专利名称：锥度型面联接机构贴合率数字化检测系统及测量方法
技术领域：
本发明属于动力传输机械机构零件加工质量检测技术领域，具体涉及应用机器视觉技术对机械加工零件形貌特征进行数字化测量与评价的方法，特别是一种锥度型面联接机构贴合率数字化检测系统及测量方法。
背景技术：
采用型面联接机构进行机构间动力传输是一种重要的无键联接技术，由于联接面采用完整的圆锥度面或圆柱面，没有键槽等容易引起联接部应力集中的局部突变型面，可以实现大扭矩动力传输。型面联接机构由于具有过载自动脱落等特点，机构运行故障率相对较低，安全性能好，在轨道交通、航海等重载荷安全性能要求较高的领域获得了广泛的应用。贴合率是型面联接机构轴类零件与轴套类零件进行装配之前联接配合面面型检测的主要参数，用配合面贴合在一起的面积占配合面总面积的比值表示。为了确保型面联接机构动力传输的可靠性，一般要求轴类零件与轴套类零件的贴合率大于85%。现有的贴合率检测方法是标准锥面涂料检测方法。这种检测方法对轴类零件及轴套类零件的锥度型面分别进行检测，该方法需提供锥度面型精度高的标准轴及标准孔套。标准轴与标准孔套未压装之前的贴合率为100%。检测时采用的涂料之一是机油与红丹粉的混合物。当检测轴类零件时，将涂料均匀地涂在标准套的孔内锥面上，然后将其套在轴类零件上，进行充分研磨后，去除标准套，这时与标准套孔锥面贴合的轴锥面上会粘有涂料，没有贴合的区域没有涂料。通过人工目视观测判定待测轴锥面与标准套贴合面占整个锥面的百分比。这种检测方法由于只使用人工目视观测，检测具有一定的主观性，检测数据没有准确的量化评价结果，检测数据不能进行准确的记录存储与传输。从而在一定程度上影响了型面联接机构产品质量控制的自动化与信息共享水平。
发明内容
针对锥度型面联接工件贴合率数字化自动化检测需求及现有技术的缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种锥度型面联接机构贴合率数字化检测系统及测量方法。为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案:
一种锥度型面联接机构贴合率数字化检测系统，包括支撑架、计算机和成像组件，其特别之处在于:所述成像组件包括桶形壳体和锥台形壳体相接组成的外壳、数个LED光源单元和数个彩色相机机，所述锥台形壳体的内壁上设置有厚度较薄且对光具有漫反射特性的柔性材料，所述外壳通过导轨滑块机构可上下活动地设置于支撑架的侧面；数个彩色相机机沿同一圆周均布于桶形壳体内侧，数个LED光源单元均匀地分布在一个与锥台形壳体锥面同轴的锥面上，数个LED光源单元根据在空间的分布位置间隔抽取分为两组，每组分别与各自的光强控制单元联接；所述数个彩色相机和两个光强控制单元均与计算机连接。数个LED光源单元均由细条形支撑架和至少两个LED灯组成，细条形支架的方向与锥度面母线方向一致，两个LED灯通过细条形支撑架固定在锥台形壳体内侧，且与锥台形壳体距离相同。上述柔性材料是粒度较小的砂纸，表面粗糙的宣纸或表面较为均匀的薄毛毡纸。上述LED光源单元是六个，所述彩色相机是三个。所述的支撑架底部安装有滚轮。
一种使用上述检测系统实现锥度型面联接机构贴合率数字化的测量方法，其特征在于，该方法包括如下步骤:
步骤1、通过设置光源模块光强调整参数和彩色相机的亮度、增益等参数使相机获得高对比度且亮度饱合区域小的图像，通过设置彩色相机Gamma校正参数使相机对涂料反射光线的光谱响应效果达到最佳，提高与带涂料标准锥面研磨后的待测轴表面涂料层在相机成像系统中显影效果，使涂料在相机系统中形成的彩色图像达到可识别的要求；
