专利名称：一种基于激光测量的自动定心方法
技术领域：
本发明涉及一种圆形工件自动定心的方法，特别涉及一种利用激光测量的自动定心方法，该方法能够适用于机械加工及自动化领域。
背景技术：
在机械加工领域中很多地方都需要对横截面为圆形的工件进行加工，如木材、钢材等。在这些加工过程中，往往都需要确定圆形截面的圆心。例如在对厚壁大口径无缝钢管的热轧加工中，为降低热轧废品率，避免穿孔后毛管壁厚不均，通常会对热轧前的冷钢坯开引导孔来加工。目前国内生产厚壁大口径无缝钢管的轧钢厂均采用人工进行该项工作，即定心加工时依靠工人观察钢坯中心，先批量定孔，二次吊装，再批量进炉，劳动强度大。在人工操作时，工人长期暴露在开孔弧光下，对身体危害较大，操作环境恶劣；加上工人的主 观因素，会造成定心的不准确，产品一致性差，急需对钢坯开引导孔的冷定心机进行自动化改造。目前国内对自动定心机研究的文献资料比较少，能进行自动定心的数控装置几乎没有。在工程应用中，自动寻找不规则圆形物体圆心技术，一直没有得到很好解决。国内外现有解决方案一般采用图像处理方法。但由于图像处理中物体本身轮廓和背景轮廓不易完全分离，加上背景噪声影响，定心精度很低，误差一般在2-3_左右。

发明内容
本发明提供了一种基于激光测量的自动定心方法，解决了上述背景技术中的不足，其测量误差小，测量速度块，并且能够实现自动化。实现本发明上述目的所采用的技术方案为
一种基于激光测量的自动定心方法，包括以下步骤
(1)、在目标物的待测圆形的截面的两侧设置两个同步的激光位移传感器，在截面所位于的平面上建立XY直角坐标系即目标物坐标系，两激光位移传感器位于X轴上，其中一个激光位移传感器的初始位置为坐标原点，两激光位移传感器沿着Y轴且朝向目标物方向位移，X轴上的刻度为选为原点的激光位移传感器到目标物的距离值，Y轴上的刻度为激光位移传感器的位移距离值；
(2)、启动激光位移传感器，两激光位移传感器从初始位置开始移动，定时采集激光位移传感器到目标物的距离值和激光位移传感器的位移距离值，两激光位移传感器在任意一次采集中所得到的数据分别为(xl，y)和(x2，y)；
(3)、将两激光位移传感器采集到的数据进行转换，得到待测圆形的截面的轮廓点坐标，其中任意一次采集所得到的截面的轮廓点坐标分别为(xl，y)和(L-x2，y)，其中L为两激光位移传感器之间的距离；
(4)、利用最小二乘法对上步骤中的截面的轮廓点坐标进行计算，得到截面的圆心坐标。
步骤(3)中采样次数为60次，共采集到截面的轮廓点坐标120个。步骤(5)中所述的利用最小二乘法进行计算的具体步骤为
(a)、对圆形的曲线方程进行变形假设截面的圆心坐标为(A，B)，半径为R，则有
权利要求
1.一种基于激光测量的自动定心方法，其特征在于包括以下步骤 (1)、在目标物的待测圆形的截面的两侧设置两个同步的激光位移传感器，在截面所位于的平面上建立XY直角坐标系即目标物坐标系，两激光位移传感器位于X轴上，其中一个激光位移传感器的初始位置为坐标原点，两激光位移传感器沿着Y轴且朝向目标物方向位移，X轴上的刻度为选为原点的激光位移传感器到目标物的距离值，Y轴上的刻度为激光位移传感器的位移距离值； (2)、启动激光位移传感器，两激光位移传感器从初始位置开始移动，定时采集激光位移传感器到目标物的距离值和激光位移传感器的位移距离值，两激光位移传感器在任意一次采集中所得到的数据分别为(xl，y)和(x2，y)； (3)、将两激光位移传感器采集到的数据进行转换，得到待测圆形的截面的轮廓点坐标，其中任意一次采集所得到的截面的轮廓点坐标分别为(xl，y)和(L-x2，y)，其中L为两激光位移传感器之间的距离； (4)、利用最小二乘法对上步骤中的截面的轮廓点坐标进行计算，得到截面的圆心坐标。
2.根据权利要求I所述的基于激光测量的自动定心方法，其特征在于步骤(3)中采样次数为60次,共采集到截面的轮廓点坐标120个。
3.根据权利要求I或2所述的基于激光测量的自动定心方法，其特征在于步骤(5)中所述的利用最小二乘法进行计算的具体步骤为 (a)、对圆形的曲线方程进行变形假设截面的圆心坐标为(A，B)，半径为R，则有
4.根据权利要求3所述的基于激光测量的自动定心方法，其特征在于步骤(d)中算得圆心坐标后，计算出所有的截面的轮廓点到圆心的距离，并对这些距离进行排序后除去10个距离最大值和10个距离最小值所对应的轮廓点；用筛选后的截面的轮廓点坐标重新按照步骤(b)和(C)进行计算，得到截面的圆心坐标值。
全文摘要
本发明提供了一种基于激光测量的自动定心方法，首先在目标物两侧设置两个同步的激光位移传感器，并建立目标物坐标系，两激光位移传感器沿着Y轴且朝向目标物方向位移。启动激光位移传感器，两激光位移传感器从初始位置开始移动，定时采集激光位移传感器到目标物的距离值和激光位移传感器的位移距离值。然后将两激光位移传感器采集到的数据进行转换，得到待测圆形的截面的轮廓点坐标，最后利用最小二乘法对截面的轮廓点坐标进行计算，得到截面的圆心坐标。该方法定心精度高，可精确至0.1毫米，同时定心误差小；同时本发明所提供的方法与相关硬件及软件相结合后，能够实现自动化及连续化加工。
文档编号G01B11/00GK102706280SQ201210207280
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月21日 优先权日2012年6月21日
发明者何王勇, 吴涛, 李勇波, 杨代华, 王典洪, 甘明 申请人:中国地质大学(武汉)