[发明专利]发动机曲轴轴颈形状误差的图像检测装置和图像检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像检测技术领域，具体讲是一种发动机曲轴轴颈即主轴颈和连杆轴颈的形状误差的图像检测装置和图像检测方法。

背景技术

发动机作为汽车的动力源，其质量和性能直接决定和制约着汽车各方面的性能指标，而轴颈则是发动机最为核心的零件。轴颈结构包括了主轴颈和连杆轴颈，主轴颈和连杆轴颈的形状误差直接影响往复式发动机运转的平稳性，因此，对曲轴的主轴颈和连杆轴颈的误差检测尤为重要。

曲轴正是发动机关键零件中最难以保证加工质量的一个零件，而其质量却直接影响到发动机的寿命、噪声和震动等方面。因此，国内外的曲轴生产厂商非常重视曲轴的加工质量，并不断研究改进曲轴加工工艺的方法。在国内，大部分的发动机曲轴生产厂家通过引进数控机床、全自动柔性流水线等方式，已基本实现了曲轴的自动或半自动化生产。大多数厂家对于成品曲轴的误差检测仍采用传统的检测方式，即将千分表的探针抵靠在待测轴颈上，再旋转曲轴，依靠肉眼观察千分表指针的摆动，以此获得该轴颈的圆度及圆柱度的形状误差。该传统的检测装置及检测方法存在以下缺陷：首先，该检测方法的劳动强度大，检测速度慢，不能满足曲轴快速、大批量的工业化生产的需要；而且，该方法是依靠肉眼来采集误差，准确率不高；同时，该方法检测时，旋转曲轴的过程中，只有主轴颈在自转，而连杆轴颈实质上是绕着主轴颈公转，故只能测得主轴颈的误差，而连杆轴颈的圆度及圆柱度根本无法测得。

目前，还出现了一种依靠三坐标测量机来实现曲轴形位误差检测的检测方法，但该检测装置和利用该检测装置的检测方法存在以下缺陷：该检测装置造价昂贵，检测速度仍然较慢，而且对工作环境要求较高，需要再恒温、无尘环境下进行检测，环境适应度低。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是，提供一种检测速度快、精准度高、造价较低、能对公转的连杆轴颈进行检测、环境适应度高的发动机曲轴轴颈形状误差的图像检测装置。

本发明的一个技术解决方案是，提供一种发动机曲轴轴颈形状误差的图像检测装置，它包括支架和电脑，支架上固定有两个带V形缺口的搁架、背光平面光源、两立柱和一个相机架，待测曲轴的两端搁置在两个搁架的V形缺口内，背光平面光源位于待测轴颈的下方且背光平面光源位于两个搁架之间，两根立柱之间固定有一个用于给待测轴颈的法兰端面照明的环形光源，相机架上固定有CMOS相机，CMOS相机上设有水平的正对法兰端面的定焦镜头；该检测装置还包括一个机械臂，机械臂上固定有CCD相机，CCD相机上设有远心镜头；机械臂、远心镜头和定焦镜头均与电脑连接。

本发明要解决的另一个技术问题是，提供一种检测速度快、精准度高、造价较低、能对公转的连杆轴颈进行检测、环境适应度高的发动机曲轴轴颈形状误差的图像检测方法。

本发明的另一个技术解决方案是，提供一种发动机曲轴轴颈形状误差的图像检测方法，其特征在于：其步骤包括：

1、基于误差转换原理建立轴颈圆度和圆柱度误差的数学模型，然后根据包容评定的准则建立误差评定的规划模型；

2、标定CCD相机的内部参数及外部参数；

3、曲轴复位，将CCD相机移动到待测轴颈的位置，测量待测轴颈的直径；

4、分别采集轴颈两个单边局部图像并进行图像处理，求取轴颈单边边缘的采样点数据；

5、旋转曲轴，用CMOS相机采集曲轴法兰端面图像并进行图像处理，通过模版匹配的方法求取曲轴相对于初始位置的旋转角度；

6、若待测轴颈为主轴颈，多次重复步骤4～5；若为连杆轴颈，则等待CCD相机移动到新的测量位置后再多次重复步骤4～5，直至达到预先设置的采样图像数量；

7、评定发动机曲轴轴颈的圆度和圆柱度误差。

步骤1所述的建立轴颈圆度和圆柱度误差数学模型以及误差评定规划模型，具体过程包括以下步骤：

1.1、通过最小二乘法求出轴颈采样点到最小二乘圆或二乘圆柱的法向距离，并将其作为原始误差；

1.2、通过最小二乘要素的位置参数与法向误差的关系，剔除法向误差中因最小二乘要素产生的误差，建立圆度和圆柱度误差的数学模型；

1.3、由包容评定的原理，建立轴颈圆度和圆柱度误差的评定规划模型。

步骤2所述的标定CCD相机的内部和外部参数，具体包括以下步骤：

2.1、将标定板通过支架固定在轴颈的测量平面内，采集20幅不同方向的标定图像，标定之后锁定CCD相机的焦距和光圈；

2.2、提取标定板图像中圆心的亚像素坐标；