一種測量外星輪花鍵尺寸的裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于三角測量法的外星輪花鍵尺寸測量裝置，包括激光器、相機(jī)、鏡頭和用于固定被測工件的機(jī)械結(jié)構(gòu)。同時公開了一種測量外星輪花鍵尺寸的方法，該方法采用激光作為結(jié)構(gòu)光，CCD相機(jī)拍攝獲取花鍵輪廓，通過標(biāo)定和圖像處理計算獲取花鍵尺寸，可實現(xiàn)非接觸式測量外星輪花鍵的大徑、小徑、兩針距和分度誤差。本裝置設(shè)計增強了花鍵輪廓圖像的清晰度和對比度；固定外星輪的轉(zhuǎn)盤和同步轉(zhuǎn)動的頂針結(jié)構(gòu)，具有較高的動態(tài)精度，減少了機(jī)械結(jié)構(gòu)磨損帶來的精度下降；本發(fā)明測量外星輪花鍵尺寸的最高重復(fù)精度可達(dá)到+0.01mm，并且具有良好的穩(wěn)定性。
【專利說明】一種測量外星輪花鍵尺寸的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于三角測量法的非接觸式測量方法及測量裝置，尤其涉及一種外星輪花鍵尺寸專用的非接觸式測量方法及測量裝置，屬于非接觸式測量領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]外星輪作為汽車傳動軸的主要零件，其花鍵的尺寸精度是重要的質(zhì)量指標(biāo)。傳統(tǒng)測量花鍵尺寸的方法主要通過綜合環(huán)規(guī)接觸式測量，存在如下的問題:量規(guī)爭議，用新量規(guī)和舊量規(guī)檢驗同一個工件的花鍵可能會出現(xiàn)不同的檢驗結(jié)論；檢測效率低，難以滿足快速、大批量生產(chǎn)的要求；誤差較大，對量規(guī)的磨損會降低測量精度，由于采用人工測量，會造成一定程度的人為誤差。經(jīng)過相關(guān)調(diào)研，目前在國內(nèi)外均尚未發(fā)現(xiàn)花鍵非接觸式測量方法或系統(tǒng)的報道。
[0003]因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開發(fā)一種可用于外星輪花鍵測量的非接觸式測量方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于外星輪花鍵測量的非接觸式測量方法。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種測量外星輪花鍵尺寸的裝置，基于三角測量法制成，包括激光器、相機(jī)、鏡頭和用于固定被測物的機(jī)械結(jié)構(gòu)。
[0006]優(yōu)選地，激光器選用20mW大發(fā)散角條形激光器。
[0007]優(yōu)選地，相機(jī)選用500萬像素CXD相機(jī)。
[0008]優(yōu)選地，鏡頭選用50mm定焦鏡頭。
[0009]優(yōu)選地，用于固定被測工件的機(jī)械結(jié)構(gòu)，包括底部的轉(zhuǎn)盤和頂部的頂針，頂針下壓后，被測工件軸向固定。所述轉(zhuǎn)盤由伺服電機(jī)帶動。由伺服電機(jī)帶動的轉(zhuǎn)盤和同步轉(zhuǎn)動的頂針結(jié)構(gòu)，具有較高的動態(tài)精度，減少了機(jī)械結(jié)構(gòu)磨損帶來的精度下降。
[0010]本發(fā)明還提供了利用上述裝置測量外星輪花鍵尺寸的方法，包括以下步驟:
[0011]步驟一、按三角測量法要求，校準(zhǔn)測量裝置。要求工件軸線垂直，激光結(jié)構(gòu)光水平；鏡頭光心線與工件旋轉(zhuǎn)軸共面；激光結(jié)構(gòu)光在基準(zhǔn)面上的直線在圖像中心位置；激光結(jié)構(gòu)光中心與鏡頭光心線共面。
[0012]步驟二、打開激光器，記錄激光光斑像素坐標(biāo)和CXD中心點像素坐標(biāo)，計算出激光光斑離CXD中心點的縱向和橫向距離；
[0013]步驟三、記錄基準(zhǔn)面與工件軸線之間的距離、鏡頭焦距、物距和激光入射角，利用三角形各邊的比例關(guān)系，計算花鍵表面激光輪廓點距離其所在花鍵橫截面中心的距離；
[0014]步驟四、工件繞軸線轉(zhuǎn)動一圈，并依次測量和計算，最后獲得同一橫截面花鍵的齒形數(shù)據(jù)。
[0015]更詳細(xì)的測量步驟如下:[0016]步驟一、激光呈固定角度照射在工件表面，通過校準(zhǔn)，使得激光、相機(jī)和工件物理位置關(guān)系滿足三角測量法要求。
[0017]步驟二、Ny為激光光斑縱向像素坐標(biāo)，Nx為激光光斑橫向像素坐標(biāo)，Y0為CXD中心點的縱向像素坐標(biāo)，X0為c⑶中心點的橫向像素坐標(biāo)，iQ為CXD像素大??；記錄Ny、Nx、Y。、X0> io各自的數(shù)據(jù)；
