，在表面形貌和缝隙尺寸精确测量的基础上，对比设计值完成缺陷区域查找。

以某雷达天线样件作如下说明：

1、将精密测距仪3和数字CCD4固定于某型号三坐标仪1测臂上，连接数据线，并标定精密测距仪3和数字CCD4精确坐标；

2、把被测天线固定于测试台2上，天线平面的法向与数字CCD4和精密测距仪3垂直；

3、在被测天线7上放置基准尺6，该基准尺是由微晶玻璃制作，其膨胀系数达到2×10^-8/K；

4、启动三坐标仪1的扫描过程，同时记录精密测距仪3测量的距离信息以及精密测距仪3的坐标信息，并传输到计算机存储；

5、数字CCD4定点拍摄天线表面图像，并协同其坐标位置信息传输到计算机5存储；

6、计算机根据步骤4得到的距离信息以及坐标位置，解算出各离散点的三维坐标，完成三维形貌的测量；

7、对步骤5拍摄的二维图像序列进行图像拼接，根据图像灰度值提取辐射缝隙轮廓，计算得到辐射缝的几何尺寸以及相互位置关系；

8、根据测量值与设计值完成缺陷识别。

Claims (2)

1.一种非接触式综合测量大型平板裂缝天线表面三维形貌和缝隙尺寸的方法，其特征在于：首先，精密测距仪与CCD共同固定在二维运动导轨上，该二维运动导轨在测量过程中平行于平板裂缝天线辐射面作二维扫描运动，其运动由计算机控制，控制位置精度达0.01mm；

其次，固定于二维运动导轨上的精密测距仪测量探测点与被测平板裂缝天线表面的垂直距离，该距离协同由计算机控制的精密测距仪位置信息共同完成平板裂缝天线表面三维坐标值的测量，根据该三维坐标值即可完成三维形貌的生成，CCD完成局部平板裂缝天线图像的采集，对拍摄的图像进行图像拼接；

再次，提取图像中的缝隙轮廓特征，并计算缝隙尺寸以及相互位置关系，完成平板裂缝天线表面辐射缝隙特征尺寸的测量以及相互位置关系的确定；

最后，根据测量所得平板裂缝天线表面三维形貌、缝隙尺寸以及缝隙间相互位置关系与设计值进行比对，从而判断平板裂缝天线表面三维形貌、缝隙尺寸以及缝隙间相互位置关系的缺陷。

2.一种实现权利要求1所述的非接触式综合测量大型平板裂缝天线表面三维形貌和缝隙尺寸的方法的系统，其特征在于：包括二维运动导轨[1]，测试台[2]、精密测距仪[3]、数字CCD[4]、具有图像处理软件的计算机系统[5]，以及基准标尺[6]，该二维运动导轨[1]在二维平面内作二维精密运动，计算机系统[5]记录其坐标X、Y，其精度为0.01mm，精密测距仪[3]是基于三角法原理，用于测量天线[7]表面与精密测距仪[3]间的垂直距离Z，数字CCD[4]的相机每隔一定区域进行图像采集，计算机系统[5]综合运动导轨[1]的运动坐标，以及精密测距仪[3]的测量值快速得到整个天线表面的形貌；所述的计算机系统[5]根据数字CCD[4]采集的局部图像经拼接得到整个天线[7]辐射表面的图像，再根据图像灰度值进行辐射缝隙[8]边缘特征提取，配合基准标尺[6]得到所有辐射缝隙[8]的几何尺寸，并协同导轨坐标数据进行全场辐射缝隙[8]位置的定位。