[发明专利]一种压缩弹簧几何参数在线测量方法

说明书

所属技术领域

本发明属于图像测试技术领域，涉及一种压缩弹簧几何参数评价方法。

背景技术

压缩弹簧是工业设备中最基础、最常用的部件。近年来，随着航空、航天、兵器、精密仪表、汽车工业、高速铁路等行业的迅速发展，对于弹簧的抗疲劳性，韧性，刚度等都有了更加严格的要求。现阶段我国自主生产的弹簧产品在质量控制方面还存在很多不足之处，还不能完全应用在我国高端弹簧应用行业。提高弹簧产品的质量和性能是提高我国弹簧行业的竞争力、促进产业升级的重要环节。

压缩弹簧的主要检测指标有抗疲劳性、韧性、刚度等，这些特性是由钢丝材料、外径、节距、长度、同心度、垂直度、弯曲度等很多方面决定的，材料确定以后，弹簧的几何尺寸在很大程度上决定了弹簧的性能；即使设计好的弹簧，机械加工会导致弹簧的外径、高度、垂直度、同心度等有或大或小的误差，这些参数会严重影响弹簧的使用性能。例如汽缸中的弹簧垂直度不符合要求，使用过程中就会和缸壁发生摩擦，可能会使弹簧在比较短的时间内就发生断裂，大大影响整台机器的使用寿命。

严格的质量要求使得传统检测方法无法满足快速批量生产的检测需要。而国内弹簧行业的几何尺寸的检测手段基本还主要采用卡尺、千分尺、塞规、投影仪、简单的二维图像检测手段等。高效非接触式视觉测量方法还主要基于二维图像测量方式，受测量方法能力的限制，每一种参数的测量均需要建立一套相关的实验系统，也就是说，如果需要实现多种参数的测量，那么就需要在生产线上建立不同的测量硬件系统。而如果能全方位获得弹簧每一个测量点的立体尺寸，获得和实物一模一样的三维数字化立体模型，就可实现一次测量获取全面的评价参数，因此，有必要开发一种基于压缩弹簧三维数字化技术的弹簧的全面检测解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种压缩弹簧几何参数在线自动测量方法。本发明基于三维测量系统实现压缩弹簧三维点云数据获取，通过自动分析三维数据实现综合多参数测量和计算，实现全面快速的质量评价。本发明采用如下的技术方案。

1.一种压缩弹簧几何参数在线测量方法，用于根据所采集的压缩弹簧三维点云数据得到圆柱型压缩弹簧的外径或圆锥型压缩弹簧的几何参数，包括下列步骤：

(1)遍历压缩弹簧三维点云数据，记录点云数据坐标z的最大值点(x₁，y₁，z₁)和最小值点(x₂，y₂，z₂)；

(2)假定平面方程cosα·x+cosβ·y+cosγ·z＝0，设α＝0；

(3)首先假设cosβ＝-|sinα|，依据公式求解cosγ，得到确定了参数的平面A；

(4)将弹簧完整三维点云数据投影至该平面A，得到一系列二维坐标点数组Array1；

(5)对数组Array1进行2D点最小凸包搜索，得到最小凸包轮廓线上的点序列数组Array2；

(6)根据数组Array2求得该最小凸包轮廓线的最小包容圆MEC，并求解圆形度C；

(7)对cosβ按步距s₁循环取值，并依次执行(3)-(6)步骤，直至cosβ＝|sinα|，记录每一步的圆形度C；

(8)对α按照步距s₂进行循环取值，并依次执行(3)-(7)步骤，直至α＝π，选择圆形度C最大时所对应的平面A作为最佳垂直平面，将其记作cosα₀·x+cosβ₀·y+cosγ₀·z＝0

(9)设圆形度C最大时对应的最小包容圆MEC的圆心坐标为(u₀，v₀)，以其半径R作为圆柱弹簧的外径或圆锥弹簧的最大外径；

(10)求解平行于最佳垂直平面且通过最大值点(x₁，y₁，z₁)和最小值点(x₂，y₂，z₂)的两个平面，分别记为：a₀x+b₀y+c₀z+d₁＝0和a₀x+b₀y+c₀z+d₂＝0；