大型锻件尺寸在线测量系统研究

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基于绿激光图像识别的热态大型锻件长度尺寸测量

基于绿激光图像识别的热态大型锻件长度尺寸测量王颖;张玉存【摘要】设计了一种热态大锻件长度尺寸测量系统,通过对绿激光扫描锻件过程中各时刻图像进行分析,确定锻件的边缘进而测量锻件的尺寸.首先,由伺服电机带动CCD相机和绿激光器在导轨上移动并实时获得锻件的图像和绿激光线的位置信息,运用图像处理判断绿激光线是否在锻件边缘,确定绿激光线移动到锻件两侧边缘的时刻.然后,记录锻件两侧边缘的位置信息,通过两侧的位置信息得出锻件的尺寸.实验结果表明:该系统最大测量误差小于±2 mm,可以满足锻件尺寸测量的需求.%A length dimension measurement system for large hot forgings is designed.The images of each moment in the process of green laser scanning forgings are analyzed in this system.The dimension of the forging is measured according to the edge informations of forgings.First of all,the CCD camera and the green laser are driven by the motor,the real-time images of forgings and the positional information of laser line is acquired.Then whether the laser line locates on the edge of forgings is judged by image recognition.Secondly,the length dimension of forgings is obtained from recording the position information of both sides of the forging edges.The experimental results show that the maximum measurement error is less than 2 mm.So the method proposed can meet the needs of forging dimension measurement.【期刊名称】《计量学报》【年(卷),期】2018(039)003【总页数】5页(P316-320)【关键词】计量学;尺寸测量;大型锻件;绿激光;图像识别【作者】王颖;张玉存【作者单位】燕山大学,河北秦皇岛066004;燕山大学,河北秦皇岛066004【正文语种】中文【中图分类】TB921 引言伴随着装备制造业的不断发展，大型锻件的需求规模将不断扩大。

铸造生产过程在线快速检测技术研究及应用进展_1

铸造生产过程在线快速检测技术研究及应用进展发布时间：2022-10-10T03:10:00.218Z 来源：《工程建设标准化》2022年第11期第6月作者：孟爱东[导读] 铸造是将固体原材料转化为液体熔体，然后再转化为固体铸件的过程，孟爱东身份证号：32091919740930****摘要：铸造是将固体原材料转化为液体熔体，然后再转化为固体铸件的过程，或者是使用固液和液固转化来获得所需零件的生产过程。

如果合格的金属或合金熔体、合格的模具和合理的浇注工艺是获得合格铸件的必要条件，则熔炼过程、混砂和造型过程以及铸件质量的在线检查是实现该必要条件的必要条件。

经过多年的发展，我国铸件检测技术取得了长足的进步，从简单的参数手动检测到复杂的参数自动检测，从单参数模拟记录到多参数智能分析，与国外先进的铸件检测技术的差距日益缩小。

关键词：铸造生产；在线快速检测技术；应用1铸造合金熔体质量检测技术1.1熔体温度检测熔体温度控制是铝合金冶炼、炉外溶出和浇注全过程提升操作的关键隐患。

精确的熔体温度调节和铸造加工技术的有机结合是获得高质量铸件的有效途径。

随着远红外测温等新技术的不断发展，非接触测温已成为许多铸造企业炉外铝合金熔体温度测量的关键或主要方法。

为了具有检测精度和检测成本，以及准接触式温度测量技术的科学研究，选择了一种低成本的管状摄像机穿透待测熔体。

熔体辐射热经济管理室发射红外敏感元件，转换后得出熔体温度。

目前和未来，熔体温度测量技术必须解决的两个问题是：最大限度地消除远红外线等非接触测温的影响因素，进一步提高其测温精度；快速更换连接头被刺绣连接头取代，这进一步降低了热阻温度测量的检测成本。

