基于激光扫描的线轮廓度误差检测与评定

发布时间：2020-11-15 20:33

　　 线轮廓度反映的是实际轮廓相对于理论轮廓的变动量,是评价零件轮廓的指标之一。如何准确、快速地测量出零件某条轮廓线的线轮廓度一直是几何计量领域的重要研究方向。线轮廓度常用的检测方法有样板法、仿形法、投影法以及坐标法,前三种方法只能做定性的分析。坐标法的原理是通过测量被测轮廓上一系列点的坐标值,然后通过数学方法拟合出被测轮廓的曲线方程,将拟合出来的轮廓曲线与理论轮廓曲线进行比较,从而得到被测轮廓的线轮廓度。非接触式的测量方法可以有效避免测量时因设备接触产生的误差。近年来随着相关技术的发展,机器视觉成为实现非接触测量的重要途径。本文从非接触式测量的需求出发,结合机器视觉技术,针对被测量物体的形状特征和精度要求,确定了检测系统的方案。使用红外激光对被测零件的外表面进行扫描,通过高分辨率的相机采集图像,提取图像中关于被测物体表面轮廓的数据并进行分析,找到被测轮廓在图像中的对应点。对所测得的数据进行处理,最终得到该轮廓的线轮廓度误差值。论文研究工作分为以下四个方面:(1)分析了线轮廓度的基本理论,对现有的线轮廓度检测方法的优缺点进行了比较;以直射式激光三角法为基础,搭建了以一体式相机、高精度旋转平台、计算机以及光栅组成的线轮廓度误差检测平台。(2)研究了检测平台的误差来源,深入分析了检测过程产生误差的原因,针对系统误差,通过对几何结构的分析,确定了补偿方案。对于检测过程中的粗大误差和随机误差进行了判别、剔除。(3)研究了线轮廓度误差的评定方法,将Hausdoff距离应用在线轮廓度误差的评定中,在符合线轮廓度定义的情况下,提出了基于最小单向Hausdoff距离的平面曲线线轮廓度评定方法,建立了评定的数学模型,并对模型进行了线性化处理。同时对重建理论轮廓曲线进行了研究,分析了拟合离散点的几种方法,最终选择NURBS法重建零件的理论轮廓曲线。(4)对检测平台进行了实验。确定了线轮廓度误差检测步骤,系统描述了开始测量前的准备工作。对测量数据的预处理即图像处理方法进行深入研究,着重分析了特征点的识别与提取。通过改变取样点的个数进行了实验,并与三坐标测量机的实验结果进行对比,验证了检测平台的有效性。
【学位单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：TN249;TG83;TP391.41
【部分图文】：

西华大学硕士学位论文11绪论1.1课题研究的意义及课题来源1.1.1课题研究的意义机械零件的几何形状和结构决定了它本身功能和作用。为了准确地描述零件中点、线、面之间的关系，国家标准GB/T1182-2018规定了14项几何公差，按照控制要素的不同，可以划分为形状公差、位置公差和跳动公差[1]。其中形状公差有四项、位置公差有六项、跳动公差有两项；还有两项为面轮廓度和线轮廓度，这两项公差具有形状公差和位置公差的双重属性。当线轮廓度误差无基准要求时，其控制的被测要素的误差为形状公差，如图1.1所示；当有基准要求时，就属于位置公差，其控制的是被测要素与其基准的位置误差，图1.2所示。基准平面图1.1无基准时的线轮廓度示意图Fig1.1Thelineprofilewithoutbaseline基准平面L图1.2有基准时的线轮廓度示意图Fig1.2Thelineprofilewithbaseline图1.3为零件上某一轮廓的实际轮廓与其理论设计轮廓的示意图，在加工过程中有很多因素如刀具、进给量、工人的操作等，都会影响零件的实际轮廓曲线，从而影响

西华大学硕士学位论文11绪论1.1课题研究的意义及课题来源1.1.1课题研究的意义机械零件的几何形状和结构决定了它本身功能和作用。为了准确地描述零件中点、线、面之间的关系，国家标准GB/T1182-2018规定了14项几何公差，按照控制要素的不同，可以划分为形状公差、位置公差和跳动公差[1]。其中形状公差有四项、位置公差有六项、跳动公差有两项；还有两项为面轮廓度和线轮廓度，这两项公差具有形状公差和位置公差的双重属性。当线轮廓度误差无基准要求时，其控制的被测要素的误差为形状公差，如图1.1所示；当有基准要求时，就属于位置公差，其控制的是被测要素与其基准的位置误差，图1.2所示。基准平面图1.1无基准时的线轮廓度示意图Fig1.1Thelineprofilewithoutbaseline基准平面L图1.2有基准时的线轮廓度示意图Fig1.2Thelineprofilewithbaseline图1.3为零件上某一轮廓的实际轮廓与其理论设计轮廓的示意图，在加工过程中有很多因素如刀具、进给量、工人的操作等，都会影响零件的实际轮廓曲线，从而影响

