CN108917667B - 一种基于三维扫描的铸件狭小深腔内表面测量方法 - Google Patents

Abstract

一种基于三维扫描的铸件狭小深腔内表面测量方法，包括：利用三维扫描测量设备将理论模型构建成与铸件尺寸关联的理论表面；在铸件的内表面选取典型点；将标记环设置在铸件的外表面上，并且使标记环的圆心位于一条与铸件的旋转对称轴垂直相交且经过典型点的直线上；对铸件进行三维扫描；调整对比色带，使标记环与标记环的环内区域在铸件的外表面的三维扫描点云中存在明显区别；标定标记环的圆心到理论表面的距离；测量铸件在标记环的圆心的位置的壁厚；利用标记环的圆心到理论表面的距离和壁厚，计算出典型点到理论表面的距离。本发明利用标记环将铸件狭小深腔内表面典型点与外表面准确结合，实现对铸件内表面尺寸地高效快速测量。

Description

一种基于三维扫描的铸件狭小深腔内表面测量方法

技术领域

本发明涉及一种基于三维扫描的铸件狭小深腔内表面测量方法，属于铸件检测技术领域。

背景技术

随着三维扫描技术的不断推广和应用，零件尺寸检验越来越快捷和全面，特别是针对复杂空间曲面的检测具有其他检测方法不可比拟的优势。但是受限于三维扫描技术的原理，其在狭小深腔内表面部位存在扫描的盲区，无法采集到这些部位的表面尺寸数据。三维扫描在狭小深腔内表面的测量方面一直无法突破。

传统铸件狭小深腔内表面测量主要分为破坏性直接测量和外表面整体加工后间接测量。直接测量，需破坏铸件本体，将狭小深腔转换为敞开表面或小分段腔体后测量，其无法直接反应其他铸件的尺寸情况和尺寸变化规律；间接测量，由于铸件表面尺寸精度小，无规则的光滑表面做参考，需要将外表面整体加工后测量，其测量周期长，反馈滞后，不能及时指导铸件生产。

针对三维扫描在狭小深腔内表面的扫描盲区，特别是铸件狭小深腔内表面，提出一种快速测量方法，解决铸件狭小深腔零件内表面的周向尺寸的快速检测问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于三维扫描的铸件狭小深腔内表面测量方法。

本发明的技术解决方案是：

一种基于三维扫描的铸件狭小深腔内表面测量方法，包括以下步骤：

步骤一、为所述铸件设计一个理论模型，利用三维扫描测量设备将所述理论模型构建成与所述铸件尺寸关联的理论表面；

步骤二、根据所述铸件的内表面结构，在所述铸件的内表面选取典型点；

步骤三、将标记环设置在所述铸件的外表面上，并且使所述标记环的圆心位于一条与所述铸件的旋转对称轴垂直相交且经过所述典型点的直线上；其中，所述标记环的厚度为6～12mm，内环直径为8～12mm，外环半径比内环半径大4～6mm；

步骤四、利用所述三维扫描测量设备对所述铸件进行三维扫描，从而得到包含有所述铸件的内表面的可扫描区域和所述铸件的外表面的三维扫描点云；

步骤五、利用所述铸件的内表面的可扫描区域进行对齐分析，使所述铸件的内表面的可扫描区域的三维扫描点云与所述理论表面同轴；调整所述三维扫描测量设备的对比色带，使所述标记环与所述标记环的环内区域在所述铸件的外表面的三维扫描点云中存在明显区别；标定所述标记环的圆心到所述理论表面的距离；

步骤六、测量所述铸件在所述标记环的圆心的位置的壁厚；

步骤七、利用所述标记环的圆心到所述理论表面的距离和所述标记环的圆心的位置的壁厚计算出所述典型点到所述理论表面的距离，以所述典型点到所述理论表面的距离作为所述典型点的尺寸数据。

