權(quán)利要求書： 1.一種回轉(zhuǎn)窯托輪組動態(tài)軸線空間位置測量方法，其特征在于：包括以下步驟：S01，在每組托輪的外側(cè)底座上布設(shè)4個以上的靶座，靶座上安裝有棱鏡靶球；

S02，將全站儀安放在穩(wěn)定的工作面上，調(diào)整全站儀的位置，使全站儀能夠測量到步驟S01中所有棱鏡靶球的測量點；

S03，采用全站儀測量所有棱鏡靶球的中心坐標(biāo)，棱鏡靶球的中心即測量參考點，測量參考點作為后續(xù)視覺測量設(shè)備的全局坐標(biāo)系參考點，所有的測量參考點均在同一個全站儀坐標(biāo)系下；

S04，將全站儀使用的棱鏡靶球替換為相同大小的視覺測量設(shè)備用的視覺測量靶球，并在被測量的托輪轉(zhuǎn)動軸外側(cè)的保護外殼上布設(shè)8個或以上的視覺測量點；

S05，利用單目視覺測量設(shè)備測量視覺測量點與視覺測量靶球在單目視覺測量坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值，以視覺測量點與視覺測量靶球在單目視覺測量坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值和測量參考點坐標(biāo)作為媒介將視覺測量點的坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換到全局坐標(biāo)系下；

S06，將雙目視覺定位設(shè)備安裝在托輪轉(zhuǎn)動軸的前方，調(diào)整雙目視覺定位設(shè)備視場使其能夠覆蓋4個以上的視覺測量點，然后在托輪的轉(zhuǎn)動軸上布設(shè)一個動態(tài)測量點；

S07，啟動雙目視覺測量設(shè)備以視覺測量點在全局坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為參考，測量動態(tài)測量點在5個以上轉(zhuǎn)動位置的坐標(biāo)，取所有動態(tài)測量點的坐標(biāo)以最小二乘法擬合圓，圓心的法線即為本托輪的軸線；

S08，重復(fù)步驟S04到步驟S07，測量剩余托輪的軸線，從而獲得整個托輪組軸線的空間位置。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種回轉(zhuǎn)窯托輪組動態(tài)軸線空間位置測量方法，其特征在于：所述棱鏡靶球的位置分布在至少兩個平面上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種回轉(zhuǎn)窯托輪組動態(tài)軸線空間位置測量方法，其特征在于：所述靶座固定在托輪外側(cè)的底座上。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種回轉(zhuǎn)窯托輪組動態(tài)軸線空間位置測量方法，其特征在于：所述全站儀的位置位于所有測量點的中間位置。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種回轉(zhuǎn)窯托輪組動態(tài)軸線空間位置測量方法，其特征在于：所述全站儀放置在窯體地基上。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種回轉(zhuǎn)窯托輪組動態(tài)軸線空間位置測量方法，其特征在于：所述棱鏡靶球和視覺測量靶球的直徑均為1.5英寸。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種回轉(zhuǎn)窯托輪組動態(tài)軸線空間位置測量方法，其特征在于：所述動態(tài)測量點采用強磁材料吸附在托輪的轉(zhuǎn)動軸上。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種回轉(zhuǎn)窯托輪組動態(tài)軸線空間位置測量方法，其特征在于：所述雙目視覺定位設(shè)備距最近的測量點的距離大于0.5米。

說明書： 一種回轉(zhuǎn)窯托輪組動態(tài)軸線空間位置測量方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明涉及空間位置測定方法技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種回轉(zhuǎn)窯托輪組動態(tài)軸線空間位置測量方法。

背景技術(shù)[0002] 回轉(zhuǎn)窯作為水泥燒制工藝中的關(guān)鍵核心生產(chǎn)設(shè)備，其一般由三組以上托輪構(gòu)成的托輪組支撐，在水泥生產(chǎn)過程中托輪組支撐回轉(zhuǎn)窯持續(xù)滾動工作。在長時間不間斷運行中，

由于托輪組長期受熱變形、滾動中的磨損和地基沉降等原因?qū)е峦休喗M回轉(zhuǎn)軸線間發(fā)生扭

曲不行平，造成回轉(zhuǎn)窯滾動過程中阻力變大，增加了生產(chǎn)中的能耗，甚至使回轉(zhuǎn)窯發(fā)生故障

或者造成生產(chǎn)事故，存在一定的安全隱患。因此需要定期測量托輪組軸線，并根據(jù)測量結(jié)果

進行校準(zhǔn)。

[0003] 回轉(zhuǎn)窯托輪組軸線測量存在以下難點：[0004] 1)測量范圍大：一般測量范圍70米左右；[0005] 2)一般要求在回轉(zhuǎn)窯工作時在線測量，因此需要在托輪轉(zhuǎn)動過程中確定其旋轉(zhuǎn)中心；

