专利名称：用于测量两个机械部件之间的共轴关系的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于测量两个设置在同一轴线上的机械部件之间的共轴关系的方法和设备。
背景技术：
在现有技术中，已知三维测量设备或圆度测量设备用于测量两个被布置为具有公共轴线的机械部件之间的共轴关系。
在这些现有的测量设备中，接触式测量装置在测量对象上移动，与测量对象相接触，以确定这些机械部件的结构并且最终测量这两个机械部件之间的共轴关系。
然而，上述使用接触式测量装置的现有设备的不利之处在于，在部件具有复杂构造的情况下，很难或者不可能确定部件的构造以及测量共轴关系。例如，在测量对象的部件具有长的圆柱形部分，并且直径较小的圆柱形内表面将被测量的情况下，就需要具有细长臂的测量装置。然而，当测量装置较长时，测量装置的刚性被降低，从而会降低测量的准确度。
发明内容
在考虑以上问题的基础上提出了本发明，本发明的目的是提供一种不使用接触式测量装置而对两个机械部件之间的共轴关系进行测量的测量方法和设备。
根据本发明的特征之一，测量对象的两个机械部件的形状在它们各自的轴向的两个端部处被照相机拍摄下来，以便获得形状的图像信息。然后，根据图像信息分别计算被检测到的形状的中心坐标，并且根据计算的中心坐标来计算两个机械部件的轴线的位置，最后将计算所得的轴线位置与在特定的测定区域中的另一个轴线的位置进行比较，以确定两个机械部件之间的共轴关系。
根据本发明的另一个特征，图像信息被照相机拍摄下来，其中焦距被固定，并且照相机沿着机械部件的轴向移动。根据照相机在移动方向上的移动距离计算在轴线中各个图像信息的坐标。
根据本发明的另一个特征，照相机从如下位置拍摄图像信息，在该位置处，照相机能拍摄到机械部件的两个轴向端部处的形状。
根据本发明的另一个特征，在一个测量点处的形状的图像信息被拍摄一次以上，形状的坐标以这多个图像信息的平均量被测量。
根据本发明的另一个特征，对于两个机械部件的轴线的位置，一个轴线延伸以便两个轴线的位置能在相同的测定区域中被比较，其中所述测定区域沿所述轴线方向具有一定的距离。
附图简述通过以下参考附图的详细描述，本发明的以上和其他目的、特征和优点将变得更清楚。在附图中
图1是根据本发明实施例的共轴关系测量设备的简要视图；图2是作为本发明实施例中的测量对象的喷射器50的简要剖视图；图3A示出了测量设备和喷射器的相关部分的简要视图；图3B是用于解释计算共轴关系的过程的图像视图；图4示出了计算共轴关系的过程的流程图；以及图5是解释用于根据图像信息来测量中心的过程的图。
具体实施例方式
下面将参考实施例描述本发明。
图1是根据本发明实施例的共轴关系测量设备的简要视图，图2是其共轴关系将被测量的喷射器50的简要剖视图。
如图2所示，喷射器50包括外喷嘴51和内喷嘴52，其中喷射器50设置在被称为喷射器循环的制冷循环中。内喷嘴52将从热交换器(蒸发器)排出的高压制冷剂的压力能转化成速度能，以便使制冷剂解压并膨胀。外喷嘴51包括流体混合部分，所述流体混合部分利用从内喷嘴喷出的高速流体流动抽吸在热交换器处被蒸发的气相制冷剂，并且使从内喷嘴52喷出的制冷剂和从蒸发器抽吸的制冷剂混合。外喷嘴52还包括扩散部分，该扩散部分将速度能转化成压力能，以增加制冷剂的压力。
在该实施例的喷射器50中，外喷嘴51具有细孔，该细孔的最小内径为2.7mm，长度为250mm，而内喷嘴52也具有细孔，该细孔的最小内径为0.9mm，长度为100mm。已知外喷嘴51的圆柱形内表面L的轴线与内喷嘴52的圆柱形内表面S的轴线之间的共轴关系与制冷能力密切相关。