进一步地，所述步骤三中，所述标记环为柔性标记环，贴附于所述铸件的外表面。

进一步地，所述步骤五中，所述明显区别为，通过肉眼可从所述铸件的外表面的三维点云中分辨出所述标记环与所述标记环的环内区域。

进一步地，所述步骤二中，采用多条纵向和周向延伸的直线切分所述铸件的内表面，从而在将所述铸件的内表面切分成规则排列的格网，以所述格网的所有交点均作为典型点；所述步骤七中，利用所有的典型点到所述理论表面的距离，得出所述铸件的内表面的尺寸数据。

进一步地，所述步骤二中，在所述铸件的内表面选取典型点时，从所述三维扫描测量设备的扫描盲区选择典型点。

进一步地，所述步骤五中，采用超声波测厚仪测量所述铸件在所述标记环的圆心的位置的壁厚。

进一步地，所述步骤七中，当所述理论表面的半径小于所述铸件的内表面的半径，则所述典型点到所述理论表面的距离的计算方法为：利用所述标记环的圆心到所述理论表面的距离减去所述标记环的圆心的位置的壁厚；当所述理论表面的半径大于所述铸件的外表面的半径，则所述典型点到所述理论表面的距离的计算过程为：利用所述标记环的圆心到所述理论表面的距离加上所述标记环的圆心的位置的壁厚。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明所述的基于三维扫描的铸件狭小深腔内表面测量方法利用标记环，将铸件狭小深腔内表面典型点与外表面准确结合，使铸件的内表面尺寸可被高效快速测量，从而全面反应铸件狭小深腔内表面的尺寸情况。

(2)本发明充分发挥三维扫描快速测量的优点，有效克服扫描盲区无法测量的问题。

(3)本发明所述的标记环制作简单，成本低。

(4)本发明基于三维扫描的铸件狭小深腔内表面测量方法具有测量效率高、测量结果全面、测量成本低的特点。

附图说明

图1为一个实施例中采用本发明所述的方法对铸件进行测量的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

如图1所示，本发明提供了一种基于三维扫描的铸件狭小深腔内表面测量方法，包括以下步骤：

步骤一、为所述铸件设计一个理论模型，利用三维扫描测量设备将所述理论模型构建成与所述铸件尺寸关联的理论表面；

步骤二、根据所述铸件1的内表面结构，在所述铸件的内表面选取典型点2；

步骤三、将标记环3设置在所述铸件的外表面上，并且使所述标记环的圆心位于一条与所述铸件的旋转对称轴垂直相交且经过所述典型点的直线上；其中，所述标记环的厚度为6～12mm，内环直径为8～12mm，外环半径比内环半径大4～6mm；

步骤四、利用所述三维扫描测量设备对所述铸件进行三维扫描，从而得到包含有所述铸件的内表面的可扫描区域和所述铸件的外表面的三维扫描点云；

步骤五、利用所述铸件的内表面的可扫描区域进行对齐分析，使所述铸件的内表面的可扫描区域的三维扫描点云与所述理论表面同轴；调整所述三维扫描测量设备的对比色带，使所述标记环与所述标记环的环内区域在所述铸件的外表面的三维扫描点云中存在明显区别；标定所述标记环的圆心到所述理论表面的距离；

步骤六、测量所述铸件在所述标记环的圆心的位置的壁厚；

步骤七、利用所述标记环的圆心到所述理论表面的距离和所述标记环的圆心的位置的壁厚计算出所述典型点到所述理论表面的距离，以所述典型点到所述理论表面的距离作为所述典型点的尺寸数据。

