一种测量外星轮花键尺寸的装置和方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于三角测量法的外星轮花键尺寸测量装置，包括激光器、相机、镜头和用于固定被测工件的机械结构。同时公开了一种测量外星轮花键尺寸的方法，该方法采用激光作为结构光，CCD相机拍摄获取花键轮廓，通过标定和图像处理计算获取花键尺寸，可实现非接触式测量外星轮花键的大径、小径、两针距和分度误差。本装置设计增强了花键轮廓图像的清晰度和对比度；固定外星轮的转盘和同步转动的顶针结构，具有较高的动态精度，减少了机械结构磨损带来的精度下降；本发明测量外星轮花键尺寸的最高重复精度可达到+0.01mm，并且具有良好的稳定性。
【专利说明】一种测量外星轮花键尺寸的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于三角测量法的非接触式测量方法及测量装置，尤其涉及一种外星轮花键尺寸专用的非接触式测量方法及测量装置，属于非接触式测量领域。
【背景技术】
[0002]外星轮作为汽车传动轴的主要零件，其花键的尺寸精度是重要的质量指标。传统测量花键尺寸的方法主要通过综合环规接触式测量，存在如下的问题:量规争议，用新量规和旧量规检验同一个工件的花键可能会出现不同的检验结论；检测效率低，难以满足快速、大批量生产的要求；误差较大，对量规的磨损会降低测量精度，由于采用人工测量，会造成一定程度的人为误差。经过相关调研，目前在国内外均尚未发现花键非接触式测量方法或系统的报道。
[0003]因此，本领域的技术人员致力于开发一种可用于外星轮花键测量的非接触式测量方法。
【发明内容】
[0004]有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种用于外星轮花键测量的非接触式测量方法。
[0005]为实现上述目的，本发明提供了一种测量外星轮花键尺寸的装置，基于三角测量法制成，包括激光器、相机、镜头和用于固定被测物的机械结构。
[0006]优选地，激光器选用20mW大发散角条形激光器。
[0007]优选地，相机选用500万像素CXD相机。
[0008]优选地，镜头选用50mm定焦镜头。
[0009]优选地，用于固定被测工件的机械结构，包括底部的转盘和顶部的顶针，顶针下压后，被测工件轴向固定。所述转盘由伺服电机带动。由伺服电机带动的转盘和同步转动的顶针结构，具有较高的动态精度，减少了机械结构磨损带来的精度下降。
[0010]本发明还提供了利用上述装置测量外星轮花键尺寸的方法，包括以下步骤:
[0011]步骤一、按三角测量法要求，校准测量装置。要求工件轴线垂直，激光结构光水平；镜头光心线与工件旋转轴共面；激光结构光在基准面上的直线在图像中心位置；激光结构光中心与镜头光心线共面。
[0012]步骤二、打开激光器，记录激光光斑像素坐标和CXD中心点像素坐标，计算出激光光斑离CXD中心点的纵向和横向距离；
[0013]步骤三、记录基准面与工件轴线之间的距离、镜头焦距、物距和激光入射角，利用三角形各边的比例关系，计算花键表面激光轮廓点距离其所在花键横截面中心的距离；
[0014]步骤四、工件绕轴线转动一圈，并依次测量和计算，最后获得同一横截面花键的齿形数据。
[0015]更详细的测量步骤如下:[0016]步骤一、激光呈固定角度照射在工件表面，通过校准，使得激光、相机和工件物理位置关系满足三角测量法要求。
[0017]步骤二、Ny为激光光斑纵向像素坐标，Nx为激光光斑横向像素坐标，Y0为CXD中心点的纵向像素坐标，X0为c⑶中心点的横向像素坐标，iQ为CXD像素大小；记录Ny、Nx、Y。、X0> io各自的数据；
[0018]h为激光光斑在CXD上的像距离图像中心的纵向距离，H为激光光斑在CXD上的像距离图像中心的横向距离，按照如下公式:
[0019]h= (Ny-Y0) X i0 ；H= (Nx-X0) X i0 ；
[0020]分别计算出h和H的数值。
[0021]步骤三、通过标定和计算，得出相机参数和激光入射角度，相机参数包括焦距和物距，激光入射角度是指入射光线和光轴之间的夹角。R为基准面与工件轴线之间的距离，f为焦距，PA为物距，α为激光入射角；分别记录R、f、PA、α的数值；
[0022]利用三角形各边的比例关系，按下列公式:
【权利要求】
1.一种测量外星轮花键尺寸的装置，其特征在于:基于三角测量法制成，包括激光器、相机、镜头和用于固定被测工件的机械结构。
2.如权利要求1所述的一种测量外星轮花键尺寸的装置，其特征在于:所述激光器选用20mW条形激光器。
3.如权利要求1所述的一种测量外星轮花键尺寸的装置，其特征在于:所述相机选用500万像素CXD相机。
4.如权利要求1所述的一种测量外星轮花键尺寸的装置，其特征在于:所述镜头选用50mm定焦镜头。
5.如权利要求1所述的一种测量外星轮花键尺寸的装置，其特征在于:所述用于固定被测工件的机械结构，包括底部的转盘和顶部的顶针，所述转盘由伺服电机带动。
6.一种测量外星轮花键尺寸的方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤一、按三角测量法要求，校准测量装置； 步骤二、打开激光器，记录激光光斑像素坐标和CXD中心点像素坐标，计算出激光光斑离CXD中心点的纵向和横向距离； 步骤三、记录基准面与工件轴线之间的距离、焦距、物距和激光入射角，利用三角形各边的比例关系，计算花键表面激光轮廓点距离其所在花键横截面中心的距离； 步骤四、被测工件绕轴线转动一圈，并依次测量和计算，最后获得同一横截面花键的齿形数据。
7.如权利要求6所述的一种测量外星轮花键尺寸的方法，其特征在于，步骤一的具体操作流程是: 激光呈固定角度照射在工件表面，通过校准，使得激光、相机和工件物理位置关系满足三角测量法要求。
8.如权利要求6所述的一种测量外星轮花键尺寸的方法，其特征在于，步骤二的具体操作流程是: Ny为激光光斑纵向像素坐标，Nx为激光光斑横向像素坐标，Y0为CXD中心点的纵向像素坐标，X0为CCD中心点的横向像素坐标，i0为CCD像素大小；记录Ny、Nx、YQ、XQ、iQ各自的数据； h为激光光斑在CXD上的像距离图像中心的纵向距离，H为激光光斑在CXD上的像距离图像中心的横向距离，按照如下公式:h= (Ny-Y0) Xi0 ；H= (Nx-X0) Xi0 ； 分别计算出h和H的数值。
9.如权利要求6所述的一种测量外星轮花键尺寸的方法，其特征在于，步骤三的具体操作流程是: R为基准面与工件轴线之间的距离，f为焦距，PA为物距，α为激光入射角；分别记录R、f、PA、α的数值； 利用三角形各边的比例关系，按下列公式:
10.如权利要求6所述的一种测量外星轮花键尺寸的方法，其特征在于，步骤四的具体操作流程是: 每次拍摄获取一个花键齿形上的条形激光轮廓，通过伺服电机带动底部的转盘使得被测工件绕轴线转动，其中顶针随着被测工件做同步转动；根据花键的齿数，伺服电机带动底部的转盘做相应次数的转动，每一次转动完成，根据CCD相机拍摄得到的激光轮廓图像进行反算，当完成360°转动后，可得到同一横截面花键的齿形；同时，检测数据通过工控机数据采集系统，完成 数据采集和处理。
【文档编号】G01B11/00GK103604389SQ201310566469
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月14日 优先权日:2013年11月14日
【发明者】蔡艳, 孙大为, 朱俊杰, 吴毅雄, 叶连祥, 田华, 胡志云 申请人:上海交通大学, 上海纳铁福传动轴有限公司