[0006] 3)測量精度要求高：[0007] 4)當(dāng)前回轉(zhuǎn)窯托輪組軸線測量多采用全站儀配合光學(xué)棱鏡進行測量，測量時需要人工將棱鏡中心定位到托輪末端的旋轉(zhuǎn)軸心上，全站儀測量棱鏡中心作為托輪軸心，托輪

兩端的軸心點連線即為托輪軸線。

[0008] 目前，采用現(xiàn)有技術(shù)處理上述難點還存在以下問題：[0009] 1)人工定位的軸心存在一定的不確定性和人為誤差；[0010] 2)光學(xué)棱鏡只能放置在托輪末端的軸心上，安裝時需要打開托輪末端的防護外殼，由于高溫環(huán)境和設(shè)備的高速運轉(zhuǎn)，實際操作中存在一定的危險性。

發(fā)明內(nèi)容[0011] 本發(fā)明綜合全站儀測量范圍大、單目視覺測量精度高和雙目視覺動態(tài)測量的優(yōu)勢，提出了一種基于全站儀與視覺定位混合測量技術(shù)的回轉(zhuǎn)窯托輪組動態(tài)軸心空間位置測

量方法，實現(xiàn)了多組托輪組軸線的高效高精度測量，且使用過程安全性高，不存在安全隱

患。

[0012] 本發(fā)明一種回轉(zhuǎn)窯托輪組動態(tài)軸線空間位置測量方法，包括以下步驟：[0013] S01，在每組托輪的外側(cè)底座上布設(shè)4個以上的靶座，靶座上安裝有棱鏡靶球；[0014] S02，將全站儀安放在穩(wěn)定的工作面上，調(diào)整全站儀的位置，使全站儀能夠測量到步驟S01中所有棱鏡靶球的測量點；

[0015] S03，采用全站儀測量所有棱鏡靶球的中心坐標(biāo)，棱鏡靶球的中心即測量參考點，測量參考點作為后續(xù)視覺測量設(shè)備的全局坐標(biāo)系參考點，所有的測量參考點均在同一個全

站儀坐標(biāo)系下；

[0016] S04，將全站儀使用的棱鏡靶球替換為相同大小的視覺測量設(shè)備用的視覺測量靶球，并在被測量的托輪轉(zhuǎn)動軸外側(cè)的保護外殼上布設(shè)8個或以上的視覺測量點；

[0017] S05，利用單目視覺測量設(shè)備測量視覺測量點與視覺測量靶球在單目視覺測量坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值，以其作為媒介將視覺測量點的坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換到全局坐標(biāo)系下；

[0018] S06，將雙目視覺定位設(shè)備安裝在托輪轉(zhuǎn)動軸的前方，調(diào)整雙目視覺定位設(shè)備視場使其能夠覆蓋4個以上的視覺測量點，在托輪的轉(zhuǎn)動軸上布設(shè)一個動態(tài)測量點；

[0019] S07，啟動雙目視覺測量設(shè)備以視覺測量點在全局坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為參考，測量動態(tài)測量點在5個以上轉(zhuǎn)動位置的坐標(biāo)，取所有動態(tài)測量點的坐標(biāo)以最小二乘法擬合圓，圓心

的法線即為本托輪的軸線；

[0020] S08，重復(fù)步驟S04到步驟S07，測量剩余托輪的軸線，從而獲得整個托輪組軸線的空間位置。

[0021] 本發(fā)明一種回轉(zhuǎn)窯托輪組動態(tài)軸線空間位置測量方法，其中所述棱鏡靶球的位置分布在至少兩個平面上。

[0022] 本發(fā)明一種回轉(zhuǎn)窯托輪組動態(tài)軸線空間位置測量方法，其中所述靶座固定在托輪外側(cè)的底座上。

[0023] 本發(fā)明一種回轉(zhuǎn)窯托輪組動態(tài)軸線空間位置測量方法，其中所述全站儀的位置位于所有測量點的中間位置。

[0024] 本發(fā)明一種回轉(zhuǎn)窯托輪組動態(tài)軸線空間位置測量方法，其中所述全站儀放置在窯體地基上。

[0025] 本發(fā)明一種回轉(zhuǎn)窯托輪組動態(tài)軸線空間位置測量方法，其中所述棱鏡靶球和視覺測量靶球的直徑均為1.5英寸。

[0026] 本發(fā)明一種回轉(zhuǎn)窯托輪組動態(tài)軸線空間位置測量方法，其中所述動態(tài)測量點采用強磁材料吸附在托輪的轉(zhuǎn)動軸上。