除了关注温度测量的技术进步外，日本铸造公司的熔体温度管理机制值得借鉴。

熔体温度管理方法的三个关键点是：①在熔炼过程中，当熔体温度升高时，无线网络检测熔体温度，系统显示阶段温度并预测和分析上升到预设最高温度控制所需的时间，仪表板循环系统测量温度并指示温度和时间，当温度设定时，发出光控报警；②熔体通知传输到钢包后，无线网络温度检测器循环系统检测钢包中的熔体温度，实时显示当前温度值和降至设定温度所需的时间，以便在设定温度时发出光控报警；③在熔体浇注过程中，无线网络检测器立即检测熔体温度。

大型锻件锻造过程中外形尺寸和温度在线检测装备与测量方法

为了实现在线测量大型锻件自由锻造过程中的外形尺寸和温度，我们设计了一种大型锻件锻造过程中外形尺寸和温度的在线检测装置，可实现锻件外径、长度、台阶轴高度以及温度的测量，通过激光扫描仪、绿激光指示装置、监视装置以及测温装置的协同工作，真正实现了实时测量和远程监控的大型锻件自由锻造过程中外形尺寸和温度的测量。

国内外测量方法大型锻件在航天、石油、化工、船舶、军工等领域有着重要的地位。

在大型锻件自由锻造过程中，锻件的外形尺寸是合理决定压下量、锻打力、锻打次数等工艺参数的主要依据之一。

大型锻件自由锻造过程中外形尺寸和温度测量的研究，可以提高生产效率和锻造精度，减少锻件加工余量和材料能源损耗，保证锻工工作环境的安全性，对于锻造企业的自动化、智能化发展有着积极的推动作用。

国内外对于大型锻件锻造过程中外形尺寸的测量方法有：德国研制的LaCam-Forge系统，激光扫描仪连续扫描锻件表面，对点云数据进行处理并构建三维模型，动态的反映锻件截面和三维形状尺寸的变化；意大利Tecnogamma公司研制的双二维激光扫描仪测量系统，在锻件两侧各安装一个激光扫描仪，扫描锻件同一个截面的点云数据信息，经数据处理后重构锻件的截面，实现锻件外径测量；上海交通大学徐要刚提出了一种通过两自由度的并联机构带动激光测距传感器运动，获取锻件表面点云信息，经坐标变换处理建立三维外形模型，进行锻件的尺寸测量；燕山大学聂绍珉等人提出了一种基于CCD的大型锻件尺寸测量的方法，通过拍摄获得锻件的灰度分布曲线，根据温度的变化认为灰度曲线突变处即为锻件边缘，经过数据统计软件和数学模型处理得到测量结果；大连理工大学王邦国等研制出了一种大型锻件热态几何参数在线测量的系统，通过对光谱选择性图像采集方法的双目视觉系统和特征投影设备的综合应用，重构锻件的三维外形，进而测量锻件的外形尺寸信息。

测量系统我们通过借鉴国内外关于热态锻件的尺寸测量方法，研发了一种大型锻件锻造过程中外形尺寸和温度在线检测装备，结合软件实现锻件各种参数的测量。

大型锻件锻造过程中温度在线测量系统

大型锻件锻造过程中温度在线测量系统刘海澜;张玉存;付献斌【摘要】针对大型锻件在高温锻造过程中周围环境温度较高导致测温误差大的情况,设计了一种高精度的温度在线测量系统.该系统能有效抑制热态锻件周围背景光辐射和环境光对测温精度带来的影响,提高测温精度.通过实验验证了该测温系统的可行性,精度比一般红外测温仪高,满足在线测温要求.【期刊名称】《大型铸锻件》【年(卷),期】2012(000)002【总页数】4页(P43-45,48)【关键词】大型锻件;红外测温;辐射【作者】刘海澜;张玉存;付献斌【作者单位】中国第一重型机械股份公司,黑龙江161042;燕山大学,河北066004;燕山大学,河北066004【正文语种】中文【中图分类】TB92红外测温技术具有使用方便、快速、准确、非接触、无损测量等优点，在现代工业生产中发挥着重要作用[1]。

