一种曲轴曲拐偏心的视觉测量方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及工业零件检测领域，特别是一种曲轴曲拐偏心的视觉测量方法及装 置。
【背景技术】
[0002] 曲轴作为发动机的关键零件，两个轴颈高速旋转完成发动机的动力传送。其中曲 拐偏心是曲轴质量检测的一个重点方向，主要用来衡量曲轴动平衡的质量。
[0003] 加工现场对曲拐偏心的衡量参数，是以一个轴颈作为参考轴，另一个轴颈轴向相 对参考轴经过单位距离时在径向偏移的距离。曲拐偏心参数直接影响曲轴装配过程和曲轴 工作质量，曲拐偏心数值较大，易导致曲轴在服役过程中动不平衡、快速疲劳破损等问题， 增大维护费用和提高事故风险。对曲轴曲拐偏心的精密测量，可以有效的保证曲轴组装过 程和曲轴在服役期的运动稳定性。
[0004] 曲轴零件应用广、数量多，曲拐偏心数值小、精度要求高，决定了其测量的必要性 和高难度性。传统的曲拐偏心质量测量主要采用接触式三坐标测量机或专用测量设备（如 曲拐偏心测定仪）完成，其测量步骤复杂、测量过程耗时长、测量效率低，且接触测量方式 易导致曲轴零件的表面损伤，导致不合格曲轴产品。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有技术的不足，本发明采用非接触式的视觉测量技术，提供了一种快 速、精确的曲轴曲拐偏心的视觉测量方法及装置，，很好的解决了现有技术存在的问题。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种曲轴曲拐偏心的视觉测量方 法，包括按顺序进行的如下步骤：
[0007] 步骤[1]制作标准轴，标定摄像机参数：
[0008] I. 1在直径为16mm的圆轴上分别沿90度正交方向交错开出5mmX 5mm的两组方形 孔；
[0009] 1. 2将标准轴上摄像机正面所对的半轴部分铣去，使标定所用的角点特征位于标 定轴的中心轴面上；
[0010] 1. 3在标定轴一端设计重心调节质量块，使得标定轴在其作用下两组方形孔端面 的方向分别为水平和竖直，与相对应摄像机的光轴保持垂直，以保证两个正交方向图像的 准确性。
[0011] 1. 4轴向平移或旋转标准轴，共获取水平和垂直方向上的五组带有特征角点的标 定图像，并进行角点检测，提取检测到特征角点的图像坐标值（Clx，Cly)、（C2x，C 2y);
[0012] I. 5由公式（1)分别计算五组图像坐标之于零件尺寸的像素当量因子：
[0013]
[0014](其中/ = 5,5·^,表示标定方格上两点的距离）
[0015] 1. 6去掉五组数据的最大值和最小值，求取剩下值的平均值作为最佳的像素当量 因子，完成水平及垂直方向两个摄像机的参数标定。
[0016] 步骤[2]曲轴零件图像获取：调整好曲轴零件的角度，保持曲轴零件位置不变，分 别按顺序获取同一位姿水平和垂直方向上的曲轴零件轮廓图像，拍摄同一曲轴零件不同角 度位姿的图像共十组。
[0017] 步骤[3]曲轴零件图像轴线特征分析提取：
[0018] 3. 1对获取的曲轴零件图像进行边缘特征去噪拟合；
[0019] 3. 2曲轴零件图像轴向方向上的四条直线检测和提取：对边缘去噪拟合后的零件 图像采用传统直线检测方式提取直线，在一幅图像上可获得直线特征共6条，分别是四条 轴颈轮廓直线和两个轴肩端面在图像上呈现的直线两条；
[0020] 3. 3曲轴零件图像中的两个轴线拟合提取：对所述单一轴颈上的两条轮廓直线特 征，采用如下算法进行轴线拟合并提取：
[0021] (1)分别计算两条轴向轮廓直线在图像坐标系内的直线表示方程；
[0022] (2)由于直线特征检测误差的存在，在图像坐标精度内，同一轴颈上的两条直线轮 廓可能不会精确平行，故采用如下的拟合算法完成轴线提取：
