标定块设计与加工

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工业生产中可能同时使用多台轮廓测量仪扫描目标物体,从而拓宽视野、消除视觉盲区。在对多台轮廓测量仪进行标定时,需要根据位置关系设计标定块,以确保标定准确性及精度。

本章介绍标定块特征、典型位置关系,以及如何标定块设计。

标定块简介

同时部署两台及以上轮廓测量仪时,需要使用标定块进行标定。轮廓测量仪型号、数量、位置决定了标定块尺寸。下图为常见标定块。

one frustum
two frustums 1
two frustums 2
angled frustums

标定块由底座和底座上的正四棱台(简称“棱台”)组成。

如下图,棱台尺寸包含上底面边长(L1)、下底面边长(L2)和高度(h),由轮廓测量仪型号决定。底座尺寸包含平移距离(d)、边缘宽度(w)、底座厚度(t)等,由轮廓测量仪之间的位置关系决定。

calib target

设计标定块

标定块由棱台和底座组成。本节介绍如何计算棱台尺寸底座尺寸

制作标定块时,可根据现场条件基于计算值微调尺寸。

计算棱台尺寸

棱台尺寸包含棱台上底面边长(L1)、下底面边长(L2)和高度(h)。棱台侧面与上、下底面夹角应分别为135°和45°。

frustum dimensions
angle with bases

请按以下步骤确定棱台尺寸:

  • 下底面边长(L2)

    1. 查看用于标定的轮廓测量仪的测量范围

    2. 基准距离X轴测量范围数值乘70%后向下取整,计算出的数值为下底面边长。

  • 上底面边长(L1)

    1. 计算下底面边长的1/3(记作数值a)和下底面边长的1/2(记作数值b)。

    2. 上底面边长应在a~b范围内,可根据项目实际需求取值。

  • 高度(h)

    高度 = 1/2 (下底面边长 - 上底面边长)

各型号轮廓测量仪推荐的棱台尺寸如下表:

型号 上底面边长(mm) 下底面边长(mm) 高度(mm)

LNX-7530、LNX-8030

10

24

7

LNX-7580、LNX-8080

30

60

15

LNX-75150

50

100

25

LNX-75300、LNX-8300

106

212

53

计算底座尺寸

标定块底座形状取决于轮廓测量仪之间的相对位置,本节分别介绍并列、对向、对射其他环形排列场景下需要确定的底座尺寸参数。

并列、对向、对射

使用多台轮廓测量仪的典型场景及需要的底座尺寸如下表:

场景 并列 对向 对射

描述

轮廓测量仪沿X轴方向并列摆放,从而拓宽X轴测量范围。

两台轮廓测量仪沿Y轴对向摆放,从而获取目标物体上表面的完整数据,消除视觉盲区。

两台轮廓测量仪分别摆放在目标物体上下表面,从而同时获取目标物体上、下表面的数据,消除视觉盲区。

说明

该场景下最多可使用四台轮廓测量仪。

两台轮廓测量仪位置靠近时,可以共用一个棱台。

该场景可视为特殊的环形布局。

示意图

wide side by side
wide reverse 1
wide reverse 2
angled opposite

底座尺寸

平移距离(d)

边缘宽度(w)

底座厚度(t)

边缘宽度(w)

底座厚度(t)

底座尺寸说明和计算方法如下。

  • 平移距离(d):指上图中两个相邻棱台中心线之间的距离。

    根据测量需求确定轮廓测量仪位置,使其视野覆盖目标物体上的待测表面后,两台轮廓测量仪之间的距离即为平移距离。

  • 边缘宽度(w):指棱台下底面边缘与标定块底座边缘之间的距离。

    建议边缘宽度不小于棱台下底面边长(L2)的一半。

  • 底座厚度(t):应不小于2mm。

其他环形排列场景

轮廓测量仪之间可呈任意角度摆放,以获取高质量的目标物体表面数据。环形排列场景下标定块设计较为复杂,需借助CAD等画图工具。本节以使用四台轮廓测量仪且相邻轮廓测量仪之间呈近似90°夹角摆放的场景为例,介绍如何计算底座尺寸。

请按照以下步骤计算底座尺寸:

  1. 将轮廓测量仪围绕目标物体摆放,确保X轴测量范围覆盖目标物体待测表面,同时使目标物体尽量靠近轮廓测量仪。

    lnx 4
    • 红线:近侧的X轴测量范围

    • 蓝线:基准距离处的X轴测量范围

  2. 分别在基准距离处画一条长度为X轴测量范围的线段(下图中的蓝线),取线段中点P1、P2、P3、P4,并作中垂线(下图中的绿线)。四条中垂线相交,形成一个四边形。取四边形的几何中心,记为C点。

    lnx 4 auxiliary center
  3. 以线段CP1、CP2、CP3、CP4中最长的一条为半径画圆,该圆即为标定块底座的内切圆。示例中,最长的线段为CP1。

    lnx 4 auxiliary circle
  4. 将线段CP1绕C点顺时针旋转90°、180°、270°,分别得到CP2'、CP3'、CP4'。分别过P1、P2'、P3'、P4’点画出圆C的切线,四条切线形成的正方形即为圆C的外接正方形。该正方形即为标定块底座。

  5. 按照计算出的棱台尺寸在底座上画出棱台,并使棱台下底面中心与底座各边的中心(即P1、P2'、P3'、P4')重合。

    lnx 4 calib target
  6. 如使用Mech-MSR软件进行标定,请获取以下数值备用:

    lnx 4 param
    • 旋转半径(r):指棱台中心点(C1,即棱台上底面中心和下底面中心连线的中点)与底座内切圆心(C)之间的距离。

      旋转半径 = 1/2 棱台高度(h) + 底座内切圆半径(CP1)

    • 旋转角度(α):指两个相邻棱台中心线之间的夹角。

    棱台形状复杂时,请使用画图工具测量旋转半径和旋转角度数值。

工艺和精度要求

为保证标定精度,制作标定块时应满足以下要求:

  1. 对标定块表面进行黑色氧化及120目喷砂。

  2. 根据实际需求,在标定块合适位置加工安装孔。

  3. 请勿对棱台各边、角做钝化处理。

为保证标定效果,各型号轮廓测量仪的标定块精度建议如下表:

型号 线性尺寸加工公差(mm) 标定块表面平面度公差(mm)

LNX-7530、LNX-8030

±0.005

0.005

LNX-7580、LNX-8080

±0.01

0.01

LNX-75150

±0.025

0.025

LNX-75300、LNX-8300

±0.05

0.05

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