[发明专利]一种基于投影成像的轴形位公差测量仪

权利要求书

1.一种基于投影成像的轴形位公差测量仪，其特征在于，它包括底座(1)、旋转支架(2)、光源发生装置(3)和成像检测装置(4)，其中：

所述底座(1)放置在水平的基准底面(5)上，并可通过螺钉组件调节自身的水平度来实现该基准底面(5)与所述旋转支架(2)之间相对位置的微调；此外，以该底座为基准点构建空间XYZ坐标系，其中沿着水平方向横向延伸的方向定义为Y轴，沿着水平方向纵向延伸的方向定义为X轴，竖直方向定义为Z轴；

所述旋转支架(2)沿着Z轴方向设置在所述底座(1)上，并在其下端和上端各自承载有所述光源发生装置(3)和所述成像检测装置(4)；该旋转支架(2)自身具有Z轴自由度和绕着Z轴旋转的W自由度，由此根据待测量辊轴(6)的高度来调节在Z轴方向上的位置、以及在旋转时带动所述光源发生装置(3)和成像检测装置(4)执行同步转动；

所述光源发生装置(3)包括杆状本体、以及设置在该杆状本体上的限位孔(7)、平行光源(8)和测距组件(9)，其中该杆状本体沿着垂直于所述旋转支架(2)的方向具有水平伸长自由度r，该限位孔(7)用于确保待测量辊轴(6)的轴线与此限位孔的轴线处于同轴或平行状态，该平行光源(8)用于朝向待测量辊轴(6)投射可产生投影的平行光束；此外，该测距组件(9)的数量为多个，它们被划分为设置在所述杆状本体下表面的第一组传感器和设置在所述杆状本体上表面的第二组传感器，并用于测量整个光源发生装置处于不同位置状态时至指定目标之间的各自距离；

所述成像检测装置(4)包括安装件、以及设置在该安装件上的相机(10)和投影板(11)，其中该安装件同样沿着垂直于所述旋转支架(2)的方向具有水平拉伸自由度q，且其保持与所述水平伸长自由度r相平行；该投影板(11)用于显示所述平行光源(8)对所述待测量辊轴(6)所形成的投影图像，该相机(10)则对投影图像进行拍摄采集。

2.如权利要求1所述的轴形位公差测量仪，其特征在于，所述测距组件(9)为光电位移传感器，并且设置在所述杆状本体下表面的第一组传感器的数量优选为四个，设置在所述杆状本体上表面的第二组传感器的数量为四个。

3.如权利要求1所述的轴形位公差测量仪，其特征在于，上述测量仪按照以下方式执行测量前的标定操作：首先，采用设置在所述杆状本体下表面的第一组传感器对整个光源发生装置与所述基准底面(5)之间的距离进行感测，并通过调节所述底座(1)使得该第一组传感器中的所有传感器均显示为相同的距离值，由此实现光源发生装置与基准底面之间的相互平行；接着，采用设置在所述杆状本体上表面的第二组传感器对整个光源发生装置与所述投影板(11)之间的距离进行感测，并通过调节所述成像检测装置(4)使得该第二组传感器中的所有传感器均显示为相同的距离值，由此实现光源发生装置与所述投影板之间的相互平行。

4.如权利要求3所述的轴形位公差测量仪，其特征在于，上述测量仪按照以下方式来确定待测量辊轴的倾斜方向：首先，在完成测量仪自身标定后，通过调整所述旋转支架(2)绕着Z轴旋转的W自由度以及所述光源发生装置(3)的水平伸长自由度r，确保待测量辊轴的轴处于所述限位孔(7)之内；接着，采用设置在所述杆状本体上表面的第二组传感器对整个光源发生装置与待测量辊轴不同位置之间的距离值进行感测，并获得对应的一组距离值；最后，找到距离值最小的所述传感器在所述杆状本体上的位置，并获知所述限位孔到此传感器之间的方向趋势，同时对所述投影板(11)上所获得的投影图像取其弧线的中点A和B，以此方式结合以上方向趋势和投影图像，由此可确定辊轴的倾斜方向

5.如权利要求1-4任意一项所述的轴形位公差测量仪，其特征在于，上述测量仪按照以下公式来计算两个待测量辊轴在其投影平面上的旋转夹角f_θ：

其中，m₁，m₂分别表示两个待测量辊轴各自的编号；表示在辊轴m₁于所述投影板(11)所形成的投影图像中，其弧线中点连线与所述X轴之间的夹角且表示在辊轴m₂于所述投影板(11)所形成的投影图像中，其弧线中点连线与所述X轴之间的夹角且此外，上述弧线中点连线的方向均是待测量辊轴的倾斜方向的反方向。