在線測量技術是大鍛件生產智能化發展的一個重要方向，應用在線測量大鍛件技術不僅可以避免人工測量時工人處于惡劣環境、測量誤差大等問題，還可以提高鍛造生產效率、鍛造質量和材料利用率，降低成本等。大鍛件生產技術是制造重大技術裝備關鍵零部件的基礎，涉及航天、船舶、軍工、石油、核電、化工、能源等行業，其制造能力和水平直接決定著國家重大技術裝備制造和發展。大鍛件一般采用自由鍛生產方式，由于鍛造車間高溫、振動、多塵等環境因素，對各類傳感器的使用造成影響，也制約了鍛造在線測量技術水平的發展和進步。目前，國內對自由鍛件測量普遍采取的是接觸式人工測量，靠人工手持卡尺、量桿近距離測量。這種測量方式工作環境差，溫度高，安全性不高，影響操作人員安全與健康；測量誤差大，影響產品質量和成本；人工測量時，須停機測量，影響生產效率。因鍛件尺寸不合格，會導致鍛件返工或報廢；為保證鍛件尺寸，而過多放大尺寸，機加工工時會增加，也會導致成本提高。因此，研發一套切實可靠、實用的在線測量技術和設備，是十分迫切的。為解決上述問題，我們在生產現場采用測量相機進行測試試驗，針對鍛造生產特點采取適當的測量方案和防護措施，取得一定測量成果。
測量原理
大鍛件在鍛造過程中，具有形狀變化大、不規則等特點，以及需要在線測量的時效性，所以我們采用四目相機三維成像對大鍛件進行快速數據建模。這種相機的測量方式不依賴輔助結構光即可生成三維測量數據，相機視野范圍內被動式成像，測量速度快、可以靈活測量。四目相機的測量數據建模原理，是通過對四幅二維圖像兩兩的卷積匹配運算，計算得到物體的邊緣和圖像特征點的三維空間坐標位置，計算原理如圖1、圖2 所示。
圖1 所示為采用后像模型，建立四目相機空間直角坐標系，空間坐標的原點設置在四目相機光軸焦點所對應的平面上，是四目相機光心所組成矩形的中心點，空間任意物體上的P 點，在四目相機圖像上有一組像素點與該點形成唯一的對應關系。任意圖像上的任意一個像素點，在其他三幅圖像上都有唯一一個像素點與該點形成唯一正確的對應關系。水平方向上的兩幅圖像上的對應點位于兩幅圖像上的同一條水平掃描線上，垂直方向的兩幅圖像上的對應點位于同一條垂直掃描線上。對角位置的兩幅圖像的對應點位于同一條對角線上，且該組像素點也同時組成與四目相機光軸所組成的矩形相似的矩形，這就是四目相機圖像匹配的幾何約束條件，也是圖像像素匹配的一個必要條件。根據以上空間幾何約束條件和關于圖像相似性匹配函數，可以設置一套計算步驟，以四目相機中的其中一幅圖像為基準，搜索每個像素點在其他圖像上的對應匹配點，尋找到每個像素點滿足匹配條件的最佳的一組匹配點，即完成了圖像匹配的計算。
現場應用
測量相機布置在操作室與鍛造壓機之間，相機測量圖像與操作人員同一視角，如圖3 所示，操作顯示屏放在操作人員旁側，這樣方便其觀察、獲知鍛件形狀與尺寸。相機視野范圍在鍛造壓機上下砧之間，視野高度滿足多品種鍛造工藝，如鐓粗、拔長、沖孔等。相機距離壓力機中心固定，選取合適焦距，確保相機測量精度。
大鍛件生產現場具有高溫輻射、振動等環境問題，為了保護相機的正常工作，根據現場生產環境，研制了相機的防護裝置，如圖4 所示，耐高溫輻射防護殼，相機減振器，風扇散熱等防護裝置。經多次長時間現場測試，相機溫度在鍛造過程中控制在50℃以內，保護了相機元件免受高溫輻射破壞，相機可以正常工作。相機在鍛造振動環境下，拍攝的穩定性和照片清晰度均滿足設計使用要求，測量相機現場安裝應用圖如圖5 所示。