[0027] 本發(fā)明一種回轉(zhuǎn)窯托輪組動態(tài)軸線空間位置測量方法，其中所述雙目視覺定位設(shè)備距最近的測量點的距離大于0.5米。

[0028] 本發(fā)明一種回轉(zhuǎn)窯托輪組動態(tài)軸線空間位置測量方法與現(xiàn)有技術(shù)不同之處在于，本發(fā)明一種回轉(zhuǎn)窯托輪組動態(tài)軸線空間位置測量方法依次采用全站儀、單目視覺測量設(shè)備

和雙目視覺定位設(shè)備對指定測量點的坐標(biāo)進行測量。首先，全站儀的測量范圍大，通過全站

儀獲得全局坐標(biāo)系的參考點坐標(biāo)；其次，單目視覺測量設(shè)備精度高，通過單目視覺測量設(shè)備

獲得單目視覺測量坐標(biāo)下各參考點和測量點的坐標(biāo)，再將測量點的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到全局坐標(biāo)系

下；最后，利用雙目視覺定位技術(shù)具有動態(tài)測量的特點，以視覺測量點為參考，測量動態(tài)測

量點的坐標(biāo)，通過最小二乘法擬合圓，圓心的法線即為托輪的軸線；重復(fù)上述過程即可獲得

托輪組軸線的空間位置數(shù)據(jù)。

[0029] 本發(fā)明一種回轉(zhuǎn)窯托輪組動態(tài)軸線空間位置測量方法中的全站儀可以實現(xiàn)大范圍內(nèi)多組托輪測量坐標(biāo)系的統(tǒng)一，而通過單目測量技術(shù)實現(xiàn)單組托輪小范圍內(nèi)高精度坐標(biāo)

系的統(tǒng)一，雙目視覺定位技術(shù)利用其動態(tài)測量的特點，能夠?qū)崿F(xiàn)托輪軸線的精確測量。本發(fā)

明所采用的方法只需在托輪滾動軸上粘貼測量標(biāo)志，保證測量標(biāo)志在雙目視覺測量設(shè)備的

視場內(nèi)，即可實現(xiàn)托輪軸線的測量，且單目視覺測量設(shè)備和雙目視覺測量設(shè)備在使用過程

中具有耐高溫和抗振動干擾的效果，設(shè)備使用十分安全，不存在安全隱患。

[0030] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一種回轉(zhuǎn)窯托輪組動態(tài)軸線空間位置測量方法作進一步說明。

附圖說明[0031] 圖1為本發(fā)明一種回轉(zhuǎn)窯托輪組動態(tài)軸線空間位置測量方法的工藝流程圖；[0032] 圖2為本發(fā)明一種回轉(zhuǎn)窯托輪組動態(tài)軸線空間位置測量方法中測量過程的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

[0033] 圖3為本發(fā)明一種回轉(zhuǎn)窯托輪組動態(tài)軸線空間位置測量方法中雙目視覺測量設(shè)備測量時系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

[0034] 圖4為本發(fā)明一種回轉(zhuǎn)窯托輪組動態(tài)軸線空間位置測量方法中測量參考點的位置分布圖；

[0035] 圖5為本發(fā)明一種回轉(zhuǎn)窯托輪組動態(tài)軸線空間位置測量方法中測量單個托輪軸心時視覺靶球測量點和視覺測量點的位置分布圖；

[0036] 圖中標(biāo)記示意為：1?底座；2?轉(zhuǎn)動軸；3?雙目視覺定位設(shè)備；4?全站儀。具體實施方式[0037] 以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。[0038] 如圖1和圖2所示，本發(fā)明一種回轉(zhuǎn)窯托輪組動態(tài)軸線空間位置測量方法包括以下步驟：

[0039] 步驟1，在每組托輪的外側(cè)底座1上布設(shè)4個以上的靶座，靶座上安裝有棱鏡靶球。棱鏡靶球的位置分布在至少兩個平面上，保證測量的可靠性。靶座固定在托輪外側(cè)的底座1

上，保證靶座位置的穩(wěn)定性，固定方式可以選擇焊接。

[0040] 步驟2，將全站儀4安放在穩(wěn)定的工作面上，調(diào)整全站儀4的位置，使全站儀4能夠測量到步驟1中所有棱鏡靶球的測量點，且全站儀4的位置位于或盡量靠近所有測量點的中間