用于测量上述外和内喷嘴之间的共轴关系的测量设备包括照相机1，如图1所示，所述照相机1被设置在工作台30上的滑动装置4承载。滑动装置4包括滑动基座41，所述滑动基座41带有在工作台30上滑动的轨道；可在滑动基座41上移动并且沿着滑动基座41移动的滑动板42；以及伺服电机43，用于沿附图中的水平方向移动滑动板42，其中伺服电机43的驱动力通过螺杆轴44传递至滑动板42。
保持台10设置在工作台30上并且在滑动装置4的左手侧，用于保持喷射器50。当喷射器50被保持台10保持时，外喷嘴51和内喷嘴52的轴线与滑动装置4的滑动移动方向对齐。
透镜部分2设置在照相机1的朝向保持台10的一侧，照明装置5也为照相机1而设，以便在拍摄喷射器形状的图像时照亮喷射器50。另一个照明装置6设置在工作台30上，并且在喷射器50的相对侧，类似地，所述照明装置6在拍摄喷射器形状的图像时从照相机1的相对侧照亮喷射器50。
照相机1设置有计算装置3(在图1中未示出)，照相机1拍摄的图像信息被输入至计算装置3，该计算装置3根据该图像信息计算共轴关系。计算装置3将在监视装置20上显示所述计算结果。
下面将描述根据以上测量设备来测量喷射器50的共轴关系的过程。
图3A简要地示出了作为测量对象的喷射器50和测量设备的相关部分，例如照相机1；图3B是用于解释计算共轴关系的过程的图像视图；图4是示出了计算共轴关系的过程的流程图。
如图3A所示，在该实施例中将被测量的共轴关系是外喷嘴51的内表面L(第一机械部件)的轴线La(第一轴线)与内喷嘴52的内表面S(第二机械部件)的轴线Sa(第二轴线)之间的共轴关系。在该实施例中的目标共轴关系是在图3B的与内表面S的长度对应的测量区域B中小于Φ0.1。
如图4所示，通过移动照相机1在四个不同的点处拍摄喷射器形状的图像信息。更确切地说，在轴线Sa与轴线La的共轴关系被测量的情况下，外喷嘴51的内表面L的两个轴向端部的图像信息以及内喷嘴52的内表面S的两个轴向端部的图像信息被照相机1拍摄，并且这四个图像信息被输入计算装置3中(步骤101)。即，这些轴向端部Cp、Dp、Ep和Fp的形状的图像信息被拍摄，如图3B所示。
当这四个图像信息Cp、Dp、Ep和Fp被拍摄时，滑动装置4沿着图3A中的水平方向移动照相机1，在此期间照相机1的焦距被固定。在该过程中，如果照相机1沿垂直于移动方向的方向偏离(照相机位置的波动)时，被输入的图像信息Cp、Dp、Ep和Fp的位置相应地发生波动。由此，在本实施例中使用具有小偏差的滑动装置4(偏差小于3μm)，以便抑制由于照相机1的移动可能引起的输入图像信息的波动。
照明装置5和6被点亮，以获得明亮的图像信息。在该实施例中，在附图的右手侧的一个位置处由照相机1拍摄四个图像信息，其中在所述的位置处照相机1能拍摄外和内喷嘴51和52的各个内表面L和S的两个轴向端部的形状。由此，一个照相机1就能容易地拍摄四个图像信息Cp、Dp、Ep和Fp。
当以上四个图像信息被输入计算装置3中时，各个图像信息的中心坐标，即中心C、D、E和F(如图3B所示)将被计算(步骤102)。在该步骤中，通过对在步骤101中被输入计算装置3的图像信息的边界的图像数据处理来计算中心。
例如，如图5所示，在图像信息Fp中，区域J具有比区域K亮的图像，因为在图像信息Fp被拍摄时照明装置6被点亮。检测区域设置在内环点画线Js与外环点画线Ks之间，其中这样的点将被检测即在所述点处，亮度沿径向的变化最大(对比度最大)，并且将沿着圆周方向计算这样的点。这样，图像信息Fp的圆形边界被检测，从而能计算中心F。
