一種曲軸曲拐偏心的視覺測(cè)量方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及工業(yè)零件檢測(cè)領(lǐng)域，特別是一種曲軸曲拐偏心的視覺測(cè)量方法及裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 曲軸作為發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零件，兩個(gè)軸頸高速旋轉(zhuǎn)完成發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳送。其中曲 拐偏心是曲軸質(zhì)量檢測(cè)的一個(gè)重點(diǎn)方向，主要用來衡量曲軸動(dòng)平衡的質(zhì)量。
[0003] 加工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)曲拐偏心的衡量參數(shù)，是以一個(gè)軸頸作為參考軸，另一個(gè)軸頸軸向相 對(duì)參考軸經(jīng)過單位距離時(shí)在徑向偏移的距離。曲拐偏心參數(shù)直接影響曲軸裝配過程和曲軸 工作質(zhì)量，曲拐偏心數(shù)值較大，易導(dǎo)致曲軸在服役過程中動(dòng)不平衡、快速疲勞破損等問題， 增大維護(hù)費(fèi)用和提高事故風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)曲軸曲拐偏心的精密測(cè)量，可以有效的保證曲軸組裝過 程和曲軸在服役期的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性。
[0004] 曲軸零件應(yīng)用廣、數(shù)量多，曲拐偏心數(shù)值小、精度要求高，決定了其測(cè)量的必要性 和高難度性。傳統(tǒng)的曲拐偏心質(zhì)量測(cè)量主要采用接觸式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)或?qū)Ｓ脺y(cè)量設(shè)備（如 曲拐偏心測(cè)定儀）完成，其測(cè)量步驟復(fù)雜、測(cè)量過程耗時(shí)長(zhǎng)、測(cè)量效率低，且接觸測(cè)量方式 易導(dǎo)致曲軸零件的表面損傷，導(dǎo)致不合格曲軸產(chǎn)品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明采用非接觸式的視覺測(cè)量技術(shù)，提供了一種快 速、精確的曲軸曲拐偏心的視覺測(cè)量方法及裝置，，很好的解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種曲軸曲拐偏心的視覺測(cè)量方 法，包括按順序進(jìn)行的如下步驟：
[0007] 步驟[1]制作標(biāo)準(zhǔn)軸，標(biāo)定攝像機(jī)參數(shù)：
[0008] I. 1在直徑為16mm的圓軸上分別沿90度正交方向交錯(cuò)開出5mmX 5mm的兩組方形 孔；
[0009] 1. 2將標(biāo)準(zhǔn)軸上攝像機(jī)正面所對(duì)的半軸部分銑去，使標(biāo)定所用的角點(diǎn)特征位于標(biāo) 定軸的中心軸面上；
[0010] 1. 3在標(biāo)定軸一端設(shè)計(jì)重心調(diào)節(jié)質(zhì)量塊，使得標(biāo)定軸在其作用下兩組方形孔端面 的方向分別為水平和豎直，與相對(duì)應(yīng)攝像機(jī)的光軸保持垂直，以保證兩個(gè)正交方向圖像的 準(zhǔn)確性。
