[发明专利]一种基于复合测头的锥孔锥角高精度检测方法

说明书

本发明“一种基于复合测头的锥孔锥角高精度检测方法”属于精密机械与仪器技术领域，涉及到激光测量、图像处理方面的相关理论与知识。以坐标测量机为测量平台，采用一种复合测头来实现对锥孔锥角的测量。该复合测头由一台工业CCD摄像机和一个激光位移传感器组成，二者安装在一个专用夹具上。首先，通过标定CCD摄像机像面中心与激光位移传感器测量零位之间的空间位置几何关系，建立起复合测头内部数据融合的数学模型，从而实现二者测量数据之间的有机融合。然后，通过规划合理的测量路径及测量过程，完成对锥孔锥角的高精度测量。该测量方法在测量效率方面也具有突出的优势，由于是直接在锥孔上测量，不存在间接测量误差，效率比较高。

技术领域

本发明“一种基于复合测头的锥孔锥角高精度检测方法”属于精密机械与仪器技术领域，涉及到激光测量、图像处理方面的相关理论与知识。

背景技术

锥孔在机械零件中十分常见，根据不同的加工精度要求，一般是在数控车床或数控磨床上加工完成。涉及到锥孔的配合有以下优点：(1)具有自动对心功能；(2)配合间隙(过盈量)可以方便地调整；(3)具有自锁功能，同时可以传递一定的扭矩。目前，常用的锥孔锥角测量方法有：(1)比较法，如量规法、涂色法。该类方法通常要求测量操作人员具有较丰富的经验，且只能实现定性检测，无法确切知道锥孔锥角的实际大小。(2)间接法，一般借助一些辅助设备或仪器，如：内径表、正弦规、表面轮廓仪、游标卡尺等，通过测量相关的其它几何参数，计算出锥孔锥角的大小。该类方法操作方便，但由于间接测量误差的引入，测量精度有限。(3)直接法，常用的测量仪器有工具显微镜、三坐标测量机等。该类方法所用设备造价较高，但具有很高的测量精度，也不存在间接测量误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于复合测头的锥孔锥角高精度检测方法，该方法属于一种直接测量方法，克服了比较法、间接法用于锥孔锥角测量的一些不足之处。为达上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种基于复合测头的锥孔锥角高精度检测方法，以坐标测量机为测量平台，采用一种复合测头来实现对锥孔锥角的测量。该复合测头由一台工业CCD摄像机和一个激光位移传感器组成，二者安装在一个专用夹具上。首先，通过标定CCD摄像机像面中心与激光位移传感器测量零位之间的空间位置几何关系，建立起复合测头内部数据融合的数学模型，从而实现二者测量数据之间的有机融合。然后，通过规划合理的测量路径及测量过程，完成对锥孔锥角的高精度测量。具体包括以下步骤：

(1)建立复合测头(工业CCD摄像机与激光位移传感器)的数据融合模型。通过测量同一实物基准(标准钢球)，标定出CCD摄像机像面中心与激光位移传感器测量零位之间的空间位置关系，从而建立起复合测头的数据融合模型。

(2)采用CCD摄像机对锥孔的大端圆(或者小端圆)进行测量，借助图像的边缘提取算法及圆的最小二乘拟合算法，得到大端圆(或者小端圆)的圆心坐标。

(3)驱动激光位移传感器定位于该圆心坐标处，按照设计好的测量路径在锥孔的锥面上测量位置相对称的两条母线，最小二乘法拟合得到它们的直线方程。

(4)根据直线的夹角公式即可求锥孔锥角的大小。

相对于现有技术，本发明测量方法的适用范围广，可实现对微型锥孔、大型锥孔的高精度检测，同时，该测量方法在测量效率方面也具有突出的优势，由于是直接在锥孔上测量，不存在间接测量误差，效率比较高。

附图说明

图1是本发明所采用的具体测量过程框图；

图2是复合测头的结构示意图；

图3是一个典型的带有锥孔零件的主视图；

图4是锥孔零件的俯视图；

图5是利用CCD测量锥孔的大端圆(或者小端圆)拟合得到的圆心位置；