在線測量技術(shù)是大鍛件生產(chǎn)智能化發(fā)展的一個重要方向，應(yīng)用在線測量大鍛件技術(shù)不僅可以避免人工測量時工人處于惡劣環(huán)境、測量誤差大等問題，還可以提高鍛造生產(chǎn)效率、鍛造質(zhì)量和材料利用率，降低成本等。大鍛件生產(chǎn)技術(shù)是制造重大技術(shù)裝備關(guān)鍵零部件的基礎(chǔ)，涉及航天、船舶、軍工、石油、核電、化工、能源等行業(yè)，其制造能力和水平直接決定著國家重大技術(shù)裝備制造和發(fā)展。大鍛件一般采用自由鍛生產(chǎn)方式，由于鍛造車間高溫、振動、多塵等環(huán)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(shù)水平的發(fā)展和進(jìn)步。目前，國內(nèi)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(huán)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(chǎn)品質(zhì)量和成本；人工測量時，須停機(jī)測量，影響生產(chǎn)效率。因鍛件尺寸不合格，會導(dǎo)致鍛件返工或報廢；為保證鍛件尺寸，而過多放大尺寸，機(jī)加工工時會增加，也會導(dǎo)致成本提高。因此，研發(fā)一套切實可靠、實用的在線測量技術(shù)和設(shè)備，是十分迫切的。為解決上述問題，我們在生產(chǎn)現(xiàn)場采用測量相機(jī)進(jìn)行測試試驗，針對鍛造生產(chǎn)特點采取適當(dāng)?shù)臏y量方案和防護(hù)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(guī)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(jī)三維成像對大鍛件進(jìn)行快速數(shù)據(jù)建模。這種相機(jī)的測量方式不依賴輔助結(jié)構(gòu)光即可生成三維測量數(shù)據(jù)，相機(jī)視野范圍內(nèi)被動式成像，測量速度快、可以靈活測量。四目相機(jī)的測量數(shù)據(jù)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(biāo)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(jī)空間直角坐標(biāo)系，空間坐標(biāo)的原點設(shè)置在四目相機(jī)光軸焦點所對應(yīng)的平面上，是四目相機(jī)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(jī)圖像上有一組像素點與該點形成唯一的對應(yīng)關(guān)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(yīng)關(guān)系。水平方向上的兩幅圖像上的對應(yīng)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(yīng)點位于同一條垂直掃描線上。對角位置的兩幅圖像的對應(yīng)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(jī)光軸所組成的矩形相似的矩形，這就是四目相機(jī)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(jù)以上空間幾何約束條件和關(guān)于圖像相似性匹配函數(shù)，可以設(shè)置一套計算步驟，以四目相機(jī)中的其中一幅圖像為基準(zhǔn)，搜索每個像素點在其他圖像上的對應(yīng)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(xiàn)場應(yīng)用
測量相機(jī)布置在操作室與鍛造壓機(jī)之間，相機(jī)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(cè)，這樣方便其觀察、獲知鍛件形狀與尺寸。相機(jī)視野范圍在鍛造壓機(jī)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(jī)距離壓力機(jī)中心固定，選取合適焦距，確保相機(jī)測量精度。
大鍛件生產(chǎn)現(xiàn)場具有高溫輻射、振動等環(huán)境問題，為了保護(hù)相機(jī)的正常工作，根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境，研制了相機(jī)的防護(hù)裝置，如圖4 所示，耐高溫輻射防護(hù)殼，相機(jī)減振器，風(fēng)扇散熱等防護(hù)裝置。經(jīng)多次長時間現(xiàn)場測試，相機(jī)溫度在鍛造過程中控制在50℃以內(nèi)，保護(hù)了相機(jī)元件免受高溫輻射破壞，相機(jī)可以正常工作。相機(jī)在鍛造振動環(huán)境下，拍攝的穩(wěn)定性和照片清晰度均滿足設(shè)計使用要求，測量相機(jī)現(xiàn)場安裝應(yīng)用圖如圖5 所示。