西华大学硕士学位论文5坐标法目前常使用的设备有三坐标测量机、线轮廓度测量仪等，如图1.8所示，(a)为海克斯康公司生产的桥式三坐标测量机，(b)为中图仪器股份有限公司生产的线轮廓度测量仪，这一类设备通过探针去触碰工件，从而得到其表面上各个点的位置信息，然后通过数据处理软件，计算得到被测轮廓的线轮廓度误差值。(a)桥式三坐标测量机(b)线轮廓度测量仪图1.8坐标法常用测量设备Fig1.8Measuringequipmentofcoordinatemethod使用坐标法测量线轮廓度误差，其优点在于能测量形状比较复杂的零件，并且测量精度比较高，能够做定量分析。其缺点在于测量点数的多少直接关系到测量结果的准确性，然而随着测量点数的增多，一方面使得测量流程变慢，另一方面加大了数据的处理量，使计算速度下降。另外，坐标法也具有接触式测量方法的固有缺点，即测量次数增多会使得测量器械的磨损加剧，从而影响检测精度。本论文针对常用线轮廓度测量方式的缺陷，根据某企业有蛋卵型零件线轮廓检测的需求，提出一种非接触式的基于机器视觉原理的线轮廓度误差检测方法，旨在实现对该类零件线轮廓度误差的高精度、高效率测量及评定。机器视觉技术是计算机科学发展过程中产生的新分支，其发展离不开其他基础科学的进步，例如光学、微电子学、物理学等等。将视觉技术运用在测量领域也称作是影像测量技术，其原理是把图像作为检测和传递信息的手段和载体，从图像中提取有用的信号或者信息，通过处理被测图像信息而获得所需要的参数[10-11]。基于机器视觉原理设计的测量方法与传统的机械式测量方法相比，主要有以下几个优点：（1）实现了非接触的测量方式。测量设备与被测物体不发生物理上的接触，有效避免了因测量次数增多导致的磨损进而影响到测量精度的问题?
【参考文献】

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1 刘航;李渌洁;王英鸿;;浅谈光学三维测量技术[J];科技创新与应用;2015年30期

2 计自飞;丁拳;;基于最小区域法的形位公差精确算法[J];航空发动机;2014年06期

3 林意;薛思骐;郭婷婷;;一种参数曲线间Hausdorff距离的计算方法[J];图学学报;2014年05期

4 李新;秦洁;刘辉;;基于最近点配准的精密零件线轮廓度误差评定[J];上海计量测试;2014年04期

5 曹利新;董雷;曹京京;;平面曲线间Hausdorff距离计算[J];大连理工大学学报;2014年02期

6 史红梅;张继科;;基于激光三角测量原理的轨距检测系统研究[J];仪器仪表学报;2013年09期

7 张松枝;王旭辉;唐烁;;三次Bézier曲线与圆弧有重合点时的Hausdorff距离[J];图学学报;2013年02期

8 潘华东;王其聪;谢斌;许世芳;刘济林;;飞行时间法三维成像摄像机数据处理方法研究[J];浙江大学学报(工学版);2010年06期

9 熊艳艳;吴先球;;粗大误差四种判别准则的比较和应用[J];大学物理实验;2010年01期

10 张进;王仲;李超;贡力;叶声华;;离散点的线轮廓度评价算法[J];光学精密工程;2008年11期

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4 李耀东;基于机器视觉的钢轨轨头轮廓非接触测量技术的研究[D];北京交通大学;2017年

5 王峻青;复杂曲面零件三坐标测量关键技术研究[D];北京理工大学;2016年

6 张汝婷;基于线激光扫描的全角度三维成像系统[D];浙江大学;2015年

7 秦令剑;基于Hausdorff距离的线轮廓度和空间直线度误差评定[D];大连理工大学;2014年

8 阳鹏程;基于双目结构光的三维测量技术研究[D];浙江大学;2014年

9 方艳霞;基于激光三角法和光度立体的三维表面重构[D];中国海洋大学;2010年

10 刘渊;误差理论与数据处理[D];大连理工大学;2009年

本文编号：2885173