位置。一般需要將全站儀4放置在窯體地基上，如果測量時地基有振動可以通過降低回轉(zhuǎn)窯

托輪的轉(zhuǎn)速以減少或者消除地基振動。

[0041] 步驟3，采用全站儀4測量所有棱鏡靶球的中心坐標(biāo)，棱鏡靶球的中心即測量參考點A，測量參考點A作為后續(xù)視覺測量設(shè)備的全局坐標(biāo)系參考點，所有的測量參考點A均在同

一個全站儀4坐標(biāo)系下。在進行上述測量過程中，為了保證全站儀4的測量精度，全站儀4需

要在一個站位進行所有測量點的測量工作，不能轉(zhuǎn)站進行測量。

[0042] 步驟4，測量完所有全局坐標(biāo)系的測量參考點A的坐標(biāo)后，將全站儀4使用的直徑為1.5英寸的棱鏡靶球替換為視覺測量設(shè)備用的直徑為1.5英寸的視覺測量靶球，并在被測量

的托輪轉(zhuǎn)動軸2外側(cè)的保護外殼上布設(shè)8個或以上的視覺測量點B。視覺測量點B應(yīng)該穩(wěn)定的

布設(shè)在托輪的保護外殼上，不隨托輪轉(zhuǎn)動而移動。

[0043] 步驟5，利用單目視覺測量設(shè)備測量視覺測量點B與視覺測量靶球在單目視覺測量坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值，此時視覺測量靶球在全局坐標(biāo)系和單目視覺測量坐標(biāo)系的坐標(biāo)值均已

知，以其作為媒介將視覺測量點B的坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換到全局坐標(biāo)系下。轉(zhuǎn)換過程采用測量分析軟

件進行處理，如Spatial或Analyzer，轉(zhuǎn)換過程屬于現(xiàn)有技術(shù)，此處不作過多贅述。

[0044] 步驟6，將雙目視覺定位設(shè)備3安裝在托輪轉(zhuǎn)動軸2的前方，調(diào)整雙目視覺定位設(shè)備3視場使其能夠覆蓋4個以上的視覺測量點B。在托輪的轉(zhuǎn)動軸2上布設(shè)一個動態(tài)測量點C。為

了保證動態(tài)測量點C的穩(wěn)定，一般采用強磁材料將其吸附在托輪的轉(zhuǎn)動軸2上。雙目視覺定

位設(shè)備3距最近的測量點距離應(yīng)大于0.5米。

[0045] 步驟7，如圖3所示，啟動雙目視覺測量設(shè)備以視覺測量點在全局坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為參考，測量動態(tài)測量點C在5個以上轉(zhuǎn)動位置的坐標(biāo)，取所有動態(tài)測量點C的坐標(biāo)以最小二

乘法擬合圓，圓心的法線即為本托輪的軸線；

[0046] 步驟8，重復(fù)步驟4到步驟7，測量剩余托輪軸線，從而獲得整個托輪組軸線的空間位置。

[0047] 下面以對某水泥廠的回轉(zhuǎn)窯托輪組軸線的測量過程，驗證本發(fā)明方法的可行性和可靠性。測試方法如下：

[0048] 首先在每個托輪底座1上布設(shè)4個靶座，依次將棱鏡靶球放置在靶座上，然后用全站儀4測量所有全局坐標(biāo)系的測量參考點A的坐標(biāo)。每組托輪設(shè)置4個測量參考點A，6組共24

個參考點。全局的測量參考點A的位置分布如圖4所示。

[0049] 將靶座上的棱鏡靶球更換為視覺測量靶球，并在托輪轉(zhuǎn)動軸2外側(cè)的保護外殼上布設(shè)8個的視覺測量點B。

[0050] 采用手持式單目視覺測量設(shè)備測量單個托輪上的視覺測量點B與附近4個以上視覺測量靶球的坐標(biāo)。測量結(jié)果如圖5所示，其中A1?A4為視覺靶球測量點，B1?B8為視覺測量

點B。

[0051] 根據(jù)全站儀4測量的測量參考點A1?A4在全局坐標(biāo)系下的測量坐標(biāo)和單目視覺測量坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值，計算單目視覺測量坐標(biāo)下到全局坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，并將視覺

測量點B轉(zhuǎn)換到全局坐標(biāo)系下。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程下表所示，其中表1為視覺測量點B與視覺靶球

測量點在單目視覺測量坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，表2為靶球測量點在全局坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，表3為

視覺測量點在全局坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。

[0052]點名稱 X(mm) Y(mm) Z(mm)