[0011] 1. 4軸向平移或旋轉(zhuǎn)標(biāo)準(zhǔn)軸，共獲取水平和垂直方向上的五組帶有特征角點(diǎn)的標(biāo) 定圖像，并進(jìn)行角點(diǎn)檢測(cè)，提取檢測(cè)到特征角點(diǎn)的圖像坐標(biāo)值（Clx，Cly)、（C2x，C 2y);
[0012] I. 5由公式（1)分別計(jì)算五組圖像坐標(biāo)之于零件尺寸的像素當(dāng)量因子：
[0013]
[0014](其中/ = 5,5·^,表示標(biāo)定方格上兩點(diǎn)的距離）
[0015] 1. 6去掉五組數(shù)據(jù)的最大值和最小值，求取剩下值的平均值作為最佳的像素當(dāng)量 因子，完成水平及垂直方向兩個(gè)攝像機(jī)的參數(shù)標(biāo)定。
[0016] 步驟[2]曲軸零件圖像獲取：調(diào)整好曲軸零件的角度，保持曲軸零件位置不變，分 別按順序獲取同一位姿水平和垂直方向上的曲軸零件輪廓圖像，拍攝同一曲軸零件不同角 度位姿的圖像共十組。
[0017] 步驟[3]曲軸零件圖像軸線特征分析提?。?br>[0018] 3. 1對(duì)獲取的曲軸零件圖像進(jìn)行邊緣特征去噪擬合；
[0019] 3. 2曲軸零件圖像軸向方向上的四條直線檢測(cè)和提?。簩?duì)邊緣去噪擬合后的零件 圖像采用傳統(tǒng)直線檢測(cè)方式提取直線，在一幅圖像上可獲得直線特征共6條，分別是四條 軸頸輪廓直線和兩個(gè)軸肩端面在圖像上呈現(xiàn)的直線兩條；
[0020] 3. 3曲軸零件圖像中的兩個(gè)軸線擬合提?。簩?duì)所述單一軸頸上的兩條輪廓直線特 征，采用如下算法進(jìn)行軸線擬合并提取：
[0021] (1)分別計(jì)算兩條軸向輪廓直線在圖像坐標(biāo)系內(nèi)的直線表示方程；
[0022] (2)由于直線特征檢測(cè)誤差的存在，在圖像坐標(biāo)精度內(nèi)，同一軸頸上的兩條直線輪 廓可能不會(huì)精確平行，故采用如下的擬合算法完成軸線提?。?br>[0023] a、從軸頸對(duì)應(yīng)軸肩端面的外法向方向開始，沿軸向以固定像素個(gè)數(shù)為步值做虛擬 徑向直線多條，所作直線將兩條軸向輪廓直線分割成一系列成對(duì)的像素點(diǎn)，為適應(yīng)不同分 辨率攝像機(jī)的軸心直線擬合，提出一個(gè)由攝像機(jī)分辨率決定直線擬合步值和虛擬直線數(shù)目 的數(shù)學(xué)公式（2):
[0024]
[0025] 其中Step表示單步像素值，Nums_L表示所作虛擬直線總數(shù)，L為曲軸兩個(gè)軸頸中 相對(duì)較長(zhǎng)的一個(gè)，K為像素當(dāng)量因子。
[0026] b、分別計(jì)算求取單對(duì)像素點(diǎn)連接線段的中點(diǎn)坐標(biāo)；
[0027] c、采用最小二乘回歸方法將所得中點(diǎn)像素點(diǎn)集擬合，得到單一軸頸的軸線。
[0028] (3)重復(fù)上述步驟完成曲軸兩個(gè)軸頸的軸線信息提取。
[0029] 步驟[4]曲軸曲拐偏心參數(shù)計(jì)算：
[0030] 4. 1單幅圖像上曲軸曲拐偏心參數(shù)計(jì)算：由圖像坐標(biāo)系內(nèi)兩條軸頸軸線信息可 知，若兩條直線方程斜率相同，即兩軸線平行，那么曲拐偏心為零；若兩軸線不平行，可知在 圖像坐標(biāo)系內(nèi)兩直線必相交，由推導(dǎo)式（1)獲取在圖像坐標(biāo)系內(nèi)兩條類水平直線的偏心參 數(shù)求解值：
[0031]
[0032] 其中兩個(gè)直線方程來自圖像坐標(biāo)系的曲軸直線信息，Θ m代表兩條直線夾角，e 5和 em分別是圖像坐標(biāo)系和世界坐標(biāo)系下（單方向）的曲軸曲拐偏心測(cè)量值。