广泛应用于工业测温的双波长红外测温仪受被测物体比辐射率的影响小，能排除中性介质(例如烟雾、灰尘等)对测温精度的影响，抗干扰性强[2，3]。

张忠恒提出的双波长测温方法在数学推导基础上找出了避开“辐射率修正困难”的方法，弥补了红外测温仪准确度不高的缺陷，可以精确测出被测对象温度[3]。

孙志远等提出测温前先使用标准黑体对测温系统进行标定，得到标定曲线R(T)-T。

在测量目标的温度时，在目标附近放置一个超大面元黑体来消除环境反射辐射和大辐射等辐射量的影响，提高红外测温系统的精度[5]。

赵玉刚等提出了通过改进比色测温的算法来减小测温误差[6]。

施德恒设计的双波长高精度光纤测温仪通过分析仪器相对温度的分辨率和灵敏度对仪器工作波长与波长带宽进行了优化设计，提高测温精度[7]。

还有应用于高温测量的多波长高温计，它是利用目标的多光谱辐射测量信息，经过数据处理得到目标真温和材料光谱发射率[8]。

上述测温方法有些理论上确实能提高测温精度但缺乏实践，在一些特殊大型测温环境放置超大面元黑体是不实际的，而且由于被测对象本身状态的变化和周围复杂环境的干扰都直接影响双色信号的比值而产生温度误差。

大型高温锻件在线视觉测量图像匹配方法

大型高温锻件在线视觉测量图像匹配方法刘巍;王亮;樊超楠;杨景豪;徐鹏涛;贾振元【摘要】提出了一种大型锻件在线视觉测量图像匹配方法。

本方法建立在外极线约束的基础上，根据锻件现场测量视场大实效性要求高的特点，利用双向极线的距离的方法，建立了基于极线约束的匹配判断条件。

在实验室和锻造现场的实验证明本匹配方法精度高，耗时少，符合大型高温锻件在线视觉测量的要求。

%An image matching method for online vision measurement of large forgings is presented. The method is based on the epipolar line constraint. According to the characteristics of the wide field and the high efficiency require-ments in forging field measurement,a matching criterion is established by using the distance between the two direction polar lines. The experimental results in the laboratory and the forging field prove that this matching method is of high accuracy and less time consuming,which can meet the requirements of the online vision measurement for large high temperature forgings.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2016(046)011【总页数】5页(P1414-1418)【关键词】视觉测量;特征点匹配;外极线约束【作者】刘巍;王亮;樊超楠;杨景豪;徐鹏涛;贾振元【作者单位】大连理工大学机械工程学院，辽宁大连 116024;大连理工大学机械工程学院，辽宁大连 116024;大连理工大学机械工程学院，辽宁大连 116024;大连理工大学机械工程学院，辽宁大连 116024;大连理工大学机械工程学院，辽宁大连 116024;大连理工大学机械工程学院，辽宁大连 116024【正文语种】中文【中图分类】TP391近年来,视觉测量方法凭借其非接触、实时性强、柔性好以及精度高的优势被广泛应用于交通、医疗、逆向工程以及太空深海恶劣工况测量等领域[1-3]。