步骤2、应用表面带有黑白相间的棋盘图案的标准六面体靶标完成对三个彩色相机的标定，解算出各相机系统的内外参数，并统一各相机标定的世界坐标系。步骤3、移动成像组件在支撑架上的高低位置，将待测轴类工件从测量组件中外壳端口插入，使待测轴类工件的锥度联接部在系统完成标定的测量区域定位。步骤4、通过两个光强控制单元先后打开两组LED光源单元，通过相机采集锥度型面先后分别得到两组，共6幅图像。步骤5、将彩色图像由RGB模型转化到色相、饱合度及亮度模型下，通过对色相分量进行滤波处理，在彩色图像中识别出锥度型面粘贴有涂料的区域。步骤6、应用系统标定参数，将6幅只含有彩色涂料区域的图像解算成锥度型面的三维面型，再通过选定的坐标系将6组三维锥面数据展开成一个平面。步骤7、将6组展开成平面的测量数据进行拼接融合，获得待测轴与标准孔套配合时的贴合面积，将贴合面积与轴锥度面总面积之比，获得贴合率测量的量化结果。与现有技术相比，本发明的优点是:
本发明通过设计的光照系统-数个LED光源单元和彩色相机对不同光谱光束响应差异的特色，有效地提高光滑金属锥度柱面上粘涂料区域的显影效果，使成像系统获得高清晰度的彩色图像，然后应用三相机成像系统在不同光照条件下采集的多幅图像，解算出待测型面与标准型面的贴合面积和贴合率，实现了锥度型面轴类工件贴合率的量化测量结果。测量系统具有测量精度及自动化水平高，操作方便，可适用于轴类工件生产现场测量等特点。本发明利用贴合率量化测量过程中的粘合图像数据，可以实现锥度型面联接轴类工件与套类工件耦合件的有效配对，有效提高锥度联接工件的贴合率和装配质量，形成一种有效提升锥度型面联接装配工艺质量的技术方法。该方法可以实现涂料法锥度轴类工件贴合率测量结果的数字化，从而实现贴合率测量数据在工件加工质量控制系统中的信息共享，检测过程自动化程度更高，可以适用于锥度型面联接轴类零件贴合率的工业现场测量。
图1为本发明的系统结构示意图。其中的标号分别表不:1、彩色相机，2、LED光源单兀,3、外壳端口，4、待测轴类工件，5、待测轴类工件的锥度联接部，6、锥台形外壳，7、桶形壳体，8、计算机，9、支撑架。
具体实施例方式参见图1，待测轴类零件配合面光洁度高，在标准孔套内孔面上涂了 一层红丹粉与机油的混合涂料后，将其套在待测轴上进行充分研磨，使轴与套配合面充分接触，这时与标准套配合面接触的轴表面会粘有涂料，通过识别轴类零件配合面上粘有涂料的面积来计算贴合率。为了获得准确的测量结果，测量时涂料的厚度要小，从而使粘在待测轴配合面上的涂料无论是用目视系统还是用成像系统均不易观测识识别。下面将通过附图和实施例对本发明进行详细地描述。本发明可实现对光滑轴类零件配合面上涂料的显影，使涂料在成像系统中达到了可识别的程度。参见图1，本发明提供的一种锥度型面联接机构贴合率数字化检测系统，包括支撑架9、计算机8和成像组件,所述成像组件包括桶形壳体7和锥台形壳体6相接组成的外壳、数个LED光源单元2和数个彩色相机I。所述锥台形壳体6的内壁上设置有厚度较薄且对光具有漫反射特性的柔性材料，所述外壳通过导轨滑块机构可上下活动地设置于支撑架9的侧面；数个彩色相机机I沿同一圆周均布于桶形壳体7内侧，数个LED光源单元2均匀地分布在一个与锥台形壳体6锥面同轴的锥面上，数个LED光源单元2根据在空间的分布位置间隔抽取分为两组，每组分别与各自的光强控制单元联接；所述数个彩色相机I和两个光强控制单元均与计算机8连接。数个LED光源单元2均由细条形支撑架和至少两个LED灯组成，细条形支架的方向与锥度面母线方向一致，两个LED灯通过细条形支撑架固定在锥台形壳体6内侧，且与锥台形壳体6距离相同，LED灯发出的光直接照射到锥台形壳体6的内壁，对待测轴均匀照明；所述的支撑架9底部安装有滚轮。所说的柔性材料是粒度较小的砂纸，表面粗糙的宣纸或表面较为均匀的薄毛毡纸，也就是对光具有漫反射特性的材料；本实施例中选用表面粗糙的宣纸。本实施例中，LED光源单元2是六个，间隔抽取分为三个一组，共两组，所述彩色相机I是二个。一种使用上述检测系统实现锥度型面联接机构贴合率数字化的测量方法，该方法包括如下步骤:
步骤1、通过设置光源模块光强调整参数和彩色相机的亮度、增益等参数使相机获得高对比度且亮度饱合区域小的图像，通过设置彩色相机Gamma校正参数使相机对涂料反射光线的光谱响应效果达到最佳(即在相同光照条件下，相机采集的图像灰度值及色彩饱合度更高，但图像中色彩的色相不一定与反射光线的颜色相一致)，提高与带涂料标准锥面研磨后的待测轴表面涂料层在相机成像系统中显影效果，使涂料在相机系统中形成的彩色图像达到可识别的要求；
步骤2、应用表面带有黑白相间的棋盘图案的标准六面体靶标完成对三个彩色相机I的标定，解算出各相机系统的内外参数，并统一各相机标定的世界坐标系。步骤3、移动成像组件在支撑架9上的高低位置，将待测轴类工件4从测量组件中外壳端口 3插入，使待测轴类工件的锥度联接部5在系统完成标定的测量区域定位。步骤4、通过两个光强控制单元先后打开两组LED光源单元2，通过相机采集锥度型面先后分别得到两组，共6幅图像。步骤5、将彩色图像由RGB模型转化到色相、饱合度及亮度模型下，通过对色相分量进行滤波处理，在彩色图像中识别出锥度型面粘贴有涂料的区域。步骤6、应用系统标定参数，将6幅只含有彩色涂料区域的图像解算成锥度型面的三维面型，再通过选定的坐标系将6组三维锥面数据展开成一个平面。步骤7、将6组展开成平面的测量数据进行拼接融合，获得待测轴与标准孔套配合时的贴合面积，将贴合面积与轴锥度面总面积之比，获得贴合率测量的量化结果。上述测量过程中采用两种不同光照条件下采集数据的方法目的有两点:1)通过后续的数据拼接过程扩展单个相机的测量范转；2)通过后续的数据拼接过程消除单幅图像中出现的沿轴类零件表面轴向的图像灰度饱合带状区域。经过上述测量过程获得6幅彩色图像后，将每幅图像由RGB模型转化成色相、饱合度、亮度空间，根据涂料在图像中的色彩特征，对色相分量进行滤波，使色相分量只保留涂料图像的色相分量，然后再将滤波后的色相分量，饱合度及亮度分量转化到RGB模型空间，获得只包含有彩色涂料的图像。然后应用成像系统的标定参数，将经过识别的图像解算形成轴类零件配合面的三维形貌数据。选取轴类零件中心轴上一点将轴类零件配合面三维形貌数据展开成形成平面，对6组展开成平面的测量数据进行拼接融合，计算轴类零件配合面涂料区域的总面积，并与轴类零件配合面总面积之比,计算出帖合率。测量过程中获得的6幅涂料图像，经过识别解算展开拼接完成的轴类零件配合面涂料图像及最后的贴合率计算值均可作为系统贴合率测量的量化测量数据进行存储分析与传输。这些测量数据可以作为提高锥度联接工件的贴合率和装配质量，实现锥度型面联接轴类工件与套类工件耦合件的有效配对的依据。
权利要求
1.一种锥度型面联接机构贴合率数字化检测系统，包括支撑架(9)、计算机(8)和成像组件，其特征在于:所述成像组件包括桶形壳体(7)和锥台形壳体(6)相接组成的外壳、数个LED光源单元(2 )和数个彩色相机(I)，所述锥台形壳体(6 )的内壁上设置有厚度较薄且对光具有漫反射特性的柔性材料，所述外壳通过导轨滑块机构可上下活动地设置于支撑架(9)的侧面；数个彩色相机机(I)沿同一圆周均布于桶形壳体(7)内侧，数个LED光源单元(2)均匀地分布在一个与锥台形壳体(6)锥面同轴的锥面上，数个LED光源单元(2)根据在空间的分布位置间隔抽取分为两组，每组分别与各自的光强控制单元联接；所述数个彩色相机机(I)和两个光强控制单元均与计算机(8)连接。