[0018]h為激光光斑在CXD上的像距離圖像中心的縱向距離，H為激光光斑在CXD上的像距離圖像中心的橫向距離，按照如下公式:
[0019]h= (Ny-Y0) X i0 ；H= (Nx-X0) X i0 ；
[0020]分別計算出h和H的數(shù)值。
[0021]步驟三、通過標(biāo)定和計算，得出相機(jī)參數(shù)和激光入射角度，相機(jī)參數(shù)包括焦距和物距，激光入射角度是指入射光線和光軸之間的夾角。R為基準(zhǔn)面與工件軸線之間的距離，f為焦距，PA為物距，α為激光入射角；分別記錄R、f、PA、α的數(shù)值；
[0022]利用三角形各邊的比例關(guān)系，按下列公式:
【權(quán)利要求】
1.一種測量外星輪花鍵尺寸的裝置，其特征在于:基于三角測量法制成，包括激光器、相機(jī)、鏡頭和用于固定被測工件的機(jī)械結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種測量外星輪花鍵尺寸的裝置，其特征在于:所述激光器選用20mW條形激光器。
3.如權(quán)利要求1所述的一種測量外星輪花鍵尺寸的裝置，其特征在于:所述相機(jī)選用500萬像素CXD相機(jī)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種測量外星輪花鍵尺寸的裝置，其特征在于:所述鏡頭選用50mm定焦鏡頭。
5.如權(quán)利要求1所述的一種測量外星輪花鍵尺寸的裝置，其特征在于:所述用于固定被測工件的機(jī)械結(jié)構(gòu)，包括底部的轉(zhuǎn)盤和頂部的頂針，所述轉(zhuǎn)盤由伺服電機(jī)帶動。
6.一種測量外星輪花鍵尺寸的方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟一、按三角測量法要求，校準(zhǔn)測量裝置； 步驟二、打開激光器，記錄激光光斑像素坐標(biāo)和CXD中心點像素坐標(biāo)，計算出激光光斑離CXD中心點的縱向和橫向距離； 步驟三、記錄基準(zhǔn)面與工件軸線之間的距離、焦距、物距和激光入射角，利用三角形各邊的比例關(guān)系，計算花鍵表面激光輪廓點距離其所在花鍵橫截面中心的距離； 步驟四、被測工件繞軸線轉(zhuǎn)動一圈，并依次測量和計算，最后獲得同一橫截面花鍵的齒形數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求6所述的一種測量外星輪花鍵尺寸的方法，其特征在于，步驟一的具體操作流程是: 激光呈固定角度照射在工件表面，通過校準(zhǔn)，使得激光、相機(jī)和工件物理位置關(guān)系滿足三角測量法要求。
8.如權(quán)利要求6所述的一種測量外星輪花鍵尺寸的方法，其特征在于，步驟二的具體操作流程是: Ny為激光光斑縱向像素坐標(biāo)，Nx為激光光斑橫向像素坐標(biāo)，Y0為CXD中心點的縱向像素坐標(biāo)，X0為CCD中心點的橫向像素坐標(biāo)，i0為CCD像素大小；記錄Ny、Nx、YQ、XQ、iQ各自的數(shù)據(jù)； h為激光光斑在CXD上的像距離圖像中心的縱向距離，H為激光光斑在CXD上的像距離圖像中心的橫向距離，按照如下公式:h= (Ny-Y0) Xi0 ；H= (Nx-X0) Xi0 ； 分別計算出h和H的數(shù)值。
9.如權(quán)利要求6所述的一種測量外星輪花鍵尺寸的方法，其特征在于，步驟三的具體操作流程是: R為基準(zhǔn)面與工件軸線之間的距離，f為焦距，PA為物距，α為激光入射角；分別記錄R、f、PA、α的數(shù)值； 利用三角形各邊的比例關(guān)系，按下列公式:
10.如權(quán)利要求6所述的一種測量外星輪花鍵尺寸的方法，其特征在于，步驟四的具體操作流程是: 每次拍攝獲取一個花鍵齒形上的條形激光輪廓，通過伺服電機(jī)帶動底部的轉(zhuǎn)盤使得被測工件繞軸線轉(zhuǎn)動，其中頂針隨著被測工件做同步轉(zhuǎn)動；根據(jù)花鍵的齒數(shù)，伺服電機(jī)帶動底部的轉(zhuǎn)盤做相應(yīng)次數(shù)的轉(zhuǎn)動，每一次轉(zhuǎn)動完成，根據(jù)CCD相機(jī)拍攝得到的激光輪廓圖像進(jìn)行反算，當(dāng)完成360°轉(zhuǎn)動后，可得到同一橫截面花鍵的齒形；同時，檢測數(shù)據(jù)通過工控機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，完成 數(shù)據(jù)采集和處理。
【文檔編號】G01B11/00GK103604389SQ201310566469
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月14日
【發(fā)明者】蔡艷, 孫大為, 朱俊杰, 吳毅雄, 葉連祥, 田華, 胡志云 申請人:上海交通大學(xué), 上海納鐵福傳動軸有限公司