【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锻件尺寸测量，尤其是一种基于非视域镜像映射的高温锻件径向形貌重构系统及方法。
技术介绍
1、锻件在机械、军工、航空航天等诸多工业领域有着广泛的应用。其中较为常用的两类锻件，轴类锻件可作为曲轴、连杆等零部件应用在大型设备中；环形锻件常作为轴承零件和齿轮等用于各种机械设备的传动系统中。在锻造过程中，锻件几何参数(例如尺寸、圆度)的准确在线测量是控制锻件质量和降低能耗的关键。
2、作为锻件最重要的几何参数之一，尺寸测量对控制锻件的尺寸精度和降低废品率起着至关重要的作用。锻件尺寸测量方法可分为接触式和非接触式两种。其中，接触式测量主要以卡钳测量为主。由于其无法实现在线监测，从而难以实时调整锻造工艺，造成材料和能源的严重浪费。同时，接触式测量仅能测些简单参数，如直径和长度。与此相反，非接触式测量不仅可以实现实时测量，而且通过获取径向截面线获取了锻件更多参数信息(如圆度、表面倾斜度等)。
3、非接触式测量包括机器视觉法和激光扫描法。在机器视觉方法中，大多数锻件尺寸是通过使用ccd获取锻件图像来计算的，然后进行图像分割、边缘检测和边缘点拟合。在现有的研究中，聂等人建立了基于ccd相机的尺寸测量系统，实现了锻件的非接触式测量。然而，由于大型热锻件的高辐射强度，ccd相机通常会失去焦点，导致锻件边缘不清晰，从而导致尺寸测量不准确，该方法并不适用于高温锻件的测量。针对这一问题，s.b.dworkin等人利用带红外滤光片的ccd相机采集锻件的图像题，贾等人通过过滤特定波长的光，获得不受自发辐射影响的热锻图像。傅等
4、因此，需要提供一种基于非视域镜像映射的高温锻件径向形貌重构方法，解决现有技术存在的问题。
技术实现思路
1、本专利技术需要解决的技术问题是提供一种基于非视域镜像映射的高温锻件径向形貌重构系统及方法，解决了大型锻件在锻造过程中径向截面线获取和尺寸测量的难题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
3、一种基于非视域镜像映射的高温锻件径向形貌重构系统，包括扫描装置、镜面映射装置和数据采集装置；
4、所述扫描装置包括激光扫描仪和支撑杆；镜面映射装置包括反射镜一、待测锻件、待测锻件径向镜面、反射镜二和水平工作台；数据采集装置包括电缆和计算机；
5、所述激光扫描仪的扫描平面与待测锻件的待测截面位于同一水平线，且待测锻件、反射镜的放置位置和激光扫描仪的扫描角度满足完全成像扫描约束条件。
6、本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述完全成像扫描约束条件为：
7、待测锻件在y轴上的最远点坐标(0,xd)的镜第一像点在系统坐标系中的角αd1大于线激光与锻件相切的角αq；锻件切点q的镜第一像点在系统坐标系中的角大于线激光的角度扫描范围的起点角ε1；锻件在y轴上的最远点坐标(0,xd)的镜第二像点在系统坐标系中的角αd2大于线激光与锻件相切的角αp；锻件切点p的镜第二像点在系统坐标系中的角小于线激光的角度扫描范围的终止角ε2。
8、一种基于非视域镜像映射的高温锻件径向形貌重构方法，具体包括以下步骤：
9、s1：采集锻件直视域和非视域的点云数据；
10、s2：分析收集到的点云数据后，将多周期点云按照x轴方向排列在一个周期内；
11、s3：对排列后的点云数据进行异常值筛选剔除；
12、s4：异常值筛选剔除后得到滤波后的点云数据，采用两步拼接的方法，实现一段直视域点云和两端非视域点云数据的拼接融合；
13、s5：对融合后的点云，采用最小二乘拟合算法对其进行拟合，获取锻件的尺寸信息。
14、本专利技术技术方案的进一步改进在于：s1具体包括以下步骤：
15、s11：搭建基于非视域镜像映射的高温锻件径向截面形貌重构系统；
16、s12：将待测锻件固定放置在扫描系统坐标系的y轴方向上；激光扫描仪的扫描角度和反射镜一、反射镜二的摆放位置，分别满足上述非视域全扫描映射的约束条件；
17、s13：通过激光扫描仪内部的旋转结构转动开始多周期扫描，计算机通过电缆与激光扫描仪接连，用于采集点云数据。
18、本专利技术技术方案的进一步改进在于：s3具体包括以下步骤：
19、s31：针对排列后的点云数据中的离散异常值，选用统计滤波的方法进行异常值筛选剔除；首先删除重复数据，并为每组点云数据(x,y)添加索引；然后设置搜索点附近的数据点个数n，并计算每个搜索点的标准差，具体函数为：
20、
21、式中，stdi为第i个点的标准差，n为搜索点附近的数据点个数，di为搜索点与附近数据点间的距离，为搜索点与附近数据点间距离的均值，当搜索点标准差小于设定阈值时搜索点被保留，否则删除该点；
22、s32：针对排列后的点云数据中的异常值簇，选用随机回归分析的方法；以顺序时间间隔的方式采点，每次随机选取s段，总共选取s个点云数据；对每次选取出来的s个点进行傅里叶拟合，利用异常值处拟合曲线间隔较大这一特点，计算每个点处拟合结果相对于测量点的残差值；构建残差矩阵，计算各点处残差间的标准偏差；当残差的标准差大于设定阈值时，被标记为异常值簇。
23、本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述设定阈值取为0.1mm。
24、本专利技术技术方案的进一步改进在于：s4具体包括以下步骤：
25、s41：根据镜像映射基本原理，得到映射对应点的坐标变换公式；镜像点对称坐标变换公式为：
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1.一种基于非视域镜像映射的高温锻件径向形貌重构系统，其特征在于：包括扫描装置、镜面映射装置和数据采集装置；
2.根据权利要求1所述的基于非视域镜像映射的高温锻件径向形貌重构系统，其特征在于：所述完全成像扫描约束条件为：
3.一种基于非视域镜像映射的高温锻件径向形貌重构方法，其特征在于：应用于如权利要求1或2所述的基于非视域镜像映射的高温锻件径向形貌重构系统，具体包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的基于非视域镜像映射的高温锻件径向形貌重构系统，其特征在于：S1具体包括以下步骤：
5.根据权利要求3所述的基于非视域镜像映射的高温锻件径向形貌重构系统，其特征在于：S3具体包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的基于非视域镜像映射的高温锻件径向形貌重构系统，其特征在于：所述设定阈值取为0.1mm。
7.根据权利要求3所述的基于非视域镜像映射的高温锻件径向形貌重构系统，其特征在于：S4具体包括以下步骤：
8.根据权利要求3所述的基于非视域镜像映射的高温锻件径向形貌重构系统，其特征在于：S5中，最小二乘
...【技术特征摘要】
1.一种基于非视域镜像映射的高温锻件径向形貌重构系统，其特征在于：包括扫描装置、镜面映射装置和数据采集装置；
2.根据权利要求1所述的基于非视域镜像映射的高温锻件径向形貌重构系统，其特征在于：所述完全成像扫描约束条件为：
3.一种基于非视域镜像映射的高温锻件径向形貌重构方法，其特征在于：应用于如权利要求1或2所述的基于非视域镜像映射的高温锻件径向形貌重构系统，具体包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的基于非视域镜像映射的高温锻件径向形貌重构系统，其特征在于：s1具...
【专利技术属性】
技术研发人员：张云刚，周齐文，刘斌，李沐，朱瑞，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：
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