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３２８
压电与声光
２０１１年
非接触、无导轨测量，但每次测量的信息有限，对于要实现全方位大锻件测量还存在繁琐的移站问题，。测量非常繁琐双频激光干涉仪利用激光干涉原理测量构件，其精度极高，线性测量分辨率达０．００５量程可达数十米，可靠性好，但测量时需长度大ｍ， μ 于测量尺寸的精密导轨，在锻造现场实现较难。为克服接触式测量方法的缺陷，本文提出了以光谱选择性图像采集方式为基础，以投影仪投射多条光栅为辅助方式的双目视觉几何尺寸测量系统。首先介绍了硬件系统构成，包括滤光片通带的选取，；辅助光源的选择其次介绍软件设计部分，包括标定、特征点的提取、匹配及重建等数据处理过程。最终应用本系统在锻造车间对大型锻件进行几何尺寸对测量系统进行了验证。测量，
在７５０ ℃ 以上。传统测量方式不仅工作环境恶劣，］４５－。操作不便，且测量精度难以保证［常用的非接触式几何参数检测方法有激光测距激光扫描法、电子经纬仪坐标法、ＣＣＤ图像测量法、］５６－测量法及双频激光干涉法等。激光测距法［的操作简单，读数直观，但通常用于测量锻件的长度尺］７８－测量构件尺寸，其精度高，但寸。以激光扫描法［需要以旋转或平移方式使激光束在待测表面连续扫描以获得三维信息，测量大型构件耗时较长。采用［９］根据“ 直径像” 计算锻件ＣＣＤ图像测量法测量时，的实际尺寸，精度、时间都能均满足测量要求，但仅能测量锻件直径尺寸且抗干扰能力略显不足。电子１０］，经纬仪坐标测量系统［采用空间前方交会法测量目标的尺寸参数，该方法测量精度高，可实现远程、
第３３卷第５期２０１１年１０月
压电与声光ＰＩＥＺＯＥＬＥＣＴＲＩＣＳ＆ＡＣＯＵＳＴＯＯＰＴＩＣＳ
Ｖｏｌ．３３Ｎｏ．５Ｏｃｔ．２０１１
（）１００４２４７４２０１１０５０８３１０６－－－文章编号：
２０１００９２０收稿日期：－－）；国家重点基础研究发展计划 “ 九七三 ” 基金资助项目（中央高校基本科研业务费专项基金资助项目Ｎｏ．２００６ＣＢ７０５４０６基金项目：，刘巍（男，内蒙古人， ห้องสมุดไป่ตู้教授，博士，主要从事制造过程中的测量技术、现代测控技术、功能材料及其微执行器应用等领域１９７９作者简介：－）：。的研究。Ｅ－ｍａｉｌｌｗ２００７＠ｄｌｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ
ＳｔｕｄｏｎＯｎｌｉｎｅＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＳｓｔｅｍｏｆＤｉｍｅｎｓｉｏｎｆｏｒＨｏｔＨｅａｖＦｏｒｉｎ－ｙｙｙｇｇ
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０引言
大型锻件是制造重型或大型机械装备关键零部件的基础件，在航空航天、核电、造船、化工、钢铁等领域内的国家重大工程核心装备中应用极为广泛。目前，我国大型锻件的制造技术相对落后，大锻件材（料利用率仅为５日０％～５５％韩国为６０％～６５％，［１］，本高达７且存在锻造生产成本高，能０％～７５％）生产周期长，生耗大等问题。大型锻件具有尺寸大，２］。在锻造过程中准确、及时产工艺环节多的特点［地对大型锻件的几何参数进行在线检测对改善锻造工艺、提高加工精度和生产效率具有重要意义。目前，锻造过程中的锻件尺寸测量通常采用工３］。锻件的温度卡钳 ” 进行接触测量的方式［人手持 “ ，很高普通材料的始锻温度可达１终锻温度２００ ℃，
１．１滤光片通带的选取所有的物体都具有辐射能，其辐射能量的多少
１１］。取决于辐射体的绝对温度和辐射体本身性质［
图３为高温构件相对辐射曲线示意图。由图可知，高温构件的相对辐射能量随着温度的增加而增加，且相对辐射能量峰值随着温度的增加向波长更短的方向移动。高温构件的温度越高，在可见光波段内的辐射能量也越大。ＣＣＤ接受到的锻件辐射光线越强，从而导致拍摄所得的锻件图像的几何轮廓也）。越模糊（见图１
：，ｂｓｔｒａｃｔＩｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｒｅａｌｔｉｍｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｄｉｍｅｎｓｉｏｎｆｏｒｈｏｔｈｅａｖｆｏｒｉｎｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｎａｌＡ－－ｙｇｇｙ，ｓｉｓｏｆｆｏｒｉｎｒｅｕｉｒｅｍｅｎｔｓａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｒｅａｌｔｉｍｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｓｔｅｍｏｆｄｉｍｅｎｓｉｏｎｆｏｒｈｏｔｈｅａｖｒｏｄｕｃｔｉｏｎ－ｇｇｑｙｙｐｉｓｆａｂｒｉｃａｔｅｄ．Ｔｈｅｒｏｅｃｔｅｄｔａｒｅｔｉｓｅｍｌｏｅｄｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｃａｍｅｒａｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｃｔｉｖｅｖｉｓｉｏｎｉｎｆｏｒｉｎｐｊｇｐｙｇｇｆａｃｔｏｒ．Ｔｈｅａｓｓｒｏｅｃｔｉｏｎｉｍａｅａｃｕｉｓｉｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓｈｏｔｆｉｌｔｅｒａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｌｉｈｔｉｓａｄｏｔ－ｐ－ｙｐｊｇｑｇｙｇｐｅｄｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｏｒｉｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌ．Ｔｈｅｓｕｂｅｘｔｒａｃｔｉｏｎａｌｏｒｉｔｈｍａｎｄｔｈｅｓｔｒｕｃｅｏｍｅｔｒｉｃｉｘｅｌ－ｐ－ｇｇｙｇｇ，ｍｏｉｎｔｓ．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｕｒｅｌｉｈｔｃｏｄｉｎｔｅｃｈｎｏｌｏａｒｅｕｓｅｄｔｏｅｘｔｒａｃｔａｔｃｈａｎｄｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｒｅ－－ｐｇｇｇｙｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒｅａｌｔｉｍｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｓｔｅｍｏｆｄｉｍｅｎｓｉｏｎｆｏｒｈｏｔｈｅａｖｆｏｒｉｎｗｏｒｋｓｗｅｌｌｉｎｔｈｅｆｏｒｉｎ－ｙｙｇｇｇｇ，ｗｏｒｋｓｈｏａｎｄｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｉｓ０．７４１％ｗｈｉｃｈｉｓａｃｃｕｒａｔｅｅｎｏｕｈｔｏｍｅｅｔｔｈｅｎｅｅｄｓ．ｒｅｃｉｓｉｏｎｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｇｐｐ：；；；；Ｋｅｗｏｒｄｓｂｉｎｏｃｕｌａｒｖｉｓｉｏｎａｃｔｉｖｅｖｉｓｉｏｎｈｉｈｔｅｍｅｒａｔｕｒｅｃｏｍｏｎｅｎｔｓｓｅｃｔｒａｌｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｏｎｌｉｎｅｍｅａｓｕｒｅ－－ｇｐｐｐｙｙｍｅｎｔ
大型锻件尺寸在线测量系统研究
刘巍，刘双军，贾振元，王邦国，贾兴华
（）大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室，辽宁大连１１６０２４
为实现生产过程中大锻件几何尺寸的实时测量，在分析锻件生产要求及工作环境的基础上，研发了一摘要：种大尺寸高温构件几何尺寸在线测量系统。结合投影靶标进行主动视觉标定；采用短波通滤光片结合结构光投影方式的图像采集技术，以获得包含足够几何信息的锻件图像；结合亚像素中心提取算法与结构光编码技术，进行特匹配和重建。测量实验表明，所设计的大型锻件尺寸在线测量系统在锻造现场环境中工作稳定，测量征点的提取、相对误差可达０．满足了大锻件制造过程中的尺寸实时测量需要。７４１％，关键词：双目视觉；主动视觉；高温构件；光谱选择性；在线测量中图分类号：ＴＰ２１２．１１文献标识码：Ａ