一种密封件直径参数测量装置和测量方法
【专利摘要】本发明提供一种密封件直径参数测量装置，其包括密封件直径参数测量台、处理计算机以及控制柜，其中所述密封件直径参数测量台安装在控制柜内部上侧，密封件直径参数测量台包括面阵相机、供应转接板、光学投影屏以及拨杆传输转台，面阵相机位于密封件直径参数测量台内部上侧并与处理计算机相连接，拨杆传输转台包括基板架、拨杆、转轴、电机、内嵌玻璃板、光电传感器以及电机驱动控制器。采用本发明的密封件直径参数测量装置，可以实现密封件的自动供给、定位和分类，准确计算出密封件的内外直径，操作灵活且简单，可给出可视化的处理结果。
【专利说明】一种密封件直径参数测量装置和测量方法
【技术领域】
[0001]本发明属于工业零件测试【技术领域】，具体涉及一种适于密封件直径参数自动测量装置及相关测量方法。
【背景技术】
[0002]密封件广泛应用于航空、航天、船舶、电力、石油、机械等行业，是解决这些行业跑、冒、滴、漏问题的关键零件。密封件的直径尺寸及其圆形度关系到有效的密封效果。
[0003]在密封件内外径尺寸检测中，大多数生产厂家采用尺寸量规、环规仪、锥棒和SM柔性尺等工具，利用目测进行直径尺寸测量。这些方法测量误差较大、一致性差、速度慢、检测周期长，缺陷产品的统计不及时，质量反馈滞后，影响了密封件的生产和产品的使用。国内外的一些公司开发了自动化检测设备，但检测平面是运动的，存在震动，会引起测量误差。因此，开展密封件直径自动检测系统研究，提高密封件的尺寸测量精度和测量一致性，对工农业生产与建设都具有现实的意义。
[0004]由于密封件线径为环形，只能放在平面上进行测量，对于线径不同的密封件，现有的开发设备需要重新对焦，做标定，不能适应线径尺寸多样化的测量。为了进一步提高密封件测量设备的适应性，发明一套利用面激光平行光源投影与面阵CCD采集测量的装置，不仅适应多尺寸的测量，而且测量精度高。
【发明内容】
[0005]为了解决上述技术问题，本发明提供一种密封件直径参数测量装置，其包括密封件直径参数测量台、处理计算机以及控制柜，其中所述密封件直径参数测量台安装在控制柜内部上侧，密封件直径参数测量台包括面阵相机、供应转接板、光学投影屏以及拨杆传输转台，其特征在于:面阵相机位于密封件直径参数测量台内部上侧并由支架支撑，其配置地用于采集密封件在光学投影屏上的成像，支架固定在密封件直径参数测量台的一侧内壁上，该面阵相机与处理计算机相连接，供应转接板固定在密封件直径参数测量台的另一侧内壁上并且倾斜放置，光学投影屏固定在密封件直径参数测量台的侧壁上并位于面阵相机的正下方，拨杆传输转台位于供应转接板和光学投影屏的下方。
[0006]优选的是,拨杆传输转台包括第一基板架、第二基板架、拨杆、转轴、固定圈、电机、内嵌玻璃板以及光电传感器，其中第一基板架、第二基板架、固定圈、拨杆通过转轴连接在一起，第一基板架为正方形且为环状，第二基板架为十字形，其内嵌在第一基板架之中且其各端均与第一基板架内环边缘固定连接，第一基板架的厚度大于第二基板架的厚度，内嵌玻璃板由三块长方形玻璃板拼接而成并置于第二基板架之上且内嵌卡在第一基板架之内，固定圈和拨杆位于内嵌玻璃板之上，每个拨杆的一端与转轴连接，另一端与固定圈相连接。
[0007]优选的是，每个拨杆包括直线段和折线段，其中折线段为V字型，密封件置于拨杆的V字型段的凹陷处，拨杆在第一基板架和上沿环形分布，相邻拨杆之间角度固定不变，此夕卜，转轴与电机连接，电机由电机驱动控制器控制转速，这样电机能够控制转轴带动拨杆旋转，从而拨杆能够带动并控制直径不同的密封件沿圆弧运动。
[0008]优选的是，拨杆传输转台还包括光电传感器，该光电传感器固定在基板架的一侧，并且位于拨杆的远端在旋转时形成的圆周上，该光电传感器用于当拨杆经过该光电传感器时产生光电脉冲。
