[发明专利]基于坐标值的微小孔几何精度评定方法

摘要

本发明公开了一种基于坐标值的微小孔几何精度评定方法，用于解决现有微小孔几何精度评定方法复杂的技术问题。技术方案是基于表面轮廓仪扫描得到微孔上/下平面三维坐标I(X,Y,Z)，根据Z向坐标值剔除孔壁轮廓噪声点，提取微孔上/下二维平面点、根据X向坐标差提取孔周轮廓点，进而利用最小二乘法，最小区域圆法、锥度计算公式计算微小孔直径、圆度、锥度等几何特征。本发明直接利用微小孔三维坐标进行检测，测量结果准确，算法程序简单，减小了图像处理方法的算法复杂度，提高了微小孔几何精度测量效率与精度。

主权项

1.一种基于坐标值的微小孔几何精度评定方法，其特征在于包括以下步骤：(a)扫描获取微小孔上/下平面三维点坐标；利用表面轮廓仪扫描获得微小孔上/下平面三维坐标I(X,Y,Z)，将平面上点的三维坐标I(X,Y,Z)依次导出，存入矩阵坐标矩阵M_3×u中，其中u为坐标点个数；式中，x₁，x₂，…，x_u顺序按照微小孔平面扫描顺序从左到右，从上到下排列；(b)剔除孔壁轮廓噪声点，降为二维平面坐标；利用扫描点Z坐标值剔除孔壁轮廓噪点，求取平面点三维坐标I(X,Y,Z)中Z坐标的均值以Z坐标的均值为基准，上下取一邻域Δ，以三维坐标I(X,Y,Z)中Z坐标对三维平面点进行筛选，剔除三维平面点坐标I(X,Y,Z)中Z坐标在区间外的空间点:提取剩余点三维坐标值中X，Y方向坐标，存入坐标矩阵N_2×v，将上/下平面三维坐标降为二维平面坐标，其中v为剔除孔壁轮廓点后，剩余坐标点个数；(c)提取孔周轮廓点；根据相邻点X向坐标差x_i+1‑x_i为判据提取孔周轮廓点，按照步骤(a)所述坐标矩阵x₁，x₂，…，x_u顺序按照微小孔平面扫描顺序从左到右，从上到下排列，因此，若相邻点坐标差值x_i+1‑x_i小于扫描精度β，则说明点(x_i,y_i)为孔外平面上的点，则剔除点(x_i,y_i)，若相邻点坐标差值大于扫描精度β，说明两点为孔周轮廓点，则保留点(x_i,y_i)及点(x_i+1,y_i+1)：通过对所有二维平面坐标即坐标矩阵N_2×v中所有元素进行判别，提取得到孔周轮廓点N_2×w，其中w为孔周轮廓点个数；(d)微小孔直径计算；在获得微小孔孔周轮廓点坐标后，利用最小二乘法对微小孔直径进行拟合计算；设O(x₀，y₀)和D为最小二乘法拟合圆的圆心和直径，根据最小二乘原理，建立如下约束问题：利用Matlab工具框对该约束问题进行求解，得到微小孔出/入口最小二乘直径D；(e)微小孔圆度计算；利用最小区域原则评定微小孔圆度误差：用两同心圆包容所有孔周轮廓点，两同心圆之间半径差最小值定义为最小区域圆度误差；其中两个同心圆中一个为轮廓点的最大内接圆maxφ_内接圆，一个为轮廓点的最小外切圆minφ_外切圆，则圆度误差表示为：min F(r)＝min{max R_内接圆‑min R_外切圆}             (6)根据最小区域圆度误差定义，在Matlab中编程实现，获得微小孔的圆度误差；(f)微小孔锥度计算；圆孔锥度定义为气膜孔入口、气膜孔出口的直径差与气膜孔深度之比值，即：其中，tanγ为微孔锥度，D_入，D_出分别表示气膜孔入口，气膜孔出口的直径，h为气膜孔深度。