当计算各个中心坐标C、D、E和F时，各个图像信息被拍摄几次(在该实施例中每个中心拍摄10次)，对应每个图像信息计算中心坐标，并且最终将这些计算出的中心坐标的平均值设置为中心C、D、E和F。这样，能够抑制由于图像信息的波动而引起的被检测中心坐标的波动。
由于照相机1的焦距固定，因此能够根据滑动装置4的滑动量计算各个中心C、D、E和F在轴向上的坐标(图3B的水平方向上的坐标)。
然后，根据中心C和D的坐标计算示出在图3B中的轴线La(步骤103)。同样地，根据中心E和F的坐标计算示出在图3B中的轴线Sa。当如上所述已经计算了中心E和F的坐标时，不一定总是需要在随后的步骤中进一步计算轴线Sa。
当在步骤103中计算轴线La时，它的线在测定区域B中延伸，如图3B中点线所示。交点G和H的坐标将被计算，其中交点G和H表示延长线(La)与位于测定区域B的两侧处且垂直于滑动装置4的移动(滑动)方向的平面相交的那些点(步骤104)。
中心坐标E与所计算的坐标G之间的距离，以及中心坐标F与所计算的坐标H之间的距离分别被计算。在测定区域B的两侧处的距离将被比较，并且比另一个距离大的距离值将被加至两倍。确定该两倍值是否在预定范围内，以检查产品的有关共轴关系方面的质量(步骤106)。在该实施例中，当上述被增加至两倍的值小于0.1mm时，确定外和内喷嘴51和52的内表面L和S处于良好的共轴关系。那些被增加至两倍的值以及测定结果被显示在监视装置20上。
在图4中，步骤101是拍摄在四个不同的测量点处的形状的步骤，包括第一拍摄步骤，用于在外喷嘴51轴向端部处拍摄外喷嘴51的内表面L的形状，以获得图像信息Cp和Dp；以及第二拍摄步骤，用于在内喷嘴52的轴向端部处拍摄内喷嘴52的内表面S的形状，以获得图像信息Ep和Fp。
步骤102是计算中心坐标的步骤，包括第一坐标计算步骤，用于根据图像信息Cp和Dp分别计算被检测到的形状的中心坐标C和D；以及第二坐标计算步骤，用于根据图像信息Ep和Fp分别计算被检测到的形状的中心坐标E和F。
步骤103是计算轴线的步骤，包括第一轴线计算步骤，用于根据计算出的中心坐标C和D计算第一轴线La的位置；以及第二轴线计算步骤，用于根据计算出的中心坐标E和F计算第二轴线Sa的位置。
步骤104、105和106组成用于确定第一和第二轴线La和Sa之间的共轴关系的步骤。
根据上述的方法和设备，外和内喷嘴51和52的内表面L和S的各个轴向端部的形状能被照相机1拍摄下来，并且能根据由照相机1所获得的图像信息(Cp、Dp、Ep和Fp)计算出轴线La和Sa。结果，能够测量和确定两个机械部件(内和外喷嘴)之间的共轴关系，而不用使用接触式测量装置。即使在喷嘴51和52的内表面L和S在纵长方向上较长，并且具有小内径时，也能通过图像数据处理精确地测量和计算共轴关系。(其他实施例)在以上实施例中，测量圆柱形内喷嘴52的内表面S(第二机械部件)的轴线Sa相对于圆柱形外喷嘴51的内表面L(第一机械部件)的轴线La(参考线)的共轴关系。然而，本发明的测量方法不限于这样的圆柱形机械部件。例如，也可以测量具有矩形内表面的部件的轴线之间的共轴关系。此外，内表面可以具有锥形表面。
另外，同样地，可以利用本发明的设备测量两个机械部件(或一个部件的两个机械部分)的外表面的轴线之间的共轴关系。
被测量的内表面和/或外表面不必是那些机械部件的完全连续的平直表面。相反，可测量纵长方向上的内和/或外表面的一部分以确定共轴关系。例如，在上述实施例中，如果需要测量内喷嘴52的内表面S的纵向部分的共轴关系，则能够测量所述纵向部分。测定区域B不一定总是表示机械部件的实际轴向端部。
在上述实施例中，两个轴线La和Sa被测量和计算，以确定它们是否在预定的共轴关系范围内。然而，本发明也可以用于测量和计算多于两个的轴线。