[0023] a、从轴颈对应轴肩端面的外法向方向开始，沿轴向以固定像素个数为步值做虚拟 径向直线多条，所作直线将两条轴向轮廓直线分割成一系列成对的像素点，为适应不同分 辨率摄像机的轴心直线拟合，提出一个由摄像机分辨率决定直线拟合步值和虚拟直线数目 的数学公式（2):
[0024]
[0025] 其中Step表示单步像素值，Nums_L表示所作虚拟直线总数，L为曲轴两个轴颈中 相对较长的一个，K为像素当量因子。
[0026] b、分别计算求取单对像素点连接线段的中点坐标；
[0027] c、采用最小二乘回归方法将所得中点像素点集拟合，得到单一轴颈的轴线。
[0028] (3)重复上述步骤完成曲轴两个轴颈的轴线信息提取。
[0029] 步骤[4]曲轴曲拐偏心参数计算：
[0030] 4. 1单幅图像上曲轴曲拐偏心参数计算：由图像坐标系内两条轴颈轴线信息可 知，若两条直线方程斜率相同，即两轴线平行，那么曲拐偏心为零；若两轴线不平行，可知在 图像坐标系内两直线必相交，由推导式（1)获取在图像坐标系内两条类水平直线的偏心参 数求解值：
[0031]
[0032] 其中两个直线方程来自图像坐标系的曲轴直线信息，Θ m代表两条直线夹角，e 5和 em分别是图像坐标系和世界坐标系下（单方向）的曲轴曲拐偏心测量值。
[0033] 4.2曲轴曲拐偏心参数的矢量合成：通过两幅正交曲轴图像计算的曲拐偏心，对 曲轴同一位姿的一组曲拐偏心参数ei、e2进行空间坐标的矢量合成，由推导式（2)得到曲轴 实际的曲拐偏心值e :
[0034]
[0035] I1为曲轴轴线在xoy面投影所得，12为曲轴轴线在X〇Z面投影所得，则投影轴线的 空间矢量合成表示为7,设ζ为一条沿空间X轴正向且长度为L的参考直线（因为/1、€ 由曲拐偏心参数合成所得，所以此处设置参考直线ζ即可），所得Θ即为两轴颈轴心直线 夹角，将曲拐偏心值e表示为L:e，即在曲轴上一个轴颈相对另一轴颈经过长度为L时的曲 拐偏心值。
[0036] 步骤[5]重复步骤[3]和步骤[4]，完成十组不同曲轴位姿图像的曲拐偏心参数求 取，去除十个静态数据中的最大值和最小值，取剩余数据的平均值作为最终的曲拐偏心值。
[0037] 优选的，步骤3. 1中曲轴零件图像边缘特征去噪拟合步骤为：
[0038] (1)将曲轴零件图像中包含实体特征的最小区域作为后续处理区域；
[0039] (2)在时域内对所述后续处理区域进行轮廓像素阈值去噪，具体做法为：采用传 统边缘提取方式将曲轴零件边缘提取出来，设置最小包含像素阈值，遍历图像中所有边缘 特征，将遍历到的边缘内像素数量低于设置像素阈值的作为噪点处理，转为非实体像素格 式；
[0040] (3)拟合检测到的边缘特征：对凹凸缺陷部位的特征作为畸变噪点，通过最短直 线连接拟合；对未封闭的边缘轮廓，也采用最短直线连接拟合；
[0041] (4)将曲轴零件图像拟合后的边缘轮廓像素做标识显示处理，其余图像像素转为 无关像素格式，完成边缘特征拟合。
[0042] 为便于上述测量方法更快捷、有效的完成，本发明还提供一种曲轴曲拐偏心的视 觉测量装置，包括铝型材组成的长方体状机架，机架底部设有底板，机架上侧面及右侧面分 别设置有固定在摄像机安装板上的垂直摄像机和水平摄像机，机架左侧面底部与水平摄像 机位置对应处设有垂直安装光源，底板上方与垂直摄像机位置对应处设有水平安装光源， 水平安装光源的前后两侧分别设置有外V型铁和高度可调的内V型铁，内V型铁外侧设有 挡板以限制曲轴零件的轴向运动，待测量曲轴零件可固定于外V型铁和内V型铁组成的支 架上。
[0043] 优选的，摄像机安装板设有滑轨，可通过滑轨调节摄像机的位置。
[0044] 本发明的积极效果：通过本发明方法步骤，可以完成对曲轴曲拐偏心参数的非接 触视觉测量，该方法成功解决了传统检测方式的不足，且具有如下优点：首先，对曲轴曲拐 偏心