[0009]优选的是，在第一基板架内并由第二基板架分割而成的区域分为密封件入口工位区域、密封件测量工位区域、不合格密封件剔除工位区域以及合格密封件收集工位区域，其中，内嵌玻璃板中的两块玻璃板覆盖密封件入口工位区域和密封件测量工位区域，内嵌玻璃板中的另一块玻璃板在不合格密封件剔除工位区域和合格密封件收集工位区域上往复运动，上述四个区域沿转轴逆时针顺序依次分布在第一基板架环状内的四个角落，上述顺序对应密封件在第一基板架内的运动顺序，其中在密封件测量工位区域上可放置标定网格板，在不合格密封件剔除工位区域的正下方设有不合格密封件收集箱，在合格密封件收集工位区域的正下方设有合格密封件收集箱。
[0010]优选的是，该密封件直径参数测量台还包括往复运动电机、往复运动电机控制器以及连杆，通过往复运动电机控制器控制往复运动电机，从而带动连杆移动内嵌玻璃板。
[0011]优选的是，密封件直径参数测量台还包括激光平行光管，其位于基板架的下方并且由光管支架支撑，该光管支架固定在密封件直径参数测量台的侧壁上，使得激光平行光管与光学投影屏相对，这样，位于内嵌玻璃板上密封件的影像能通过激光平行光管发射的平行光投影到光学投影屏上，面阵相机对在光学投影屏上的影像进行成像。
[0012]优选的是，在控制柜的外表面下侧的控制面板上设有总电源控制开关和总电源状态二极管、面阵相机控制开关和面阵相机状态显示二极管、激光平行光管控制开关和激光平行光管状态二极管、光电传感器控制开关和光电传感器状态二极管以及三档电机控制开关和三档电机状态二极管，其中，可以根据待测量密封件的尺寸范围选择不同档位的电机控制开关，其中，总电源状态二极管、面阵相机状态显示二极管、激光平行光管状态二极管、光电传感器状态二极管以及三档电机状态二极管分别用于显示总电源状态、面阵相机工作状态、激光平行光管工作状态、光电传感器工作状态和三档电机工作状态。
[0013]本发明还提供一种采用上述任一项技术方案中所述密封件直径参数测量装置的密封件直径参数测量方法，所述方法对密封件直径参数和圆形度进行测量，并根据测量结果判定是否为合格品，并最终进行筛选，具体步骤是:
[0014](I)将密封件直径参数测量装置中的控制柜放置于水平地面上；
[0015](2)调整密封件直径参数测量装置的控制柜底盘基座上的三个调整水平底脚，同时使基板架上两个方向的水平水泡处于水平状态；
[0016](3)对于密封件直径参数测量台中室温下的标定系数进行初始化，如果温度不能保证在室温，需要重新做标定；然后开启处理计算机，打开控制柜控制面板上的总电源控制开关，打开面阵相机控制开关，打开激光平行光管控制开关，打开光电传感器控制开关；在密封件测量工位区域上放置标定网格板，在处理计算机软件界面上点击标定即可重新标定含镜头畸变校正和物像关系的映射变换系数；
[0017](4)根据密封件测量范围，选择打开对应控制柜中电机驱动控制器的三档电机控制开关，从而选择不同的电机控制算法，待测量密封件通过在供应转接板上滑落被传输到基板架上的密封件入口工位区域上，随着转轴的旋转，密封件在被拨杆拨到测量工位区域的过程中，密封件后的拨杆会遮挡光电传感器并产生一个脉冲，这个脉冲会被忽略，当密封件刚被传输转台传输并定位到密封件测量工位区域时，电机控制转轴反转，密封件后的拨杆会再次遮挡光电传感器并产生一个脉冲，后一个脉冲将触发面阵相机开始采集图像，此时拨杆不会接触到密封件，密封件的影像通过激光平行光管发射的平行光投影到光学投影屏上，面阵相机对在光学投影屏上的影像进行成像并传给处理计算机进行处理，处理完后的数据结果进行显示；
[0018](5)面阵相机将形成的图像传输给处理计算机，处理计算机通过图像处理技术采集密封件(内外轮廓上的点坐标，接着根据标定得到的曲线系数进行映射变换，然后根据最小二乘拟合圆的算法，计算密封件的圆心及内外直径，同时根据各轮廓点到圆心的分布情况推算出密封件的圆形度；