在上述实施例中，照相机1的焦距被固定，而照相机1被移动。然而，也可以通过这样的改造设备来测量和计算中心坐标，在所述改造设备中，照相机1被固定，而焦距根据图像信息被拍摄的点进行变化，以便能够根据焦距的变化来计算水平方向上的坐标。然而，与根据焦距变化来计算水平坐标的情况相比，在根据照相机的滑动距离来计算水平坐标的情况下，更容易获得计算中心坐标的精确度。
在上述实施例中，用一个照相机1拍摄图像信息，其中所述照相机位于这样的位置处，从该位置，照相机能看到将被拍摄的形状，即外和内喷嘴51和52的内表面L和S的两个端部。可在测量对象的两侧设置一对照相机，以从两侧拍摄各个图像信息。
在上述实施例中，通过检测图像的边界计算图像信息的中心。然而，可以根据图像信息的质心计算中心。在图像的形状是除圆形以外的其他形状的情况下，在计算图像信息的中心时，更优选所述的方法。
权利要求
1.一种方法，用于测量测量对象(50)的共轴关系，所述测量对象包括第一机械部件(L)，其具有第一轴线(La)作为参考线；以及第二机械部件(S)，其具有第二轴线(Sa)，其中相对于参考线(La)测量第二轴线(Sa)的共轴关系，其中，所述测量方法包括第一拍摄步骤(101)，用于拍摄第一机械部件(L)在沿第一轴线(La)移位的多个测量点处的形状，以获得在那些测量点处的形状的图像信息(Cp、Dp)；第一坐标计算步骤(102)，用于根据图像信息(Cp，Dp)分别计算检测到的形状的中心坐标(C，D)；第一轴线计算步骤(103)，用于根据计算出的中心坐标(C，D)计算第一轴线(La)的位置；第二拍摄步骤(101)，用于拍摄第二机械部件(S)在沿第二轴线(Sa)移位的多个测量点处的形状，以获得在那些测量点处的形状的图像信息(Ep、Fp)；第二坐标计算步骤(102)，用于根据图像信息(Ep，Fp)分别计算检测到的形状的中心坐标(E，F)；第二轴线计算步骤(103)，用于根据计算出的中心坐标(E，F)计算第二轴线(Sa)的位置；以及确定共轴关系的步骤(104、105、106)，在所述步骤中，通过比较测定区域(B)中的第一轴线(La)的计算位置与第二轴线(Sa)的计算位置来确定共轴关系。
2.根据权利要求1所述的用于测量共轴关系的方法，其中第一和第二机械部件(L、S)中至少一个部件由圆柱形内表面构成，以及轴线(La、Sa)中至少一个轴线是所述圆柱形内表面的轴线。
3.根据权利要求1所述的用于测量共轴关系的方法，其中由拍摄装置(1)拍摄图像信息(Cp、Dp、Ep和Fp)，其中焦距固定，而所述拍摄装置(1)沿大致等于或类似于第一轴线(La)的移动方向移动；以及根据拍摄装置(1)沿移动方向的移动距离，计算第一和第二轴线中各个图像信息的坐标。
4.根据权利要求1所述的用于测量共轴关系的方法，其中对应第一机械部件(L)的测量点是第一轴线(La)的两个轴向端部；以及对应第二机械部件(S)的测量点是第二轴线(Sa)的两个轴向端部。
5.根据权利要求4所述的用于测量共轴关系的方法，其中拍摄装置(1)拍摄图像信息(Cp和Dp)，其中所述拍摄装置(1)位于这样的位置从该位置处所述拍摄装置(1)能拍摄第一机械部件(L)在第一轴线(La)的两个轴向端部处的形状，以及拍摄装置(1)拍摄图像信息(Ep和Fp)，其中所述拍摄装置(1)位于这样的位置从该位置处所述拍摄装置(1)能拍摄第二机械部件(S)在第二轴线(Sa)的两个轴向端部处的形状。