本发明在铸件的外表面设置一个标记环，使该标记环的圆心与位于与铸件的旋转对称轴垂直相交且经过典型点的一条直线上，即利用标记环将铸件外表面上与典型点对应的点标记出来。对铸件进行三维扫描，获取铸件的内表面可扫描区域和外表面的三维点云。为了保证可以获取准确的测量数据，需要利用铸件内表面的可扫描区域进行对齐分析，使铸件的内表面的可扫描区域的三维扫描点云与预先构建的理论表面同轴。由于三维扫描点云以颜色直观显示各扫描点到理论表面的距离的，不直接给出各扫描点到理论表面的距离，为了使标记环以及环内区域可以被直观地分辨出来，需要调整对比色带。从铸件的外表面的三维扫描点云中识别出标记环及其环内区域，进而标定出标记环的圆心，从而获取到该标记环的圆心到理论表面的距离。结合该标记环的圆心到理论表面的距离以及铸件在该位置的壁厚，可以计算出典型点到理论表面的距离，即得到了典型点的尺寸数据。该典型点的尺寸数据可以准确反应铸件内表面的尺寸情况。

标记环的厚度选择为6～12mm，内环直径为8～12mm，外环较内环半径大4～6mm。标记环的厚度与其环径相匹配。如厚度太小，三维扫描时容易无法分析出来。标记环的环径尽量小，以提高测量精度。但如环径太小，容易导致标记环的圆心无法分析显示出来。

标记环可以根据需要自行制作，其结构简单，成本低，易于实现。

本发明所述的理论模型可以是三维软件建立的公称模型，也可以是三维扫描测量设备三维扫描采集到的对照件的表面数据模型。

本发明利用标记环，将铸件狭小深腔内表面典型点与外表面准确结合，使铸件的周向尺寸可被高效快速测量，从而全面反应铸件狭小深腔内表面的周向尺寸情况。本发明充分发挥三维扫描快速测量的优点，有效克服扫描盲区无法测量的问题。本发明基于三维扫描的铸件狭小深腔内表面测量方法具有测量效率高、测量结果全面、测量成本低的特点。

优选地，所述的基于三维扫描的铸件狭小深腔内表面测量方法中，所述步骤三中，所述标记环为柔性标记环，贴附于所述铸件的外表面。标记环选择可变形的柔性材质(比如橡胶)制成，可以更好地贴附在铸件的外表面。

优选地，所述的基于三维扫描的铸件狭小深腔内表面测量方法中，所述步骤五中，所述明显区别为，通过肉眼可从所述铸件的外表面的三维点云中分辨出所述标记环与所述标记环的环内区域。

从三维点云中肉眼分辨出标记环以及标记环的环内区域，从而准确定位标记环的圆心，进而从三维点云中标定出标记环的圆心的典型对比尺寸，即标记环的圆心到理论表面的距离。

在一个优选的实施例中，所述的基于三维扫描的铸件狭小深腔内表面测量方法中，所述步骤二中，采用多条纵向和周向延伸的直线切分所述铸件的内表面，从而在将所述铸件的内表面切分成规则排列的格网，以所述格网的所有交点均作为典型点；所述步骤七中，利用所有的典型点到所述理论表面的距离，得出所述铸件的内表面的尺寸数据。

当需要对铸件的内表面进行完整的测量时，则将铸件的内表面切分成规则排列的格网，以格网的所有交点作为典型点，利用所有的典型点到理论表面的距离，即可以得出铸件的内表面的尺寸数据。该格网优选由长和宽均为5mm的网格构成，可以根据需要对网格尺寸进行调整。

优选地，所述的基于三维扫描的铸件狭小深腔内表面测量方法中，所述步骤二中，在所述铸件的内表面选取典型点时，从所述三维扫描测量设备的扫描盲区选择典型点。

可以目视检测铸件的内表面，只对扫描盲区内特定的区域或位置进行测量。在这种情况下，则可以将上述特定的区域划分为规则排列的格网，进而选取格网的所有交点作为典型点，最终测量出该特定的区域的尺寸数据。

优选地，所述的基于三维扫描的铸件狭小深腔内表面测量方法中，所述步骤五中，采用超声波测厚仪测量所述铸件在所述标记环的圆心的位置的壁厚。超声波测厚仪测量精度高，测量速度快，不会损坏铸件。