[0019](6)处理计算机还对计算结果进行判定，如果密封件的直径参数不合格，会给往复运动电机一个启动脉冲，其会通过连杆带动不合格密封件剔除工位区域上的内嵌玻璃板做往复运动，从而使不合格密封件滑落到不合格密封件收集箱中，如果密封件是合格的，密封件会运动到合格工件收集工位区域，并自然掉滑落到下面的合格密封件收集箱中，最终完成筛选。
[0020]优选的是，在上述步骤(5)中计算密封件直径参数以及圆形度的具体方法如下:
[0021](I)采集获得网格标定板影像的角点坐标:(xel, yel), (xc2, yc2) > (xc3.yc3) >…、
(Xcn，Υcn);
[0022](2)按照χ和y的独立性，分别根据物面网格标定板角点的实际坐标，对网格标定板影像的角点坐标进行5次曲线映射，即可实现像面到物面的标定；通过标定的χ的5次曲线系数和I的5次曲线系数，即可将像面含畸变的角点坐标映射变换到不含畸变的物面坐标；
[0023](3)获得密封件内外环轮廓上的点坐标:(xnl, ynl), (xn2, yn2)、(xn3, yn3)、…、
(Χηη，Υηη) ; (Xwl，Ywi)，(Xw2，5^2)、(Xw3，5^3)、…、(Xwn，Ywn);
[0024](4)根据5次曲线模型，利用标定的系数对坐标点进行映射变换，获得物面实际坐标点:(x' nl.l' ni)，(X' n2.l' n2)、U' η3.l' η3) >...、U' m, l' J ',W wl.l' wi)，
(X' W2,y/ W2)、(X' W3.l' W3) > …、(X' wn.l' J;
[0025](5)根据圆的最小二乘拟合，利用映射变换点的坐标计算密封件物面实际内轮廓圆心坐标On (xn。，yno)和外轮廓圆心坐标Ow (xw。，ywo)，内直径D1^P外直径Dw，内轮廓和外轮廓圆形度；
[0026]定义:
[0027]
【权利要求】
1.一种密封件直径参数测量装置，其包括密封件直径参数测量台(I)、处理计算机(2)以及控制柜(3)，其中所述密封件直径参数测量台(I)安装在控制柜(3)内部上侧，密封件直径参数测量台(I)包括面阵相机(4)、供应转接板(13)、光学投影屏(6)以及拨杆传输转台，其特征在于:面阵相机(4)位于密封件直径参数测量台(I)内部上侧并由支架(5)支撑，其配置地用于采集密封件在光学投影屏上的成像，支架(5)固定在密封件直径参数测量台(I)的一侧内壁上，该面阵相机(4)与处理计算机(2)相连接，供应转接板(13)固定在密封件直径参数测量台(I)的另一侧内壁上并且倾斜放置，光学投影屏(6)固定在密封件直径参数测量台(I)的侧壁上并位于面阵相机(4)的正下方，拨杆传输转台位于供应转接板(13)和光学投影屏(6)的下方。
2.根据权利要求1所述的密封件直径参数测量装置，其特征在于:拨杆传输转台包括第一基板架(8)、第二基板架(39)、拨杆(7)、转轴(42)、固定圈(43)、电机(14)、内嵌玻璃板(38)以及光电传感器(18)，其中第一基板架(8)、第二基板架(39)、固定圈(43)、拨杆(7)通过转轴(42)连接在一起，第一基板架(8)为正方形且为环状，第二基板架(39)为十字形，其内嵌在第一基板架(8)之中且其各端均与第一基板架(8)内环边缘固定连接，第一基板架(8)的厚度大于第二基板架(39)的厚度，内嵌玻璃板(38)由三块长方形玻璃板拼接而成并置于第二基板架(39)之上且内嵌卡在第一基板架(8)之内，固定圈(43)和拨杆(7)位于内嵌玻璃板(38)之上，每个拨杆(7)的一端与转轴(42)连接，另一端与固定圈(43)相连接。
3.根据权利要求2所述的密封件直径参数测量装置，其特征在于:每个拨杆(7)包括直线段和折线段，其中折线段为V字型，密封件(20)置于拨杆(7)的V字型段的凹陷处，拨杆(7)在第一基板架(8)和(39)上沿环形分布，相邻拨杆(7)之间角度固定不变，此外，转轴(43)与电机(14)连接，电机(14)由电机驱动控制器(11)控制转速，这样电机(14)能够控制转轴(43)带动拨杆(7)旋转，从而拨杆(7)能够带动并控制直径不同的密封件(20)沿圆弧运动。
