[发明专利]一种曲轴曲拐偏心的视觉测量方法及装置

说明书

技术领域

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

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。

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。

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

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。

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：

步骤[1]制作标准轴，标定摄像机参数：

1.1在直径为16mm的圆轴上分别沿90度正交方向交错开出5mm×5mm的两组方形孔；

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；

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。

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(C_1x，C_1y)、(C_2x，C_2y)；

1.5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：

(其中l＝5或表示标定方格上两点的距离)

1.6去掉五组像素当量因子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。

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。

步骤[3]曲轴零件图像轴线特征分析提取：

3.1对获取的曲轴零件图像进行边缘特征去噪拟合；

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；

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：

(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；

(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：

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)：

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。

b、分别计算求取单对像素点连接线段的中点坐标；

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。

(3)重复上述步骤完成曲轴两个轴颈的轴线信息提取。

步骤[4]曲轴曲拐偏心参数计算：