优选地，所述的基于三维扫描的铸件狭小深腔内表面测量方法中，所述步骤七中，当所述理论表面的半径小于所述铸件的内表面的半径，则所述典型点到所述理论表面的距离的计算过程为：利用所述标记环的圆心到所述理论表面的距离减去所述标记环的圆心的位置的壁厚；当所述理论表面的半径大于所述铸件的外表面的半径，则所述典型点到所述理论表面的距离的计算过程为：利用所述标记环的圆心到所述理论表面的距离加上所述标记环的圆心的位置的壁厚。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此，本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种基于三维扫描的铸件狭小深腔内表面测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、为所述铸件设计一个理论模型，利用三维扫描测量设备将所述理论模型构建成与所述铸件尺寸关联的理论表面；

步骤二、根据所述铸件的内表面结构，在所述铸件的内表面选取典型点；

步骤三、将标记环设置在所述铸件的外表面上，并且使所述标记环的圆心位于一条与所述铸件的旋转对称轴垂直相交且经过所述典型点的直线上；其中，所述标记环的厚度为6～12mm，内环直径为8～12mm，外环半径比内环半径大4～6mm；

步骤四、利用所述三维扫描测量设备对所述铸件进行三维扫描，从而得到包含有所述铸件的内表面的可扫描区域和所述铸件的外表面的三维扫描点云；

步骤五、利用所述铸件的内表面的可扫描区域进行对齐分析，使所述铸件的内表面的可扫描区域的三维扫描点云与所述理论表面同轴；调整所述三维扫描测量设备的对比色带，使所述标记环与所述标记环的环内区域在所述铸件的外表面的三维扫描点云中存在明显区别；标定所述标记环的圆心到所述理论表面的距离；

步骤六、测量所述铸件在所述标记环的圆心的位置的壁厚；

步骤七、利用所述标记环的圆心到所述理论表面的距离和所述标记环的圆心的位置的壁厚计算出所述典型点到所述理论表面的距离，以所述典型点到所述理论表面的距离作为所述典型点的尺寸数据；

所述步骤三中，所述标记环为柔性标记环，贴附于所述铸件的外表面。

2.如权利要求1所述的基于三维扫描的铸件狭小深腔内表面测量方法，其特征在于，所述步骤五中，所述明显区别为，通过肉眼可从所述铸件的外表面的三维点云中分辨出所述标记环与所述标记环的环内区域。

3.如权利要求1或2所述的基于三维扫描的铸件狭小深腔内表面测量方法，其特征在于，所述步骤二中，采用多条纵向和周向延伸的直线切分所述铸件的内表面，从而在将所述铸件的内表面切分成规则排列的格网，以所述格网的所有交点均作为典型点；所述步骤七中，利用所有的典型点到所述理论表面的距离，得出所述铸件的内表面的尺寸数据。

4.如权利要求1或2所述的基于三维扫描的铸件狭小深腔内表面测量方法，其特征在于，所述步骤二中，在所述铸件的内表面选取典型点时，从所述三维扫描测量设备的扫描盲区选择典型点。

5.如权利要求1所述的基于三维扫描的铸件狭小深腔内表面测量方法，其特征在于，所述步骤五中，采用超声波测厚仪测量所述铸件在所述标记环的圆心的位置的壁厚。

6.如权利要求1所述的基于三维扫描的铸件狭小深腔内表面测量方法，其特征在于，所述步骤七中，当所述理论表面的半径小于所述铸件的内表面的半径，则所述典型点到所述理论表面的距离的计算方法为：利用所述标记环的圆心到所述理论表面的距离减去所述标记环的圆心的位置的壁厚；当所述理论表面的半径大于所述铸件的外表面的半径，则所述典型点到所述理论表面的距离的计算过程为：利用所述标记环的圆心到所述理论表面的距离加上所述标记环的圆心的位置的壁厚。

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