[发明专利]用于微小孔对中的嵌套圆拟合方法及装置

说明书

一种用于微小孔对中的嵌套圆拟合方法及装置，方法包括：获取第一孔与第二孔初步对中后的初始图像，第一孔的直径小于所述第二孔的直径；对初始图像进行预处理以获得预处理图像，预处理图像包括与第一孔的外轮廓对应的第一圆、以及与第二孔对应的第二圆，第一圆与第二圆为嵌套圆；建立坐标系，利用最小二乘法拟合第一圆，以获取第一圆的圆心坐标；在坐标系中，通过以第一圆的圆心坐标为圆心作多个与第二圆相交的第四圆来获得约束直线，并根据约束直线与最小二乘法计算第二圆的圆心坐标；在坐标系中，计算第一圆与第二圆的圆心距，圆心距用于据以指导第一孔与所述第二孔对中。上述方法及装置即满足了实时性，又具有准确率高的优点。

技术领域

本发明涉及工业加工技术领域，尤其涉及一种用于微小孔对中的嵌套圆拟合方法及装置。

背景技术

随着制造业的迅速发展，具有微小尺寸的金属合金部件占有重要地位。其中，微小孔在合金部件上无处不在。对于合金部件的使用寿命及稳定性，微小孔的表面质量和形状精度有着至关重要的作用。

在微制造业中，汽车发动机针阀体喷油孔和航天发动机气膜冷却孔等的测量、加工及装配过程中，就需要具有特征尺寸为0.1～1mm微小孔的合金部件。微小孔二次加工的过程中，用于电解加工的侧壁绝缘中空电极进入电火花所加工的微小孔时，侧壁绝缘中空电极与微小孔是否对中，是影响微小孔加工质量的关键所在。

解决用于电解加工的侧壁绝缘中空柱状电极进入电火花所加工的微小孔后是否对中的问题，就是解决用于电解加工的侧壁绝缘中空柱状电极外轮廓与特征尺寸为0.1～1mm的微小孔组成的嵌套圆的两圆心是否重合的问题。因此，解决侧壁绝缘中空柱状电极外轮廓与微小孔组成的嵌套圆的两圆心是否重合的问题，便可使微小孔二次加工的过程中存在的对中问题得到解决。侧壁绝缘中空柱状电极外轮廓与微小孔组成的嵌套圆的两圆心是否重合的问题，对于微小孔的表面质量与尺寸精度，是一个关键的技术问题。

为解决中空柱状电极外轮廓与特征尺寸为0.1～1mm的微小孔组成的嵌套圆的两圆心是否重合的问题，可以采用接触式和非接触式对中。其中，接触式有千分表法、三点法和正交点电接触法等。非接触式有激光法和图像对中法等。千分表法是将千分表的支架固定在微小孔上，侧头置于中空电极外表面，转动微小孔并观察千分表的示值是否变化，该方法的缺点是触点受力变化会引起千分表支架位移，影响对中精度，且安装、观测操作不便，工作效率低。三点法是测量微小孔边缘任意三个点的位置来进行圆拟合；正交点电接触法是将微小孔与标准电极细棒正交布置，通过之间低电压感知的点接触方式来进行圆拟合。三点法和正交点电接触法在处理非标准的微小孔时，由于毛刺和畸变的影响，难以保证对中精度且电极刚度受限。激光法是分别在中空电极和微小孔上安装激光发射/接收器，经过处理计算出偏差然后修正，由于中空电极及微小孔尺寸微小，发射/接收器探头难以安装，该方法不适用于特征尺寸0.1～1mm微小孔对中。图像对中法是采集中空电极外轮廓与微小孔组成的嵌套圆图像，对图像进行边缘提取，使用图像边缘的数据进行圆拟合，根据两圆心的坐标位置就可以确定嵌套圆的两圆心是否重合，该方法具有速度快和非接触等优点，适用于中空电极与微小孔的对中。因此，寻找一种适用于中空电极外轮廓与微小孔组成的嵌套圆的圆拟合方法尤为关键。

目前普遍的圆拟合方法主要有传统最小二乘法、霍夫变换法、确定阈值及步长更新的圆拟合方法和区域约束最小二乘法等。在图像对中法中，实际提取的图像边缘是存在噪声的非标准嵌套圆。传统最小二乘法由于提取的特征点存在噪声，拟合结果可能远远偏离实际情况，造成准确率降低；霍夫变换法是一种标准圆检测算法，不适用于非标准嵌套圆。确定阈值及步长更新的圆拟合方法不能忽略嵌套圆中相邻圆的干扰。区域约束最小二乘法计算量大、耗时久、实时性较低。

综上所述，由于微小孔底部存有毛刺且孔的横截面是非标准圆，现有的对中方法及圆拟合方法难以在满足实时性的同时保证对中的准确率。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种具有较高准确率的用于微小孔对中的嵌套圆拟合方法及装置。