A1 0.34 3.12 1.20

A2 0.34 1305.41 0.34

A3 0.61 0.75 1032.39

A4 0.52 1412.32 976.32

B1 ?305.45 ?803.13 ?1675.71

B2 ?310.62 ?712.69 ?1619.21

B3 ?300.27 ?893.25 ?1732.21

B4 ?313.10 ?647.67 ?1249.32

B5 ?302.75 ?828.23 ?1362.32

B6 ?305.22 ?763.22 ?992.43

B7 ?311.86 ?680.18 ?1434.27

B8 ?301.51 ?860.74 ?1547.27

[0053] 表1[0054]點名稱 X(mm) Y(mm) Z(mm)

A1 ?8967.77 3490.40 6733.23

A2 ?9166.78 4777.31 6739.23

A3 ?8741.14 3516.85 7738.87

A4 ?8967.39 4910.52 7692.37

[0055] 表2[0056]點名稱 X(mm) Y(mm) Z(mm)

A1 ?8968.12 3490.21 6733.22

A2 ?9166.26 4777.32 6739.75

A3 ?8740.86 3517.00 7738.70

A4 ?8967.84 4910.55 7692.03

B1 ?9508.81 2600.47 5161.17

B2 ?9515.11 2690.52 5217.93

B3 ?9502.52 2510.42 5104.42

B4 ?9446.08 2764.85 5579.53

B5 ?9433.49 2584.75 5466.03

B6 ?9364.47 2659.08 5827.64

B7 ?9480.59 2727.68 5398.73

B8 ?9468.01 2547.58 5285.22

[0057] 表3[0058] 將雙目視覺定位設(shè)備3安放到托輪轉(zhuǎn)動軸2的前方，調(diào)整視場使其覆蓋8個視覺測量點，并在托輪轉(zhuǎn)動軸2上布設(shè)1個動態(tài)測量點C。采用雙目視覺定位設(shè)備3以8個視覺測量點

B為參考，測量動態(tài)測量點C在5個以上轉(zhuǎn)動位置的坐標(biāo)并擬合標(biāo)準(zhǔn)圓，圓心的法線構(gòu)成了托

輪的軸線。

[0059] 采用此方法反復(fù)測量三組托輪組的軸線。因為對于本方法來說每個托輪測量情況相同，因此通過對其中一個托輪反復(fù)測量5次軸心，驗證方法的重復(fù)測量精度，統(tǒng)計結(jié)果如

表4所示：

[0060][0061] 表4[0062] 經(jīng)驗證該方法的重復(fù)測量精度優(yōu)于1mm，高于傳統(tǒng)全站儀測量方法的1.5mm。[0063] 本發(fā)明一種回轉(zhuǎn)窯托輪組動態(tài)軸線空間位置測量方法依次采用全站儀、單目視覺測量設(shè)備和雙目視覺定位設(shè)備對指定測量點的坐標(biāo)進行測量。首先，全站儀的測量范圍大，

通過全站儀獲得全局坐標(biāo)系的參考點坐標(biāo)；其次，單目視覺測量設(shè)備精度高，通過單目視覺

測量設(shè)備獲得單目視覺測量坐標(biāo)下各參考點和測量點的坐標(biāo)，再將測量點的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到全

局坐標(biāo)系下；最后，利用雙目視覺定位技術(shù)具有動態(tài)測量的特點，以視覺測量點為參考，測

量動態(tài)測量點的坐標(biāo)，通過最小二乘法擬合圓，圓心的法線即為托輪的軸線；重復(fù)上述過程

即可獲得托輪組的軸線數(shù)據(jù)。

[0064] 本發(fā)明一種回轉(zhuǎn)窯托輪組動態(tài)軸線空間位置測量方法中的全站儀可以實現(xiàn)大范圍內(nèi)多組托輪測量坐標(biāo)系的統(tǒng)一，而通過單目測量技術(shù)實現(xiàn)單組托輪小范圍內(nèi)高精度坐標(biāo)

系的統(tǒng)一，雙目視覺定位技術(shù)利用其動態(tài)測量的特點，能夠?qū)崿F(xiàn)托輪軸線的精確測量。本發(fā)

明所采用的方法只需在托輪滾動軸上粘貼測量標(biāo)志，保證測量標(biāo)志在雙目視覺測量設(shè)備的

視場內(nèi)，即可實現(xiàn)托輪軸線的測量，且單目視覺測量設(shè)備和雙目視覺測量設(shè)備在使用過程

中具有耐高溫和抗振動干擾的效果，設(shè)備使用十分安全，不存在安全隱患。

[0065] 雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實施例對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對之作一些修改或改進，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，

在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進，均屬于本發(fā)明要求保護的范圍。