2.根据权利要求1所述的锥度型面联接机构贴合率数字化检测系统，其特征在于:所述数个LED光源单元(2)均由细条形支撑架和至少两个LED灯组成，细条形支撑架的方向与锥度面母线方向一致，两个LED灯通过细条形支撑架固定在锥台形壳体(6)内侧，且与锥台形壳体(6)距离相同。
3.根据权利要求1或2所述的锥度型面联接机构贴合率数字化检测系统，其特征在于:所述的柔性材料是粒度较小的砂纸，表面粗糙的宣纸或表面较为均匀的薄毛毡纸。
4.根据权利要求3所述的锥度型面联接机构贴合率数字化检测系统，其特征在于:所述的LED光源单元(2)是六个，所述彩色相机(I)是三个。
5.根据权利要求4所述的锥度型面联接机构贴合率数字化检测系统，其特征在于:所述的支撑架9底部安装有滚轮。
6.根据权利要求1所述的锥度型面联接机构贴合率数字化检测系统的测量方法，其特征在于，该方法包括如下步骤: 步骤1、通过设置光源模块光强调整参数和彩色相机的亮度、增益等参数使相机获得高对比度且亮度饱合区域小的图像，通过设置彩色相机Gamma校正参数使相机对涂料反射光线的光谱响应效果达到最佳，提高与带涂料标准锥面研磨后的待测轴表面涂料层在相机成像系统中显影效果，使涂料在相机系统中形成的彩色图像达到可识别的要求； 步骤2、应用表面带有黑白相间的棋盘图案的标准六面体靶标完成对三个彩色相机I的标定，解算出各相机系统的内外参数，并统一各相机标定的世界坐标系； 步骤3、移动成像组件在支撑架(9)上的高低位置，将待测轴类工件(4)从测量组件中外壳端口(3)插入，使待测轴类工件的锥度联接部(5)在系统完成标定的测量区域定位；步骤4、通过两个光强控制单元先后打开两组LED光源单元(2)，通过相机采集锥度型面先后分别得到两组，共6幅图像； 步骤5、将彩色图像由RGB模型转化到色相、饱合度及亮度模型下，通过对色相分量进行滤波处理，在彩色图像中识别出锥度型面粘贴有涂料的区域； 步骤6、应用系统标定参数，将6幅只含有彩色涂料区域的图像解算成锥度型面的三维面型，再通过选定的坐标系将6组三维锥面数据展开成一个平面； 步骤7、将6组展开成平面的测量数据进行拼接融合，获得待测轴与标准孔套配合时的贴合面积，将贴合面积与轴锥度面总面积之比，获得贴合率测量的量化结果。
全文摘要
本发明涉及锥度型面联接机构贴合率数字化检测系统及测量方法。现有的贴合率检测方法对轴类零件及轴套类零件的锥度型面分别进行检测，这种检测方法由于只使用人工目视观测，检测数据没有准确的量化评价结果，影响型面联接机构产品质量控制的自动化与信息共享水平。锥度型面联接机构贴合率数字化检测系统及测量方法，包括支撑架、计算机和成像组件，成像组件包括桶形壳体和锥台形壳体相接组成的外壳、数个LED光源单元和数个彩色相机，所述锥台形壳体的内壁上设置有厚度较薄且对光具有漫反射特性的柔性材料。本发明有效提高锥度联接工件的贴合率和装配质量，形成一种有效提升锥度型面联接装配工艺质量的技术方法。
文档编号G01B11/28GK103196398SQ20131012840
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月15日 优先权日2013年4月15日
发明者张维光, 韩军, 于洵, 刘宝元, 路绍军 申请人:西安工业大学