[0033] 4.2曲軸曲拐偏心參數(shù)的矢量合成：通過兩幅正交曲軸圖像計(jì)算的曲拐偏心，對(duì) 曲軸同一位姿的一組曲拐偏心參數(shù)ei、e2進(jìn)行空間坐標(biāo)的矢量合成，由推導(dǎo)式（2)得到曲軸 實(shí)際的曲拐偏心值e :
[0034]
[0035] I1為曲軸軸線在xoy面投影所得，12為曲軸軸線在X〇Z面投影所得，則投影軸線的 空間矢量合成表示為7,設(shè)ζ為一條沿空間X軸正向且長(zhǎng)度為L(zhǎng)的參考直線（因?yàn)?1、€ 由曲拐偏心參數(shù)合成所得，所以此處設(shè)置參考直線ζ即可），所得Θ即為兩軸頸軸心直線 夾角，將曲拐偏心值e表示為L(zhǎng):e，即在曲軸上一個(gè)軸頸相對(duì)另一軸頸經(jīng)過長(zhǎng)度為L(zhǎng)時(shí)的曲 拐偏心值。
[0036] 步驟[5]重復(fù)步驟[3]和步驟[4]，完成十組不同曲軸位姿圖像的曲拐偏心參數(shù)求 取，去除十個(gè)靜態(tài)數(shù)據(jù)中的最大值和最小值，取剩余數(shù)據(jù)的平均值作為最終的曲拐偏心值。
[0037] 優(yōu)選的，步驟3. 1中曲軸零件圖像邊緣特征去噪擬合步驟為：
[0038] (1)將曲軸零件圖像中包含實(shí)體特征的最小區(qū)域作為后續(xù)處理區(qū)域；
[0039] (2)在時(shí)域內(nèi)對(duì)所述后續(xù)處理區(qū)域進(jìn)行輪廓像素閾值去噪，具體做法為：采用傳 統(tǒng)邊緣提取方式將曲軸零件邊緣提取出來，設(shè)置最小包含像素閾值，遍歷圖像中所有邊緣 特征，將遍歷到的邊緣內(nèi)像素?cái)?shù)量低于設(shè)置像素閾值的作為噪點(diǎn)處理，轉(zhuǎn)為非實(shí)體像素格 式；
[0040] (3)擬合檢測(cè)到的邊緣特征：對(duì)凹凸缺陷部位的特征作為畸變?cè)朦c(diǎn)，通過最短直 線連接擬合；對(duì)未封閉的邊緣輪廓，也采用最短直線連接擬合；
[0041] (4)將曲軸零件圖像擬合后的邊緣輪廓像素做標(biāo)識(shí)顯示處理，其余圖像像素轉(zhuǎn)為 無關(guān)像素格式，完成邊緣特征擬合。
[0042] 為便于上述測(cè)量方法更快捷、有效的完成，本發(fā)明還提供一種曲軸曲拐偏心的視 覺測(cè)量裝置，包括鋁型材組成的長(zhǎng)方體狀機(jī)架，機(jī)架底部設(shè)有底板，機(jī)架上側(cè)面及右側(cè)面分 別設(shè)置有固定在攝像機(jī)安裝板上的垂直攝像機(jī)和水平攝像機(jī)，機(jī)架左側(cè)面底部與水平攝像 機(jī)位置對(duì)應(yīng)處設(shè)有垂直安裝光源，底板上方與垂直攝像機(jī)位置對(duì)應(yīng)處設(shè)有水平安裝光源， 水平安裝光源的前后兩側(cè)分別設(shè)置有外V型鐵和高度可調(diào)的內(nèi)V型鐵，內(nèi)V型鐵外側(cè)設(shè)有 擋板以限制曲軸零件的軸向運(yùn)動(dòng)，待測(cè)量曲軸零件可固定于外V型鐵和內(nèi)V型鐵組成的支 架上。
[0043] 優(yōu)選的，攝像機(jī)安裝板設(shè)有滑軌，可通過滑軌調(diào)節(jié)攝像機(jī)的位置。
[0044] 本發(fā)明的積極效果：通過本發(fā)明方法步驟，可以完成對(duì)曲軸曲拐偏心參數(shù)的非接 觸視覺測(cè)量，該方法成功解決了傳統(tǒng)檢測(cè)方式的不足，且具有如下優(yōu)點(diǎn)：首先，對(duì)曲軸曲拐 偏心