4.根据权利要求3所述的密封件直径参数测量装置，其特征在于:拨杆传输转台还包括光电传感器(18),该光电传感器(18)固定在基板架(8)和(39)的一侧，并且位于拨杆(7)的远端在旋转时形成的圆周上，该光电传感器(18)用于当拨杆(7)经过该光电传感器(18)时产生光电脉冲。
5.根据权利要求4所述的密封件直径参数测量装置，其特征在于:在第一基板架(8)内并由第二基板架(39)分割而成的区域分为密封件入口工位区域(19)、密封件测量工位区域(17)、不合格密封件剔除工位区域(22)以及合格密封件收集工位区域(21)，其中，内嵌玻璃板(38)中的两块玻璃板覆盖密封件入口工位区域(19)和密封件测量工位区域(17)，内嵌玻璃板(38)中的另一块玻璃板在不合格密封件剔除工位区域(22)和合格密封件收集工位区域(21)上往复运动，上述四个区域沿转轴逆时针顺序依次分布在第一基板架(8)环状内的四个角落，上述顺序对应密封件(20)在第一基板架(8)内的运动顺序，其中在密封件测量工位区域(17)上可放置标定网格板，在不合格密封件剔除工位区域(22)的正下方设有不合格密封件收集箱(15)，在合格密封件收集工位区域(21)的正下方设有合格密封件收集箱(16)。
6.根据权利要求5所述的密封件直径参数测量装置，其特征在于:该密封件直径参数测量台⑴还包括往复运动电机(23)、往复运动电机控制器(12)以及连杆(24、25)，通过往复运动电机控制器(12)控制往复运动电机(23)，从而带动连杆(24、25)移动内嵌玻璃板(38)。
7.根据权利要求6所述的密封件直径参数测量装置，其特征在于:密封件直径参数测量台(I)还包括激光平行光管(9)，其位于基板架(8)和(39)的下方并且由光管支架(10)支撑，该光管支架(10)固定在密封件直径参数测量台(I)的侧壁上，使得激光平行光管(9)与光学投影屏(6)相对，这样，位于内嵌玻璃板(38)上密封件(20)的影像能通过激光平行光管(9)发射的平行光投影到光学投影屏(6)上，面阵相机(4)对在光学投影屏(6)上的影像进行成像。
8.根据权利要求7所述的密封件直径参数测量装置，其特征在于:在控制柜(3)的外表面下侧的控制面板上设有总电源控制开关(26)和总电源状态二极管(27)、面阵相机控制开关(34)和面阵相机状态显示二极管(35)、激光平行光管控制开关(32)和激光平行光管状态二极管(33)、光电传感器控制开关(30)和光电传感器状态二极管(31)以及三档电机控制开关(36)和三档电机状态二极管(37)，其中，可以根据待测量密封件(20)的尺寸范围选择不同档位的电机控制开关，其中，总电源状态二极管(27)、面阵相机状态显示二极管(35)、激光平行光管状态二极管(33)、光电传感器状态二极管(31)以及三档电机状态二极管(37)分别用于显示总电源状态、面阵相机工作状态、激光平行光管工作状态、光电传感器工作状态和三档电机工作状态。
9.一种采用上述权利要求1-8中任一项所述密封件直径参数测量装置的密封件直径参数测量方法，所述方法对密封件直径参数和圆形度进行测量，并根据测量结果判定是否为合格品，并最终进行筛选，其特征在于:具体步骤是: (1)将密封件直径参数测量装置中的控制柜(3)放置于水平地面上； (2)调整密封件直径参数测量装置的控制柜(3)底盘基座上的三个调整水平底脚，同时使基板架(8)上两个方向的水平水泡处于水平状态； (3)对于密封件直径参数测量台(I)中室温下的标定系数进行初始化，如果温度不能保证在室温，需要重新做标定；然后开启处理计算机(2)，打开控制柜(3)控制面板上的总电源控制开关(26)，打开面阵相机控制开关(34)，打开激光平行光管控制开关(32)，打开光电传感器控制开关(30);在密封件测量工位区域(17)上放置标定网格板，在处理计算机(2)软件界面上点击标定即可重新标定含镜头畸变校正和物像关系的映射变换系数； (4)根据密封件测量范围，选择打开对应控制柜(3)中电机驱动控制器(11)的三档电机控制开关(36)，从而选择不同的电机控制算法，待测量密封件(20)通过在供应转接板(13)上滑落被传输到基板架(8)上的密封件入口工位区域(19)上，随着转轴的旋转，密封件(20)在被拨杆(7)拨到测量工位区域(17)的过程中，密封件(20)后的拨杆(7)会遮挡光电传感器(18)并产生一个脉冲，这个脉冲会被忽略，当密封件(20)刚被传输转台传输并定位到密封件测量工位区域(17)时，电机(14)控制转轴反转，密封件(20)后的拨杆(7)会再次遮挡光电传感器(18)并产生一个脉冲，后一个脉冲将触发面阵相机(4)开始采集图像，此时拨杆(7)不会接触到密封件(20)，密封件(20)的影像通过激光平行光管(9)发射的平行光投影到光学投影屏(6)上，面阵相机(4)对在光学投影屏(6)上的影像进行成像并传给处理计算机(2)进行处理，处理完后的数据结果进行显示；(5)面阵相机(4)将形成的图像传输给处理计算机(2)，处理计算机(2)通过图像处理技术采集密封件(20)内外轮廓上的点坐标，接着根据标定得到的曲线系数进行映射变换，然后根据最小二乘拟合圆的算法，计算密封件的圆心及内外直径，同时根据各轮廓点到圆心的分布情况推算出密封件的圆形度； (6)处理计算机(2)还对计算结果进行判定，如果密封件(20)的直径参数不合格，会给往复运动电机(23) —个启动脉冲，其会通过连杆(24、25)带动不合格密封件剔除工位区域(22)上的内嵌玻璃板(38)做往复运动，从而使不合格密封件(20)滑落到不合格密封件收集箱(15)中，如果密封件是合格的，密封件会运动到合格工件收集工位区域(21)，并自然掉滑落到下面的合格密封件收集箱(16)中，最终完成筛选。
10.根据权利要求9所述的密封件直径参数测量方法，其特征在于:在上述步骤(5)中计算密封件直径参数 及圆形度的具体方法如下:
(1)采集获得网格标定板影像的角点坐标:(Xel,yci)，(xc2, yc2)、(xc3.yc3)、…、(xcn.yJ ； (2)按照X和y的独立性，分别根据物面网格标定板角点的实际坐标，对网格标定板影像的角点坐标进行5次曲线映射，即可实现像面到物面的标定；通过标定的X的5次曲线系数和I的5次曲线系数，即可将像面含畸变的角点坐标映射变换到不含畸变的物面坐标； (3)获得密封件内外环轮廓上的点坐标:(xnl,ynl), (xn2，yn2)、(χη3，yn3)、…、(xm, ym)；(Xwl，ywi)，(xw2) yw2)、(Xw3，yw3)、…、(Xwn，Ywn); (4)根据5次曲线模型，利用标定的系数对坐标点进行映射变换，获得物面实际坐标点:(X' nl，y' ni)，(X' n2，y' n2) >Y ' J、...、U ' nn, Y ； J ; U ' wl.Y ； J，(X' w2.Y1 W2)、(X' W3.Y1 W3) > …、(X' wn.l' wn)； (5)根据圆的最小二乘拟合，利用映射变换点的坐标计算密封件物面实际内轮廓圆心坐标On(xn。，yno)和外轮廓圆心坐标Ow (xw。，ywo)，内直径D1^P外直径Dw，内轮廓和外轮廓圆形度；
【文档编号】G01B11/08GK104019756SQ201410270613
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月17日 优先权日:2014年6月17日
【发明者】雷志勇, 高俊钗, 王泽民, 李翰山, 李静, 雷鸣 申请人:西安工业大学