基于线结构光的矩形花键轴视觉测量技术研究

发布时间：2020-09-21 17:07

　　矩形花键轴作为一种典型的轴齿类零件,被广泛的应用于机械传动部件中,其形位与尺寸误差直接影响零件间的摩擦、磨损及配合性质。由于矩形花键轴的外形特征及测量指标集合了大部分机械零件的典型几何元素及形位公差。因此,对矩形花键轴开展视觉非接触测量研究,不仅可以用于生产中花键轴的尺寸测量,还可以直接或稍加修改用于其他大部分轴盘类机械零件的尺寸测量。本文利用线结构光激光器、工业摄像机、计算机及测量实验台搭建了线结构光视觉测量系统,根据花键轴的几何特征,提出了一种基于线结构光视觉的花键轴全尺寸测量方法,其中包括:花键轴的直径(大、小径)、同轴度、键宽和各键位置度。首先,本文对线结构光视觉系统中光条中心点检测算法和线结构光标定算法进行研究。论文基于金字塔降采样及灰度值匹配方法确定图像中光条区域进行,并在确定的区域中采用Steger算法获得光条中心点的像素坐标,该方法在保证检测精度的前提下,提高了光条中心点的检测速度。在线结构光标定算法中,本文利用空间几何关系建立误差点判定条件,对参与结构光标定的数据点进行筛选,克服了原有只通过图像灰度信息判断误差点的局限。其次,根据矩形花键轴的几何特点可知,当线激光器投射出的光束平面(本文中将统称为光平面)与花键轴相交时,在该截交面上花键轴的大、小直径分别对应两个空间椭圆的短轴直径,利用该几何关系本文分别建立了花键轴大、小径及同轴度的测量模型。在直径测量中,以与光平面平行的平面作为坐标面建立局部坐标系,利用该坐标系将空间椭圆拟合问题转化为平面椭圆拟合问题,利用花键轴轴线与光平面的交点,通过计算花键轴表面上光条中心点到交点的距离对花键轴不同区域的中心点进行自动划分,为花键轴尺寸及公差的自动测量奠定了基础。在同轴度测量中,本文利用平移滑台获得多个光平面与花键轴的截交面,利用整体最小二乘法获得小径对应圆柱的轴线方程,并计算每个截面上大径对应椭圆中心点到轴线的距离,基于最小包容原则获得同轴度误差。再次,本文提出了键宽及各键位置度的测量原理。在键宽测量中,将花键轴旋转并记录每次的旋转角度,利用坐标变换关系可以将花键侧面上所有光条中心点还原至旋转的初始位置,建立与轴线垂直的投影平面,将花键侧面上所有中心点向该平面投影,利用其中一侧面上的中心点拟合直线,并计算另一侧面上中心点到拟合直线的距离获得每个键的键宽。在键宽测量的基础上,依据国标GB/T1144-2001中推荐的位置度误差测量方法,提出了一种利用距离迭代的花键位置度测量算法。最后,通过本文搭建的线结构光测量系统及各尺寸、公差的测量算法,对矩形花键轴进行实际测量,并将测量结果与三坐标测量仪获得的测量结果进行对比,验证了本文测量方法的正确性及可行性。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH133.2
【部分图文】：

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第 1 章绪论第 1 章绪论1.1 课题的背景及研究意义本文以矩形花键轴为研究对象，提出了基于线结构光视觉技术的矩形花键轴测方法，为矩形花键轴的非接触测量提供了一种新的技术途径。1.1.1 课题的背景视觉测量[1]是计算机视觉的重要分支，该技术是以计算机视觉为理论基础，对二或灰度图像进行有效处理，并得到精确测量值的方法。

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吉林大学博士学位论文的传动性能[5-7]。因此，准确、快速的矩形花键量，还可以为分析花键轴制造工艺提供准确数据B/T1144-2001 规定，矩形花键轴的大径与小径度指标，如图 1.3 所示。传统的花键轴测量方法与定在原理上有一定的近似性，经常采用量规检测量都需要单独检测，不仅测量效率低且这些在线检测。以光学和计算机视觉技术为基础的非接触花键轴测量方法中，有的方法无法达到高，有的无法实现原位测量。因此，在工程实此前提下，为实现矩形花键轴的快速、准确测技术的矩形花键轴测量方法。

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