6.根据权利要求4所述的用于测量共轴关系的方法，其中在第一和第二拍摄步骤(101)中，在对应第一和第二机械部件(L和S)的各个测量点处的形状的图像信息(Cp、Dp、Ep和Fp)被拍摄一次以上，在第一和第二坐标测量步骤(102)中，对应相同测量点处的多个图像信息中的每一个图像信息计算各个形状的中心坐标；以及在第一和第二轴线计算步骤(103)中，根据第一和第二坐标的平均值(C、D、E和F)分别计算第一和第二轴线(La、Sa)的位置。
7.一种设备，用于测量测量对象(50)的共轴关系，所述测量对象包括第一机械部件(L)，其具有第一轴线(La)作为参考线；以及第二机械部件(S)，其具有第二轴线(Sa)，其中相对于参考线(La)测量第二轴线(Sa)的共轴关系，其中，所述测量设备包括拍摄装置(1)，用于沿第一轴线(La)的方向拍摄第一机械部件(L)在沿第一轴线(La)移位的多个测量点处的形状，以获得在那些测量点处的形状的图像信息(Cp、Dp)，并且还用于沿第二轴线(Sa)的方向拍摄第二机械部件(S)在沿第二轴线(Sa)移位的多个测量点处的形状，以获得在那些测量点处的形状的图像信息(Ep、Fp)；以及计算装置(3)，用于根据图像信息(Cp、Dp、Ep和Fp)分别计算检测到的形状的中心坐标(C，D，E和F)，用于根据计算出的中心坐标(C，D，E和F)分别计算第一和第二轴线(La和Sa)的位置，以及通过比较在测定区域(B)中的第一轴线(La)的计算位置与第二轴线(Sa)的计算位置来确定共轴关系。
8.根据权利要求7所述的用于测量共轴关系的设备，其中第一和第二机械部件(L、S)中至少一个部件由圆柱形内表面构成，以及轴线(La、Sa)中至少一个轴线是所述圆柱形内表面的轴线。
9.根据权利要求7所述的用于测量共轴关系的设备，其中所述拍摄装置(1)的焦距被固定，而所述拍摄装置(1)沿大致等于或类似于第一轴线(La)的移动方向移动；以及根据拍摄装置(1)沿移动方向的移动距离，计算第一和第二轴线中各个图像信息的坐标。
10.根据权利要求7所述的用于测量共轴关系的设备，其中对应第一机械部件(L)的测量点是第一轴线(La)的两个轴向端部；以及对应第二机械部件(S)的测量点是第二轴线(Sa)的两个轴向端部。
11.根据权利要求10所述的用于测量共轴关系的设备，其中拍摄装置(1)拍摄图像信息(Cp和Dp)，其中所述拍摄装置(1)位于这样的位置从该位置处所述拍摄装置(1)能拍摄第一机械部件(L)在第一轴线(La)的两个轴向端部处的形状，以及拍摄装置(1)还拍摄图像信息(Ep和Fp)，其中所述拍摄装置(1)位于这样的位置从该位置处所述拍摄装置(1)能拍摄第二机械部件(S)在第二轴线(Sa)的两个轴向端部处的形状。
12.根据权利要求10所述的用于测量共轴关系的方法，其中在对应第一和第二机械部件(L和S)的各个测量点处的形状的图像信息(Cp、Dp、Ep和Fp)被拍摄一次以上，对应相同测量点处的多个图像信息中的每一个图像信息计算各个形状的中心坐标，并且最终将平均值(C，D，E和F)设定为各个形状的中心坐标，以及根据第一和第二坐标的平均值(C、D、E和F)分别计算第一和第二轴线(La、Sa)的位置。
全文摘要
一种测量方法，测量对象(50)的两个机械部件(L，S)的各个轴线两端的形状被照相机(1)拍摄，以便获得形状的图像信息(Cp，Dp，Ep和Fp)。然后，根据图像信息分别计算检测到的形状的中心坐标，并且根据计算出的中心坐标计算对应两个机械部件(L，S)的轴线(La，Sa)的位置，最后在特定检测区域中将一个轴线的计算位置与另一轴线的计算位置进行比较，以确定两个机械部件之间的共轴关系。
文档编号G06K9/00GK1595052SQ200410075138
公开日2005年3月16日 申请日期2004年9月3日 优先权日2003年9月10日
发明者水岛和典, 仲仪达也 申请人:株式会社电装